淮河平原區淺層地下水高效利用關鍵技術研究探討

摘 要：闡述了淮河平原區淺層地下水高效利用關鍵技術研究的項目背景、國內外研究現狀，提出了研究目標與任務、各專題的研究內容以及預期取得的成果。

關鍵詞：淮河平原區；淺層地下水；高效利用；關鍵技術

中圖分類號 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）15-140-03

Research on the Key Technology of Efficient Utilization of Shallow Underground Water in the Huaihe Plain Area

Wang Bing

（Anhui Huai River Water Resources Research Institute，Anhui Key Laboratory of Water Conservancy and Water Resources，Bengbu 233000，China）

Abstact：The key technologies on efficient use of under ground water in plain of Huaihe river were studied in this paper. And then research target，contents and the expected results were defined，and these could provide the direction for the project.

Key words：Huaihe plain area；Shallow underground water；Efficient utilization；Key technology

1 項目背景

1.1 目的意義 隨著國民經濟的快速發展，淮河流域非農業用水量急劇增加，水資源日趨緊缺。針對淮河流域平原區地勢平坦，排水緩慢，易成澇漬、降水時空分布不均、旱災多發等特點，如何提高地下水利用量，減少地下水的不當排泄量，減少農業灌溉頻次與用水量，節約水資源，顯得越來越重要。系統研究農作物生長過程中適宜地下水埋深，研究地下水埋深分布及其對灌溉的影響，科學調控地下水埋深，提高淺層地下水利用率，促進地下水高效利用，確保流域糧食安全有著的重要意義。

1.2 流域概況 淮河流域面積27萬km2，該區域氣候溫和，降雨量適中，土層深厚，光照充足，農業生產條件優越，是我國重要的糧、棉、油生產基地和商品糧基地。淮河以北屬暖溫帶區，以南屬北亞熱帶區，全區年平均氣溫11～16℃，無霜期200～240d；多年平均降水量883mm，降水量年際變化大、年內分布不均，最大年雨量為最小年雨量的3～4倍，汛期（6～9月）降雨量占全年降水量的50%～80%；多年平均水面蒸發量900～1 500mm。淮河流域年均水資源量為835億m3，人均水資源占有量500m3/人，僅為全國人均水資源量的20%左右，平均667m2水資源量不足400m3，屬水資源嚴重短缺地區。水資源與土地資源、人口數量和社會經濟發展極不協調，已成為流域經濟社會可持續發展的制約性因素之一。

水作為基礎性的自然資源和戰略性的經濟資源，對區域社會經濟發展具有重要的意義和作用，水安全問題是淮河流域必須優先解決的問題。區域淺層地下水高效利用關鍵技術研究就是其中的重要課題之一。

2 國內外研究現狀

2.1 國外研究現狀 隨著水資源的日益短缺，世界各國均對水文學基本理論、水資源開發利用、節約保護等一系列問題進行了廣泛深入的研究，如“四水轉化”水文模型，水資源高效利用一系列理論，節水灌溉理論與技術等。國內外學者對適宜地下水埋深、地下水埋深對作物生長的影響、地表水與地下水聯合調度、水文地質參數的研究與確定、地下水資源評價方法與理論等也都進行了廣泛深入的研究，國外更加注重對地下水資源保護與水質管理。19世紀主要是基本理論與實驗，20世紀隨著計算機技術的發展與應用，更側重對各種水文過程的數字模擬與精確分析計算。在研究手段方面，則采用不同口徑不同埋深的地中蒸滲儀、土壤水份探測儀、地下水位自記儀、遠傳水位計等先進設備，進行高精度模擬試驗研究。

2.2 國內現有工作基礎 目前，我國對地下水埋深及其與農作物生長的關系做過相關研究，取得了一些研究成果。揚州大學、安徽省水利科學研究院、淮委水文局等單位在淮河流域可持續發展評價及診斷預警、淮河流域水資源可持續利用、淮河流域淺層地下水開發利用現狀評價、淮河流域能量與水分循環和氣象水文預報、平原區四水轉化數值計算模型研究、淺層地下水利用保護等方面開展過一些研究，并取得了一些階段性成果，但不夠系統。本次從地下水埋深方面，大尺度、全流域地研究地下水利用與節水灌溉問題，在國內外尚未發現有類似的研究。

