充分利用地下水調蓄降水入滲量增加水資源的應用

孫國恩

摘 要：開封地區屬黃淮沖積平原擁有豐富的淺層地下水，是本地工農業主要開采利用的水資源。所以研究淺層地下水的運動規律及合理開發利用地下水資源，實行科學管理，合理利用，減少水資源流失和蒸發浪費，同時黃淮平原大面積井灌井排實踐證明，加速淺層水垂直交替，控制最優地下水位，對防治旱、澇、堿、咸均有顯著作用，對促進工農業快速發展有重要的現實意義。

關鍵詞：水資源；淺層地下水；合理水位；鹽堿地；井灌井排

中圖分類號：TV211 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0226-02

開封地區屬黃淮沖積平原，地面至40米深度有豐富的淺層地下水，它具有埋藏淺，增補快，開采容易，水質淡，水溫適宜等特點，是本地工農業主要開采利用的水資源。所以研究淺層地下水的運動規律及合理開發利用地下水資源，綜合治理旱、澇、堿、災害，總結淺層地下水對一個地區降水與逕流進行調蓄的功能，實行科學管理，合理利用，減少水資源流失和蒸發浪費，對增加地下水資源，改善生產條件，促進工農業快速發展有重要的現實意義。

1 水文、水文地質概況

1.1 水文概況

開封地區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫14.2℃。對淺層地下水補給和排泄作用十分密切的因素有降水和蒸發。多年平均降水量為712.4毫米，多年平均蒸發量為1120.0毫米。降水由東南向西北有規律遞減，南部多于北部，東部多于西部。降水量時空分布不均，六、七、八、九四個月占全年總降水量的67%。據1955—2015年水文資料統計，最多年降水量為1505.1毫米（1963年），最少年降水量為212.9毫米（1935年），最多年份的雨量和最少年份的雨量相差7.1倍。多年平均七月份降水量最大為196.5毫米，占降水量的27%，元月份降水量最小為12.2毫米，占年降水量的1.7%，最大月份為最小月份的16.1倍。年蒸發量最大為1362.5毫米，年最小為958.0毫米，五、六二個月蒸發量最大，占全年總蒸發量的30%，特別是六月份，全區蒸發量均在179.8毫米以上，最高者達213.9毫米，十二月至元月最小，僅占全年總蒸發量的7.0%。由于本區氣象、水文條件的影響，形成了春旱秋澇，澇后又旱，旱澇交替之特點。1957年和1963年受澇面積分別為616萬畝和754萬畝，1961年和1962年受旱面積300萬畝左右。由于地下水位淺，土壤鹽堿化十分嚴重，有320萬畝早、澇、鹽、堿相隨的面積，農業生產長期低而不穩，合理控制淺層地下水位是我區工農業生產的關鍵。

1.2 水文地質概況

本區屬黃淮沖積扇前緣，地勢平坦，由西北向東南微傾，地面高程34-60米，平均坡降l/5000。地層位于華北、中新生代盆地的東南部。新構造運動在老構造運動的基礎上發育。新生界地質結構十分復雜。不同時代、不同成因、不同河流的沉積物，構成重迭交錯的沉積結構特征，致使各地段水文地質特征彼此差異很大。有時在同一塊地內打井，地南部無水，地北部有水。第四系全新統潛水（淺層水）和更新統承壓水（中層水），河床上的含水砂層在剖面上呈串珠式透鏡體狀分布，在平面上則呈似脈葉狀沉積構造特征。砂層周圍被亞砂土，亞粘土包圍，消弱了砂層間的水力聯系。含水砂層頂板深度l0-20米，底板深度20-40米，且粗粒相底層及細粒相蓋層二元結構。地下水補給區和分布區一致，地下水動態變化為典型的入滲——蒸發型。

潛水總的流向為西北一東南向，地下逕流很弱，西部水力坡度1/4200，東部為1/6000。水位埋深大部分地區為4-6米，中部和西北部6-8米，東南部為2米左右，開封市周圍和開封縣局部及黃河故道大堤北大于8米。

潛水水質：全地區有75%的面積水質良好，適宜灌溉。屬重碳酸——鈣鎂型水，礦化度小于0.5克/升，有20%的面積水質中等，為重碳酸一鈉鎂、重碳酸——鈉鈣型水，礦化度小于2.0克/升；有5%的面積水質較差，條帶狀、零星分布在全區，礦化度3—4克/升，對灌溉不利，有待進一步改造利用。

2 區域地下水動態變化規律

2.1 基本概念

降水入滲補給是地下水最主要的補給來源，降水對地下水補給量的大小主要與包氣帶巖性，巖性厚度和結構、地下水位埋深降水特征及土壤前期含水量有關。在我們開闊的沖積平原區（水力梯度小的平原區）進行地下水資源評價，實質就是評價合理地下水位埋深下的降水入滲補給地下水量，這是最為可靠的補給資源量。

一個地區水資源量的多少，與降水量和蒸發量均有密切關系，蒸發量的大小與地下水的埋深有極大關系。

在非包和帶，存在毛細水和毛細壓力（它是一種與大氣壓力相反的吸力了，由于毛細作用和蒸發作用，使一定水位埋深下潛水水分子向大氣中擴散消耗，引起潛水面下降。隨著地下水位埋深的加大，潛水蒸發量逐漸減弱，當潛水位下降到一定深度，可以認為沒有蒸發或蒸發量相當微弱，通過水位動態過程線分析，當水位埋深較大（約4米左右），在無開采和補給條件下，地下水位穩定。即所謂“蒸發極限深度”。所謂“地下水蒸發強度”，就是在蒸發極限深度以上，淺層水在單位時間、單位面積上的蒸發量。

