慶安縣地下水壓采實踐與探討

李 瑩，王立權，單 博，孫芳欣

(1.黑龍江大學 水利電力學院，哈爾濱 150080； 2.黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱 150080)

1 概 述

1.1 研究背景

近年來，隨著社會的發展，對地下水的用水需求不斷增加，導致地下水位大面積持續下降，部分含水層已被疏干或枯竭，地下水源遭到很大程度的破壞[1-4]。 因此，需對地下水超載的縣市進行地下水壓采，減少地下水的開發利用量。唐世南[5]等從增強地下水涵養保護能力、合理利用能力、戰略儲備能力和監控管理能力等方面，提出地下水管理與保護對策建議。于麗麗[6]等提出“把水資源作為最大的剛性約束”，落實“一減、一增”綜合治理思路，因地制宜治理地下水超采問題，以及強化地下水監管，建立地下水超采治理長效機制的建議。

1.2 區域概況

慶安縣位于黑龍江省中部，小興安嶺山脈西南麓，松嫩平原和小興安嶺余脈的交匯地帶，是綏化市管轄的最東邊縣份。慶安縣中部為呼蘭河沖積平原，它與南部山區相接的過渡帶為溝壑縱橫的丘陵區。與北部山區相連的過渡帶為漫川漫崗地帶。農區平均海拔高程在 200 m左右。由南北向中間逐漸降低形成高低相間侵蝕山地、侵蝕堆積臺地、堆積河谷平原3種地貌類型。慶安縣的氣候特征為春季少雨多風，夏季高溫多雨，秋季易早霜，冬季寒冷。慶安縣地下水補給主要是大氣降水為主。河谷平原區的補給除大氣降水外，還接受臺地地下水徑流補給、河灘地地下水補給；除上述補給外，在豐水期也接受地表水補給。

1.3 數據來源

研究涉及到的數據主要來源于對慶安縣實地考察、現場調研收集的資料、2015-2020年《綏化市水資源公報》、《黑龍江省水資源綜合規劃地下水資源評價報告》以及2015-2020年《綏化市統計年鑒》等資料。

2 水資源開發利用

2.1 地下水動態特征

影響地下水動態因素有氣象因素、人為因素和水文因素等。由于影響因素是多方面的，所以地下水動態特征也是復雜的。慶安縣地下水動態主要是以大氣降水為補給源，以蒸發、開采為主要的排泄途徑；其次是區外的側向補給、灌溉入滲補給及地表水的側向補給。根據慶安縣的實際情況，選取慶安縣發展鄉遠大村十道崗屯作為代表井，觀測其近15年的地下水動態，繪制地下水年末埋深動態過程線，見圖1。

圖1 慶安縣發展鄉遠大村十道崗屯地下水年末埋深動態過程線

通過圖1可以看出，2005-2019年地下水埋深的發展趨勢是先下降、后上升、再下降、再上升。地下水資源具有明顯的豐枯變化規律。每年 3-5 月份為枯水期，降水量會減少；8-10月份為豐水期，降水量會增加。降水量的多少直接影響地下水資源量。

2.2 慶安縣地下水資源量

2.2.1 平原區地下水補給量

平原區地下水總補給量是由4部分組成，分別為地表水體滲入、大氣降水、山前側向徑流及越流補給等流入含水層的水量。見表1。

表1 平原區多年平均地下水補給量表

經計算，慶安縣平原區地下水資源量為24 599.81×104m3。

2.2.2 地下水可開采量

地下水可開采量的計算采用可開采系數法，計算公式為：

Q可開=ρ·Q總補

式中：Q可開為地下水可開采量，104m3；ρ為可開采系數，本文取值為0.827；Q總補為地下水總補給量，104m3。

經計算，慶安縣平原區多年平均地下水可開采量21 877.56×104m3，占多年平均地下水總補給量26 440.34×104m3的82.7%。見表2。

表2 平原區多年平均地下水可開采量表

2.2.3 山丘區地下水資源量

慶安縣山丘區地下水主要是由山丘區基巖裂隙水資源、山前側向流出量、開采消耗量和潛水蒸發量河川基流量等4項組成。慶安縣山丘區地下水資源量見表3。

表3 慶安縣山丘區多年平均地下水資源量表

2.2.4 地下水資源總量

Q資=Pr山+Q平資-Q側補-Q基補

式中：Q資為多年平均地下水資源總量；Pr山為山丘區多年平均降水入滲補給量；Q平資為平原區多年平均地下水資源量；Q側補為平原區多年平均山前側向補給量。

見表4。

表4 地下水資源總量表

通過對慶安縣地下水資源總量的計算與分析，慶安縣地下水總量為5.97×108m3，但實際可開采量是2.19×108m3。隨著全球變暖，地下水可開采量也會受到諸多影響。所以，若想實現慶安縣的水資源可持續利用與發展，需對地下水用水結構及用量進行分析，從而對地下水進行壓采。

2.3 地下水開采量及用水結構

近4年(2016-2019年)，慶安縣區域內地下水年平均實際開采量29 795.81×104m3，全部為淺層地下水。近5年平均用水量中，農田灌溉占總用水量的92.21%，林牧漁畜占3.32%，工業占0.43%，城鎮公共占0.35%，居民生活占3.61%，生態環境占0.08%。開采量及用水結構見表5。