3 研究目標與任務

3.1 研究目標 通過研究，形成較為完善的區域淺層地下水高效利用關鍵技術，減少地下水的不當排泄量與農業灌溉用水量，推進區域地下水的高效、可持續利用。具體目標包括以下幾個方面：（1）探明流域主要農作物生長和旱澇均衡治理適宜的地下水埋深，提高灌溉效率，促進地下水高效利用；（2）針對該區現狀地下水埋深分布特點，明確地下水埋深調整思路；（3）研究地下水埋深調控技術，為河溝攔蓄工程調控的科學運用提供技術支撐。

3.2 研究任務 （1）主要農作物生長適宜的地下水埋深研究：收集已有的實驗資料及相關研究成果，并通過專項試驗研究，探討淮河流域平原區主要農作物生長的適宜地下水埋深。專項試驗擬采用砂姜黑土和黃潮土兩種土壤，種植大豆、玉米、小麥等主要旱作物，通過對地下水埋深的控制進行對比試驗，得出大豆、玉米、小麥等主要農作物在砂姜黑土和黃潮土地區的適宜地下水埋深。（2）旱澇均衡治理適宜的地下水埋深研究：將淮河流域平原區劃分為若干典型片區，分區計算不同頻率暴雨產水量，并根據農作物總體種植結構、農作物耐淹指標，推定合適的農田除澇工程標準；根據區域水系排水出路，在綜合考慮上下游、左右岸排水工程標準的基礎上，調整不合適的區域農田排水標準；根據排水工程水文效應，計算田塊平均地下水埋深；根據區域氣象干旱規律，確定分區旱澇均衡治理適宜的地下水埋深。（3）地下水埋深對灌溉的影響研究：收集歷史相關干旱年份灌溉資料和相應的地下水埋深資料，結合“主要農作物生長適宜的地下水埋深研究”成果，分析不同地下水埋深對灌溉用水量的影響，并進行專項試驗研究，探明砂姜黑土區和黃潮土區主要農作物不同地下水埋深對灌溉用水量的影響。（4）淮河流域平原區地下水埋深調控技術研究：根據淮河流域平原區地下水補排特點及流域各省淺層地下水埋深現狀觀測數據，利用GIS數字成圖技術，分季節繪制現狀地下水埋深分布圖，在“旱澇均衡治理適宜的地下水埋深研究”的基礎上，確定地下水埋深分區調整方案，研究地下水埋深調控的關鍵技術，開發新型攔蓄調控裝置和設施。（5）河溝蓄水工程對地下水調控作用研究：研究河道地表水與地下水補排關系，根據地下水埋深調整分布圖，制定河溝調蓄工程調控管理方案。

4 專項課題研究

4.1 主要農作物生長適宜的地下水埋深研究

4.1.1 實驗設計 擬在安徽省水利水資源重點實驗室進行，在充分利用已有的各種設施設備的基礎上，通過本項目的實施，補充、添置部分必需的設施設備進行專項試驗，并結合流域內4省已有的相關試驗資料，利用砂姜黑土和黃潮土兩種土壤，分別種植大豆、玉米、小麥等淮河流域平原區主要旱作物，通過對地下水埋深的控制進行對比試驗。

4.1.2 研究內容 根據專項試驗資料，分析淮河平原區大豆、玉米、小麥等主要農作物在砂姜黑土和黃潮土地區的適宜地下水埋深。

4.2 代表性典型區旱澇均衡治理適宜地下水埋深研究

4.2.1 典型區劃分原則 降雨徑流與農業旱澇災害的分布特點受氣候、地形、水資源條件和農業生產狀況等多種因素影響，降雨徑流大小及其對農業生產影響的評估需分區進行。分析計算的分區依據以下基本原則：①考慮氣候和水資源特點，使分區基本能夠體現干旱分布規律；②考慮農業類型，使旱情評估能夠為農業生產服務；③考慮行政分區，使旱情和旱災的統計和評估具有可操作性。

4.2.2 研究內容 在合理劃分的基礎上，選擇代表性典型區，分區計算不同頻率暴雨產水量，并根據區域農作物總體種植結構、農作物耐淹指標，推定合適的農田除澇工程標準；根據代表性典型區區域水系排水出路，在綜合考慮上下游、左右岸排水工程標準的基礎上，調整不合適的區域農田排水標準；根據排水工程的水文效應，計算代表性典型區分區平均地下水埋深；根據區域氣象干旱規律，確定代表性典型區分區旱澇均衡治理適宜地下水埋深。

