錦西灌區運行對地下水環境的影響

劉秋實

(合肥工業大學土木與水利工程學院，合肥 230002)

1 工程特性和自然地理概況

1.1 工程特性

富錦市地處三江平原腹地、松花江下游南岸，面積4947km2，其中耕地面積36.55×104hm2。

錦西灌區位于富錦市西南部，行政區劃隸屬于富錦市錦山鎮、頭林鎮、上街基鎮，地理坐標為E131°30′～132°37′，N46°48′～47°14′。灌區北靠松花江，東至幸福灌區與富錦支河下段，南至外七星河與友誼農場相望，西與二九一農場相鄰。灌區總土地面積11.38×104hm2，現有耕地面積10.11×104hm2，其中現有水田面積3.47×104hm2、旱田面積6.64×104hm2。

錦西灌區是以松花江水源為主、以地下水源為輔的大型灌區，總設計灌溉面積7.33×104hm2。

工程主要建設內容包括：水源工程有新建松花江引渠及錦西渠首提水泵站1座和田間機電井工程。輸配水工程包括新建灌溉總干渠9.40km，結合現有排水溝道擴建山西(灌排)干渠長34.54km、花馬(灌排)干渠長39.83km、頭林(灌排)分干渠長33.18km、二林(灌排)分干渠長33.46km；新擴建(灌排)支渠(溝)83條，總長289.34km。新建渠系建筑物332座：其中交通橋100座，涵洞121座，水閘105座，排水站(閘)6座。還包括110萬畝的田間配套工程[1]。

1.2 自然地理概況

富錦市屬中溫帶大陸性季風氣候，四季分明，年平均溫度3.6℃左右。春季風大雨少，夏季溫濕多雨，秋季溫涼早霜，冬季嚴寒干燥。最熱的7月份平均氣溫為21.2℃，最冷的一月份平均氣溫-19.3℃。無霜期在148天左右，年平均降水量約339.5mm。

富錦市地勢低平，平均海拔60m左右，城東烏爾虎力山海拔538.7m與城西海拔472.8m的別拉音山遙相呼應，形成西北略高，中部低平，東南稍低的沖積平原。

富錦市是佳木斯東部區域性中心城市，市域內水路、公路、鐵路四通八達，是三江平原的重要交通樞紐。福前鐵路、同三高速公路、佳撫高速公路匯交市區[2]。

2 區域地質概況和水文地質條件

2.1 區域地質概況

該區地處三江低平原腹地，三江平原是坳斷陷而形成的盆地。平原區地勢低平，由西南向東北傾斜，平均海拔50～60m，地面總坡降1/10000，在平原上零星分布殘山和殘丘，由于徑流緩慢，部分地區形成了大面積沼澤濕地。

該區第四系地層分布廣，發育連續，厚度大，除殘山丘陵附近第四系厚度不足50m外，大部分地區厚度為100～200m。

區內前第四紀地層分布范圍較小，白堊系在別拉音山南北兩端和烏爾虎力山附近出露，石炭系在烏爾虎力山附近出露。

該區所處的黑龍江省大地構造單元為興凱湖-布列亞山地塊區、老爺嶺地塊、三江新斷陷帶之富錦隆起(Ⅴ44)。

富錦隆起位于三江新斷陷帶西部，為周圍環山，有殘丘零星分布的平坦低洼盆地。進入新生代，斷陷整體急劇下陷，沉積了第三系沉積巖，最厚達1200m，晚第三紀后期一些大斷裂繼承性活動，形成了烏爾虎力山、別拉音山等基底凸起。第四紀以來，以間歇性沉降活動為主，沉積了厚度較大的第四系松散堆積物。

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)，本區地震動峰值加速度0.05g，地震動反應譜特征周期0.35s，相對應的地震基本烈度Ⅵ度。近期無地震活動紀錄，為區域構造穩定區。

2.2 水文地質條件

區域含水層主要為第四紀沉積的以砂、砂礫石為主的松散堆積物，賦存了豐富的松散層孔隙潛水，由于表層黏性土厚度不同，局部地段發育孔隙微承壓水。孔隙潛水與孔隙微承壓水之間除補給條件有所差異外，含水層的特性基本相同，具有厚度較大、分布穩定、結構單一的特點。由于前第四紀基底起伏較大，松散巖含水層的厚度不均，由丘陵邊緣到低平原中部，含水層厚度由十幾米變至二百余米，最厚處可達240m。