表5 地下水開采量及用水結構表

通過表5慶安縣地下水用量及用水結構分析，慶安縣農業灌溉用水量最多，生態環境用水最少。根據水利部下發的通知，慶安縣用水總量控制指標為2020年用水總量5.8×108m3，其中地下水用水量2×108m3；2030 年用水總量5.98×108m3，其中地下水用水量2.12×108m3；2025年用水總量控制目標依據2030年用水總量控制目標。由于2025年要達到2030年的地下水開發利用控制指標，所以2025年地下水開發利用控制指標是依據2030年地下水開發利用控制指標制定的。按照現有的用水結構與用水量,對規劃水平年2025年的需水量進行預測。見表6。

表6 規劃水平年2025年需水預測 /104 m3

根據可開采量、地下水控制指標和需水預測成果進行供需平衡。見表7。

表7 規劃水平年供需平衡分析表 /104 m3

通過對現有資料數據的分析以及現場實地調研考察，慶安縣目前存在以下問題：

1) 慶安縣地下水開發利用程度超過地下水資源的承載能力。

2) 地下水動態監測覆蓋面小、布局不合理。隨著農業的發展，特別是水田面積大幅度增加，地下水開采量逐年增加。

3) 慶安縣現有地表水灌溉面積較少、灌溉水利用系數低、灌溉設備不先進、已有的灌區工程年久失修老化等問題使灌溉損耗率較高。

針對上述問題，需對慶安縣的地下水進行壓采，合理調整產業用水結構，實現水資源可持續發展利用。

3 地下水壓采

3.1 工業節水

慶安縣現狀年工業用水重復利用率為40%。慶安縣工業用水重復利用率偏低，所以工業節水的側重點為提高工業用水重復利用率，具有一定的挖掘潛力。

考慮到慶安縣工業產業性質和現狀用水水平，規劃水平年工業用水重復率確定為80%。單位工業增加值用水量將從6.12 m3/萬元降至1.71 m3/萬元。計算公式為：

Wg=Z0×Q1×(1-ηt)×(ηt-η0)+W0×(L0-Lt)

工業節水潛力的計算考慮采取工業節水措施條件下的節水，見表 8。

表8 工業節水潛力指標分析

經計算，如果慶安縣工業用水重復利用率提高至80%，規劃水平年供水管網綜合漏失率降至10%，則可以節省96.79×104m3水量。

3.2 城鎮居民綜合生活節水

隨著社會經濟不斷發展，水資源供需矛盾突出，所以在不影響居民正常生活的前提下，城鎮生活用水的節水關鍵是節水器具使用和輸水管網漏損率。計算公式為：

Wg=W0-W0×(1-L0)/(1-Lt)+R×JZ×365/1 000×(Pt-P0)

城鎮生活節水潛力指標分析見表 9。

表9 城鎮生活節水潛力指標分析

隨著城鎮節水器具普及率的提高，同時加強對輸水管網的管理，可節約水量 224.38×104m3。

綜合工業、城鎮生活節水總量，慶安縣至 2025 年的節水潛力為321.18×104m3。

3.3 農業節水

3.3.1 發展節水灌溉

提高灌溉用水水平。通過加大推廣節水灌溉技術及田間配套建設的力度，提高灌溉水有效利用率，降低畝均灌溉用水量[4]，從而減少地下水開采量，到 2025 年全部采用水田控制灌溉技術。

3.3.2 減少農業灌溉配水面積

慶安縣地下水用水以水田灌溉為主，約占總用水量的95.6%，其中地下水21 830.8×104m3，占水田灌溉的 91.21%。長期以往，將會引發一系生態環境問題。因此，地下水壓采農業方面主要以水田灌溉為主。

3.4 減少污水排放

慶安縣地下水化學類型以重碳酸-鈣鈉型水為主，多數屬弱酸性水。地下水鐵錳含量普遍偏高。地下水水溫偏低，如果直接對農作物進行灌溉，會對農作物生長產生不利影響；鐵含量過高對水稻的生產也會產生一定的危害，所以灌溉前要對地下水進行明渠晾曬和對水進行曝氣處理[3]。這個過程中會伴隨著水資源的蒸發，損耗較大。所以應減少污水的排放，從工業、居民生活、農業等方面采取措施。建設污水處理廠，引進先進設備對污水進行處理。

4 結論與展望

選取慶安縣發展鄉遠大村十道崗屯作為代表井繪制地下水年末埋深動態過程線，地下水埋深的發展趨勢是先下降、后上升、再下降、再上升。地下水資源具有明顯的豐枯變化。降雨量的多少直接影響地下水資源。統計資料顯示，慶安縣地下水的開采量超過國家對地方縣的標準，需對其進行地下水壓采。根據開采量、地下水控制指標和需水預測成果進行供需平衡，從而制定未來幾年的節水指標，主要從工業、農業、城鎮生活、污水排放等方面進行節水潛力計算。針對不同行業采取措施的節水措施也不同。工業方面主要是提高工業用水重復利用率，降低供水管網漏失率，使萬元工業增加值取用水量逐年減少，從而減少地下水的開發利用；城鎮生活方面主要是從節水器具使用以及減少輸水管網漏損率等減少地下水的開發利用；農業方面主要是從發展節水灌溉、調整農業種植結構等減少地下水的開發利用；減少污水排放方面主要是采取引進先進污水處理設備、建設污水處理廠等，并通過對慶安縣用水結構進行調整、用水方式進行改進等方式，減少地下水開發利用量，實現采補平衡。在不影響經濟發展的條件下，增加地下水資源的儲備量。

隨著經濟的發展，產業結構也不斷更新與發展，節水的側重點會有所不同，所采取的措施也會有所不同。因此，今后可以根據時代的發展，采取合理的措施，實現水資源的可持續發展。