4.3 地下水埋深對灌溉的影響研究

4.3.1 試驗設計 在充分利用已有的各種設施設備的基礎上，補充、添置部分必需的設施設備進行專項試驗，并結合流域內4省已有的相關試驗資料，利用砂姜黑土和黃潮土兩種土壤，分別種植大豆、玉米、小麥等淮河流域平原區主要旱作物，通過對地下水埋深的控制進行對比試驗，測定不同旱作物與不同地下水埋深的灌溉用水量。

4.3.2 研究內容 根據區域相關調查資料與專項試驗資料，結合“主要農作物生長適宜地下水埋深研究”成果，分析不同地下水埋深對灌溉用水量的影響，建立地下水埋深對灌溉用水量影響的關系模型，探明砂姜黑土區和黃潮土區主要農作物種植不同地下水埋深對灌溉用水量的影響。

4.4 地下水埋深調控技術研究 收集地下水補排特點及流域各省淺層地下水埋深現狀觀測數據，利用GIS數字成圖技術，分區繪制雨季和旱季現狀地下水埋深分布圖，在“旱澇均衡治理適宜地下水埋深研究”的基礎上，確定地下水埋深分區調整方案，研究地下水埋深調控的關鍵技術，開發新型攔蓄調控裝置和設施。

4.5 河溝蓄水工程對地下水調控作用研究

4.5.1 水土資源調查 調查內容包括淮河流域主要農作物種植情況，地下水埋深的變化規律等水文資料，砂姜黑土和黃潮土等土壤類型和土壤物理化學性質，降雨、蒸發、蒸騰等氣象資料。

4.5.2 建立河溝水位與農田地下水位關系數學模型 利用土壤、水分、大氣和植物整合模型，根據當地實際資料進行模型參數擬定和驗證，反映河溝蓄水工程對控制區域地下水補給和排除的動態過程。

4.5.3 河溝蓄水工程控制裝置和控制設施研究 在通過控制排水溝中水位進行田間水位管理時，需要在控制區域農田排水溝出口建立控制排水設施，對控制設施進行適時管理和控制。農田土壤中水分與排水溝中水分在不同時間和空間的相互流動，都是由于排水溝中的水位與農田地下水位之間存在落差引起的，因此通過控制排水溝水位實現調整農田地下水位是可行的。控制堰高度的原則，一方面應有利于作物的生長，對不同作物以及作物不同的生長階段，應控制地下水位以保持作物根系層土壤有良好的通氣性；另一方面應盡可能減少排水量，充分利用雨水資源。

使用可調式排水溝出口控制堰排水，比非控制排水更能維持農田較高的地下水位，土壤嫌氣環境能夠降低地下水和土壤水中硝態氮的濃度，在降低排水中可溶性氮、磷濃度的同時減少了排水量，從而有效地減少農田氮、磷的流失。

4.5.4 河溝蓄水工程控制技術研究 河溝蓄水工程對地下水的調控技術和調控裝置作用原理：由于排水溝中的水位升降，直接影響到排水溝之間農田的淺層地下水位的升降，因而，通過河溝蓄水工程調控排水溝中的水位，從而實施對地下水位的控制。由于在排水溝出口處建控制閘門或控制堰，排水溝上游的排水溝系是連通的，升高出口控制水位，整個控制區域的排水溝系水位上升，則引起整個控制區域的農田淺層地下水位上升；相反，降低出口處控制水位，則整個控制區域的排水溝系水位下降，整個控制區域的農田淺層地下水位相應下降。也就是說農田淺層地下水位的深度由排水溝中水位控制，農田地下水位即地下水埋深調控，可以通過升降排水溝出口處水位高度來實現。因此，排水溝出口處水位高度的確定，受地下水埋深、土壤類型、降雨和蒸發、排水溝的尺寸大小、作物生長階段等諸多因素的影響，應綜合考慮。

5 預期成果

通過本項目研究，力爭取得淮河平原區主要農作物生長及旱澇均衡治理適宜的地下水埋深、地下水埋深對灌溉用水量的影響、地下水埋深調控技術以及河溝蓄水工程調控管理方案等系列成果，形成較為系統、具有地區特色的淮河平原區淺層地下水高效利用的關鍵技術體系。

參考文獻

[1]安徽淮北地區淺層地下水資源調查評價[R].安徽省·水利部淮委水利科學研究院，2004.

[2]劉昌明.水量轉化的若干問題[M].北京：科學出版社，1988：3-21.

[3]曹建生，張萬軍.微灌節水技術與機理研究[J].節水灌溉，2000（6）：5-7. （責編：陶學軍）