松散層孔隙潛水的富水性好，除靠近殘丘附近地區單井涌水量(6寸口徑，3m降深推算涌水量)<100m3/d外，大部分地區單井涌水量為1000～3000m3/d。

地下水水化學類型為HCO3-—Ca2+、HCO3-—Ca2+Na+型，礦化度0.15～0.76g/L?？傆捕?.53～19.66德國度，pH值6.9～7.4。

工作區地處低平原，有利于降水的匯集和入滲補給地下水，在接受降水入滲補給的同時，豐水期又接受地表江水、低洼地季節性積水以及鄰區地下水的補給。地下水徑流微弱，以蒸發為主，其次為人工開采和江河及鄰區徑流排泄。

3 灌區運行對地下水水位的影響

3.1 灌區平均地下水位的整體變化趨勢

灌區現狀年(2014年)地下水補給量為1.61億m3/a，可開采量為1.39億m3/a，開采量為2.19億m3/a，地下水處于超采狀態，超采58%，地下水位呈持續下降趨勢，年內平均水位下降幅度由下式計算：

(1)

式中：△h為地下水位下降幅度；F為計算區內平原區面積，1146km2；μ為潛水含水層給水度，平均值0.18；△Q為地下水超采量，8000104m3。

計算得到⊿h=0.39m，這一計算結果未考慮鄰近區域徑流補給的變化。當地下水位降幅達到0.39m這一數值時，區內水頭的變化會導致計算區平均水力坡度略微變大，鄰區和河流側向補給會有所加強，實際的下降幅度會略小于這一數值。區內10577130號長觀孔(位于錦山鎮錦山村)2014年年初水位埋深4.68m，年末水位埋深5.0m，年內下降幅度為0.32m；區內10577150號長觀孔(位于頭林鎮頭林村)2014年初水位埋深6.82m，年末水位埋深7.16m，下降幅度為0.34m；這兩個觀測孔的實測資料驗證了本計算作為一種估算，其結果可信。

2014～2019年，區內地下水資源開采布局和開采量基本上按現狀運行，那么地下水水位會逐年下降，下降幅度以0.39m估算，6年時間長度內，總下降幅度為2.34m。

灌區運行后，由于引松花江水進行灌溉，灌溉面積為110萬畝，地下水的總補給量為1.93m3/a，地表水灌溉入滲補給量超越降雨入滲補給量，成為地下水的最大補給源，地表水灌溉入滲補給量為1.21億m3/a，占總補給量的63%；由于補給量的增加，地下水的可采量也相應增加，多年平均地下水可開采量為1.65億m3/a，設計開采量為1.64億m3/a。地下水在整個灌區和各個分區基本上處于采補平衡狀態，地下水平均水位基本不變，呈微弱上升趨勢，按公式(1)計算，平均上升幅度僅為每年0.14m。

以上是孤立的僅考慮本灌區補給和排泄條件的變化得到的結果，灌區的鄰區的地下水補給和排泄條件的變化，也會對通過影響水力坡度進而影響側向補給量，對灌區的地下水水位產生影響，因而僅僅考慮本灌區的變化是不全面的。

工程的環境影響評價報告按如下情況考慮：假設錦西灌區設計方案可于2020年投入使用，并假設預測期(2013～2030年)內大氣降水重復歷史上典型時期(1983～2000年)的降水過程；2013～2019年期間，地表水和地下水資源開采布局和開采量按現狀運行；自2020年開始農業用水過程、水資源開采布局和開采量按錦西灌區的規劃設計方案運行。同時假設工程于2016年開工建設，至2019年底建設完畢，并于2020投入使用；在2013～2019年期間，地表水和地下水資源開采布局和開采量按現狀運行；2020～2030年期間，水資源開采布局和開采量按工程的規劃設計方案運行；并綜合考慮整個工程所在區域的水資源調度情況，采用visual moflow軟件模擬并預測了錦西灌區井位地下水水位的變化情況。

預測結果顯示：在現狀灌溉方案條件下(2013-2019年)，錦西灌區地下水處于超采狀態，地下水位埋藏深度普遍持續增大；自2020年開始，增加地表水灌溉后，同時受預測期設計降水量影響，地下水位呈現明顯波動上升，截止2027年末地下水位上升已接近2013年的初始值，受2028年后預測期設計降水量減少的影響，地下水位再次呈現小幅下降趨勢，地下水位埋深較現狀條件下略有增大，絕大部分地區地下水位埋深仍在地下水極限蒸發深度之內，有利于作物生長和預防因灌溉引發的土壤次生鹽漬化。本預測結果和解析法的計算結果基本相同[3]。

