淺析涇惠渠灌區地下水涵養可行性

張盼盼，高 舒

（1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省延安水文水資源勘測局，陜西 延安 716000）

涇惠渠灌區位于陜西省關中平原中部，是從陜西省涇陽縣涇河仲山口引水的自流灌溉工程。農作物以高耗水型作物小麥、玉米、棉花、蔬菜為主[1]。近些年，隨著區內降水、徑流的減少，大規模采用地下水灌溉，加之節水措施的施行，補給地下水條件變差，逐步加劇了區域地下水位下降，進而引發了一系列水文地質災害。

本文通過分析灌區地下水開發利用現狀、調蓄水源、儲水空間、涵養模式及調蓄預測，對灌區地下水涵養可行性進行分析和論證[2]。

1 灌區地下水開發利用現狀

灌區工農業活動加劇，用水需求不斷增長。灌區從上世紀30、40 年代開始大力發展灌溉事業，20 世紀60～80 年代機井規模不斷擴張，目前機井數量已超過20000 眼[3]。受人為和自然因素的雙重影響，灌區井渠灌溉比由上世紀80 年代的0.4 增加到本世紀初的1.37，近些年穩定在0.9 左右，地下水開采量穩定在2 億m3左右，埋深由1977 年的3.6 m 下降至2014 年的18.07 m，累計下降14.47 m[4]。

2 調蓄水源分析

渠灌作為本區地下水補充的一大因素，對水資源可利用量及渠道工程可引水量進行分析是確定調蓄水源、并進行合理配置的基礎[5]。

2.1 河道水資源可利用量

本文利用河道水資源量扣除非汛期河道內生態環境最小需水量和汛期棄水量對河道水資源可利用量進行計算[6]。取涇河多年平均非汛期天然徑流量15%（1.059 億m3）為多年平均非汛期河道最小生態需水量[7]。渠道引水受含沙量的限制，經向涇惠渠管理局咨詢，在不影響渠道灌溉，造成淤積擁堵的前提下，一般沙限控制在13%（142.00/kg/m3）以內[8]。計算可得，灌區汛期多年平均棄水量為6.8 億m3，河道水資源可利用量為8.05 億m3。

2.2 渠首工程可引水量

本區渠首設計引水能力為50 m3/s，計算可得多年平均水資源可利用量、渠首工程可引水量、可引水潛力見表1。

表1 水資源可利用量、渠首工程可引水量、可引水潛力對比

利用P-Ⅲ型曲線對灌區1990 年～2013 年渠首工程可引水量進行擬合，可得出不同頻率年渠首工程可引水量，見圖1，各特征值見表2。

圖1 渠首工程可引水量P-Ⅲ型曲線

表2 各特征值統計表

3 儲水空間分析

地下水存儲需要足夠大的地下空間[9]。灌區地下水長期超采，大容量儲水空間被騰出，為本區地下水調蓄提供了足夠的空間。

3.1 調蓄層巖性特征

涇惠渠灌區含水層由第四系沖洪積層構成，主要以砂礫石、亞砂土、亞黏土為主，厚度10 m～80 m，黃土層空隙及其滲透性具垂直方向變化大、水平方向均一的特點，具良好透水性[10]。隨著潛水位不斷上升，黃土層易于形成“新含水層”[11]，目前新含水層被破壞，若重新形成，也可為灌區提供大量地下水。

3.2 調蓄庫容計算

調蓄庫容與給水度、調蓄厚度、調蓄區面積有關，利用體積疏干法和三角剖分法[12]對灌區1978 年～2012 年、2012 年～2014 年的疏干地下水資源量進行估算。步驟如下：

（1）繪制1978 年、2012 年、2014 年地下水位等值線圖；

（2）將相近兩年地下水位等值線圖疊加后進行三角剖分，見圖2、圖3，利用監測點地下水位，對每個三角剖分單元內插得到中心點水位值；

圖2 涇惠渠灌區1978 年～2012 年地下水疏干水量計算時剖分三角網格圖

圖3 涇惠渠灌區2012 年～2014 年地下水疏干水量計算時剖分三角網格圖

（3）對比不同時期水位，得到三角剖分單元的水位差值；

（4）利用下列公式求得剖分單元疏干水量：

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式中：Qi為第i 分區疏干水量，m3；Si為第i 分區調蓄厚度，m；Fi為第i 分區面積，m2；μ 為給水度，這里統一取0.1；Q總為灌區總的疏干水量，m3。