地下水蒸發強度的大小與氣象條件（濕度、溫度、風力等）土壤含水量和毛細管輸送水分的能力（速度）有關。在土壤含水量和輸送水分能力一定的情況下，濕度小，氣溫高，風力大時，地下水蒸發強度就大。反之。則小。但是，當蒸發強度超過土壤毛管I的輸水能力時，地下水蒸發強度并不隨之繼續增大，而是仍按毛管輸水的能力消耗水量0J在氣象條件不變的情況下，地下水蒸發強度主要決定于土壤含水量和毛管輸入能力；土壤含水量大，毛管輸水速度快，即土壤供水能力強，地下水蒸發強度就大。反之，就越小。

在毛管上升高度相同條件下，土壤含水量與地下水位埋深有關，埋深小，土壤含7量大。毛管上升高度和輸水能力又主要決定于土質，粘性土顆粒細，毛細管管道細，越上升高度大，但由于水力遞度小，毛管輸水速度就小。砂性土顆粒較粗，毛管管道粗毛管上升高度小，但水力梯度大，毛管輸水速度就快。因此，一般情況下，砂性土壤分范發量比粘性土壤大，受鹽堿化威脅亦較粘性土可能性大。

氣象條件基本可用水面蒸發量來反映。可以認為，影響地下水蒸發強度的主要因是地下水位埋深，土質、水面蒸發強度以及作物種植、生長情況。一般講，大面積種植同一種作物比例不會有太大的變化，所以植被問題可以忽略，研究平原淺層水蒸發問題主要應抓住水位埋深、包氣帶巖性、水面蒸發量三個主要因素。

2.2 地下水動態變化特點

本區歷年來地下水動態變化規律：冬季12月份是春灌前，地下水位處于基本穩定期，水位埋深一般在3-5米，地下水動態類型屬于降水補給——蒸發型；春灌期2-5月份，地下水位隨著小麥春灌而下降，水位埋深4-7米，地下水動態類型屬于降水——開采、蒸發型；春灌后麥收季節的6月份，地下水位隨著氣溫的增高，蒸發量的增大，地下水位埋深逐漸增大，水位也逐步下降，以至達到每年的最大埋深值4-8米，地下水類型屬于降水——蒸發開采型；7月份進入汛期，降水量逐漸變大，農作物需水量大部分靠降水，灌溉用水量大大減少，僅有少量蔬菜地抽水，地下水位開始回升，汛期大量降水補給，9-10月份地下水位出現年內高峰期，地下水位埋深上升到每年的最小值2-4米左右，地下水類型屬于降水——蒸發型；11-12月份因汛后降水量減少，由于水面蒸發，地面也蒸發，地下水位又緩慢下降，地下水位處于冬季的基本穩定期。從333眼長觀井三十年來觀測資料分析，大部分長觀井每年12月26日的埋深值基本等于年平均埋深值。

3 充分利用地下水庫、調蓄降水人滲量

經過幾十年資料分析計算，本區“合理地下水位”是3-5米，有利于防鹽堿、防漬澇、防干旱。合理地下水位汛前為6米左右，汛后為3米左右。地下水調蓄就是在干旱年份降水不能滿足作物需水要求時，開采淺層地下水。由此引起的地下水位降深由汛期或豐水年份降水入滲補給，使水位得以回升，合理調控地下水位，同時使水位控制在一定深度，也有利于防治土壤次生鹽堿化，又能盡量減少漬澇災害。

另外，合理調控地下水位，就是在汛前和干旱年份降低地下水位，為汛期和豐水年份提供了蓄水庫容。可以大幅度減少水資源的流失和蒸發浪費。因為本區屬于干旱半干旱氣候，年內與年際間降水量變化大，不穩定。主要農作物（小麥）生長季節又是非汛期，因此在作物需水季節或干旱年份又需要多開采地下水，以維持農作物之需要，由于抽水過量，使地下水位下降到“潛水蒸發極限深度”以下，減少蒸發，增大可開采利用的地下水資源。汛期或豐水年份就可以得到更多的降水入滲補給量。這樣既滿足農作物用水和抗旱的要求，又減少；淺層地下水蒸發量，更有效的利用了降水，加大了降水入滲量，從而真正增加了地下水資源量。

實踐證明：要增加地下水可采資源，一是要使降水更多地入滲轉化為地下水；二是使地下水盡可能減少蒸發消耗，這樣就可以人為的奪取無效蒸發量變為可利用的水資源量，又增大包氣帶的蓄水能力，又能減輕漬澇和改造咸水。利用淺層地下水，降低地下水位，為改造、旱、澇、堿、咸低產田提供了必要的條件，也是旱、澇、堿、咸綜合性治理的關鍵性措施。隨著農田水利建設事業的發展，建成了較大面積的機井群，實行了“井灌井排”后，由于大量開采地下水，降低了地下水位，減少了地下水和土壤包氣帶中的水分蒸發，加上降水入滲和灌溉的淋洗作用，包氣帶土壤水中的鹽份大大降低，使鹽堿地得到了徹底治理。

總之，黃淮平原大面積井灌井排實踐證明，加速淺層水垂直交替，控制最優地下水位，對防治旱、澇、堿、咸均有顯著作用。使土體常年以入滲水流為主，起到引灌水和降水淋洗鹽份的效果，不少地區鹽堿地已明顯脫鹽，脫鹽深度也隨之不斷增加。澇度也大大減輕，控制“合理水位”，增大降水量，減少降水逕流排淺和奪取蒸發量，是當前開源節流的一個重要方面，應引起各水利工作者的高度重視。