3．2 灌區運行后平均地下水位的年際變化

按照灌區可研報告的供水原則，在灌區范圍內，地下水多年平均不能超采，以保證灌區地下水采補平衡；在豐水年地下水按可開采量的80-100%，在平水年地下水按可開采量的100%開采，在枯水年地下水按可開采量的100-120%開采。

在豐水年，地下水按可開采量的80%進行開采時，開采量為1.31億m3/a，即壓采0.33億m3/a，按公式(1)計算，年度地下水水位上升幅度為0.18m；在枯水年，地下水按可開采量的120%進行開采時，開采量為1.97億m3/a，即超采0.33億m3/a，按公式(1)計算，年度地下水水位下降幅度為0.18m。

由于人為進行水資源配置的結果，將導致在豐水年地下水有所上升，在枯水年地下水水位有所下降，其上升和下降的幅度基本上以0.18m為限，在平水年地下水位基本保持不變。

灌區地下水位的年際變化是疊加在灌區運行后地下水水位穩步回升基礎上的，就是說在曲線圖表現上呈現一條長期穩步上升、年際有上下擺動現象的曲線。

4 灌區運行對地下水水質影響預測

工程環評報告建立地下水溶質運移數值模型，模擬預測了錦西灌區地下水中典型污染物(高錳酸鹽指數和氨氮)的濃度變化趨勢。

以2013年枯水期地下水水質監測數據資料為基礎，分別繪制高錳酸鹽指數和氨氮的預測期初始濃度流場,見圖1和圖2。

預測末期的高錳酸鹽指數和氨氮濃度如圖3和圖5所示；不同地段地下水質變化動態如圖4和圖6所示。

從圖5和圖6可見，在保持現狀條件下(2013-2019年)，地下水的高錳酸鹽指數保持相對穩定；2020年后，地下水高錳酸鹽指數呈現緩慢升高趨勢，但幅度相對較小。整體上，高錳酸鹽指數小于2mg/L，仍屬于II類地下水級別。

從圖7和圖8可見，在2013～2019年間，地下水氨氮濃度基本穩定在現狀水平；自2020年開始，引入大量地表水進行灌溉，地下水中氨氮濃度均呈現輕微上升趨勢，但上升幅度十分有限，截止到預測期末，地下水氨氮水質級別仍與現狀相同。這一結果與前述的影響分析結果相同，說明預測結果可靠。

綜上所述，錦西灌區的建設規劃，有利于穩定區域地下水位，加大地表水灌溉比例后，高錳酸鹽指數略有上升，但均穩定在地下水質量II類范圍內；錦西灌區氨氮水平也略有上升，但未發生明顯改變[4]。

5 對地下水水源地的影響

工程運行后，地下水高錳酸鹽指數略有上升，氨氮指標也有微弱上升趨勢，地下水水源地及其保護區水質會受到相應影響。錦山鎮、頭林鎮地下水集中式飲用水水源地的井深為80m，抽取承壓含水層的地下水，該含水層受灌溉水的影響較弱，因而工程運行對這兩處水源地的水質影響很輕微。

水源地及其保護區均處于民宅區，在距離水源地500m范圍內基本上沒有灌溉機井存在，灌溉機井抽水影響半徑一般<500m，因而，灌區的運行引起的局部水位變化對水源地及其保護區的地下水水位不產生影響；灌區運行在整體上會有效遏制地下水持續下降，使地下水水位有所回升，對保證水源地出水量產生積極影響。

6 結 論

工程建成后，灌區范圍內水資源配置格局發生變化，地下水水位在整體上有所回升，地下水水位的整體回升從源頭上遏制了地下水降落漏斗出現及其后續的地裂縫和地面塌陷等環境地質問題，使該區域地下水動態更接近于天然狀態，對生態環境產生積極影響。工程運行后，高錳酸鹽指數略有上升，氨氮指標也有微弱上升趨勢，總體上工程對地下水質的影響微弱，不改變地下水水質類別。

工程運行不改變區域地下水的補給、徑流和排泄的基本條件，地下水在水質方面變化輕微，地下水水位由逐年下降狀態重新達到良性動態平衡，總體上對地下水產生有利影響。