計算可得1978 年～2012 年疏干水量為7.17 億m3，2012 年～2014 年為0.51 億m3，灌區地下水疏干嚴重。

3.3 調蓄潛力評價

地下水調蓄的潛力影響因素有砂層分布狀況、調蓄庫容、蓄水能力[13]等。灌區調蓄區為良級可利用性，可直接進行地表水回灌[14]。

4 調蓄涵養模式

利用區內降水、徑流灌溉等入滲補給、減少開采地下水等方式，構成了間接調蓄和直接調蓄的地下水涵養模式[15]。

4.1 直接調蓄

涇惠渠灌區歷來采用井渠結合灌溉模式，利用現有的渠系系統引涇河水源灌溉，可在很大程度上對本區地下水進行有效補給，此法易于控制、經濟合理。

雨洪資源對地下水的補給是不可忽視的。近些年，降雨量雖有所減少，但夏季暴雨頻現，易形成地表匯水，可集中入滲補給地下水，可采取工程措施攔蓄、滯留雨洪資源進行地下水補給。

灌區年引水量遠遠低于可引水量，一方面受泥沙的影響，可以在春夏季增加引水量對地下水進行回灌；另一方面，當來水量較大時，適當調整沙限，增大引水。

4.2 間接調蓄

涵養地下水的主要形式是直接減少灌區地下水開采量，涇惠渠灌區可通過引水、儲水，從而減少地下水的開采量，將其控制在可開采范圍內，達到涵養地下水的目的，此種方法簡單易行，經濟實用。

5 涵養效果預測

灌區視為一均衡區，面積1180 km2，近幾年灌溉面積保持在310 萬畝左右，設定沙限13%，分別選取25%、50%、75%、90%水平年進行涵養效果預測。

參考《陜西省渭河干流可調水量分析與調度機制研究報告》，得到灌區不同水文頻率下農業適宜灌溉需水量分別為2.76 億m3，4.21 億m3，6.15 億m3，7.12 億m3；利用均衡法預測，計算公式如下：

式中：Q補為地下水補給量，m3/a；Q排為地下水排泄量，m3/a；μ 為給水度，這里統一取0.1；F 為均衡區面積，m2；ΔH 為均衡期水位變幅，m；Δt 為均衡期時間長度，a。

具體計算見表3。

表3 不同水平年不同井渠灌溉比對應水均衡及水位變幅計算

由上表可知，在25%、50%水平年，保證井渠灌溉比分別在0.77、0.64 以下，適當增加渠灌量，即可達到涵養地下水目的；在75%、90%水平年，將渠首可引水量全部利用，灌區地下水位仍會下降，根據實際情況適當減少灌溉量，盡可能少開采地下水，從而減緩地下水的虧空。

6 結論

（1）涇惠渠灌區地下水資源有限，在氣候旱化和長期超采地下水的影響下，打破了地下水環境平衡狀態，導致本區地下水環境越來越脆弱。因此，認識區域地下水形成、演變等過程十分必要。

（2）在灌區地下水動態變化中，人類因素占主導地位，地下水的開采、地表徑流的攔截、農業規模的不斷擴大、節水措施的不斷改進，進一步加劇了地下水位的不斷下降，同時也降低了地下水的補給能力。

（3）在25%、50%水平年主要采用渠灌，增加補給，實現地下水涵養；在75%、90%水平年，適當調整灌溉水量、減少地下水開采，盡可能減少地下水虧空。

（4）灌區要涵養和修復地下水,應實行以豐補歉，以渠養井，以井補渠，豐儲枯用，采補平衡的方針，這對于提高本區地下水可持續利用具有重大意義。