河套灌区地下水资源合理开发利用研究

张茂盛 刘秉旺 彭志帆 赵锁志

摘要：河套灌区地下水资源非常宝贵，对生态环境具有重要意义，地下水合理开发有助于灌区水资源可持续利用。文中通过对灌区地下水补给量、地下水适宜开采量以及整个灌区的水土资源平衡进行分析，提出地下水合理开发利用模式。

由于黄河流域水资源供需矛盾加剧，国家对黄河水资源实行全流域统一管理，河套灌区未来引黄水量将在现有基础上减少20%，灌区用水矛盾将更加突出。灌区地下水位浅，有限的地下水日益受到重视，地下水合理开发将对灌区水资源可持续利用产生重要影响。因此，有必要对灌区地下水补给量、地下水适宜开采量以及整个灌区的水土资源平衡进行分析，提出地下水合理开发利用模式。

关键词： 河套灌区 潜水蒸发 均衡研究

一、地下水利用可行性

河套灌区灌溉渠道主要是土质渠道，有些防渗工程损坏严重，渠系水利用系数和灌溉水利用系数仅为0.42和0.3。中等年份引黄水量52亿m3条件下，计算出灌区地下水资源量19.8亿m3，占引黄水量的38.1%。地下水实际开采量1.48亿m3，只利用了7.5%。灌区规划改造后，灌溉水利用系数预计达到0.52，中等年份引黄水量40亿m3条件下计算出地下水资源量15.9亿m3，地下水资源占引黄水量的39.7%。一部分地下水被植物直接吸收利用，地下水开发利用潜力仍很大[1]。同时，灌区地下水位较浅，潜水蒸发量大。灌区平均地下水埋深1.7m，其中5~10月地下水埋深仅为1.5m。非耕地区(占灌区面积的50%左右)潜水蒸发量达6.2亿m3。灌区规划改造后，地下水位预计下降0.3~0.5m。非耕地区潜水蒸发量5.1亿m3。如果再考虑耕地地区的潜水蒸发量，地下水无效损失量非常可观[2]。实际上地下水开采利用是将无效的潜水蒸发量和排水沟排水转化为有效的水资源。

二、地下水利用原则

首先应根据地下水质分区利用。河套灌区盐碱化严重，地下水矿化度大于3g/L的咸水区面积约占总面积的一半。近期地下水利用以淡水区(矿化度<3g/L)为主，机井提水即可灌溉，水质无需进行处理。待条件成熟时，可以考虑咸水区的地下水利用，根据地下水质，采用咸淡混灌或轮灌方式，保证作物及土壤不受盐害。

河套灌区地下水由于水质的因素, 将地下水矿化度小于2 g/L 作为可利用灌溉水,适用于各种作物的灌溉水源；地下水矿化度2~ 4 g/L 的水源，分作物、作物生育期灌溉。无论什么水质, 由于地下水灌溉和地表水灌溉水量的原因, 必须结合节水灌溉措施进行。

其次，地下水利用量应以灌区地下水周年采补平衡来确定。灌区降水量小，地下水补给主要是引黄水的渗漏，开采过度引起的后果非常严重。因此地下水开采量必须按周年采补平衡原理，同时考虑作物利用和开采系数，以补给量来限定开采量，这样才能保证灌区水资源的可持续发展。

第三，地下水利用时水位降幅要适宜。地下水利用主要是将无效的潜水蒸发转化为有效的水资源。根据河套灌区沙壕试验站潜水蒸发资料，当地下水位降至地面以下3m时，潜水蒸发量很小(如图1)，已充分发挥了潜水蒸发的利用潜力。同时，为保证灌区牧草及生态需水要求，地下水位降幅要适当，既可以明显地减少潜水蒸发，又满足牧草等作物生长的需要。综合上述分析，地下水位降深不宜超过埋深3m。

另外, 地下水利用应与引黄水统一调配, 联合利用。引黄水充裕时期引黄灌溉, 补给地下水, 引黄水紧张时期开采地下水, 缓解灌区局部用水紧张矛盾。此外, 开采地下水, 有效地调控地下水位, 还可以减轻土壤盐碱化的威胁。

三、引黄水量、地下水开采量和地下水位关系

河套灌区现状灌溉水利用系数为0.3，中等年份能引黄水量52亿m3，占引黄水量的38.1%，实际开采量1.48亿m3，占引黄水量的7.5%，灌区规划改选渠道整治防渗后，灌溉水利用系数预计达到0.52，中等年份引黄水量40亿m3条件下计算出地下水资源量14.7亿m3，地下水资源占引黄水量的36.8%考虑到作物对地下水的利用外，地下水利用仍有巨大的潜力[3]。

引黄水量、地下水开采量和地下水位相互影响和相互作用，比如地下水位影响到潜水蒸发和作物灌溉定额，进而影响到农业用水量；引黄水量影响到地下水补给量，进而影响到地下水开采量和地下水位。地下水补给量计算是一个反复试算过程。试算过程中考虑前面提到的原则，一是灌区引黄水量不超过河套灌区规划的40亿m3/a前提下，尽可能地利用引黄水；二是地下水开采利用量不超过地下水可开采量;三是开采条件下地下水位不宜降落地面以下3m。

地下水利用应坚持二个原则：一是灌区地下水周年采补平衡，二是地下水水位利用时降幅要适宜，仅以灌区淡水区为例（矿化度小于3g/L的地区，面积约占总灌区的一半），按周年采补平衡原理，同时考虑作物利用和开采系数，可以计算出中等年份地下水可开采量7.15亿m3，为保证灌区牧草及生态需水要求，地下水位降幅要适当，既可以明显地减少潜水蒸发，又满足牧草等作物生长的需要，仍以淡水区为例，按均布井开采方式，中等年份地下水开采量94 m3/亩时，地下水位降至2.5m左右。

图2清楚地表明随着地下水开采强度的增加，地下水降幅随之增大，当开采强度达到1500m3/hm2时，地下水位降到地面下2.851m，接近开采的极限深度。因此地下水开采强度应以1500m3/hm2为限。

四、结论

河套灌区地下水作为灌溉的补充水源，在引黄水量不足时，可以发挥重要作用。地下水利用主要集中在淡水区，应坚持采补平衡和井渠双灌的原则，引黄水和地下水联合利用，保证灌区水土资源可持续发展。地下水利用方式宜采用集中开采，做到“三亩补给，一亩开采”，并从技术、经济、管理三方面综合论证，井群布置、井深、井距可通过小范围的抽水试验研究确定。河套灌区地下水资源非常宝贵，且对生态环境具有重要意义，地下水利用应科学规划、论证，配套实施，合理开采，形成一套适合河套灌区的引黄水和地下水联合利用模式。

参考文献:

[1]内蒙古水文地质观测总站河套水文地质分站.河套平原后套黄河灌区1978～1979年潜水动态研究报告[R].1980:23－27.

[2]内蒙古水文地质观测总站三湖河水文地质站.三湖河灌区1960～1964年潜水动态研究报告[R].1965:52－55.

[3]内蒙古水文地质队.内蒙古自治区地下水资源评价[R].2002:50－53.