三江平原地下水生态水位初步研究

2012-08-15孙香泰艾晓燕张力春

黑龙江水利科技 2012年4期

孙香泰，艾晓燕，张力春

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

地下水有独特的自然属性，是人类生活、生产用水的重要水源，同时也是生态环境主要的控制因素，对生态环境起着重要支撑作用。地下水与生态环境关系密切，其开发利用必然会对生态环境产生影响，地下水水位异常变化会引发一系列生态环境问题。地下水水位过高会引发土壤盐渍化和沼泽化等，过低又会引起土壤干化、河川基流量减少、湿地萎缩退化等问题。确定合理的生态地下水位，既能有效合理的开发利用地下水资源，又能保护地下水生态系统，还能通过适当降低地下水位，增加降水和地表水体的入渗补给量，提高防洪、排涝标准，减少潜水蒸发量，防治土壤盐渍化，增强“地下水库”的调蓄能力。因此，开展三江平原地下水生态水位的研究，实现地下水资源可持续利用，保证经济社会及生态环境协调发展，具有重要的现实意义。

1 地下水生态水位内涵

地下水生态水位是指能够充分发挥地下水对生态环境的控制作用，即满足生态环境要求、不造成生态环境恶化的地下水位。它是由一系列满足生态环境要求的地下水水位构成，是一个随时空变化的函数。

2 地下水生态水位对区域生态环境的支撑作用

2.1 对区域水循环系统的支撑

地下水是区域水循环中关键的制约要素，对生态环境系统起支撑作用。潜水的大幅度下降将破坏区域自然条件下水文循环演化规律，改变地下水流场，致使地下水资源时空分布发生显著的变化，引发生态环境系统退化等一系列问题。

适宜的地下水位埋深，有利于大气降水的入渗，补给地下水，减小地表漫流和径流强度，具有一定的减洪作用。同时，大气降水以地下水的形式被存储在地下，枯水时补给河流水量。在洪水时河水补给地下水，减缓洪水流量，起到调节河流水文的作用。地下水通过蒸发的方式将水分返回大气中，进行水循环，对大气降水进行再分配，此外还以基流的形式转化为地表水。

2.2 对植物生态系统的支撑

地下水主要是通过包气带间接影响植物生态系统的。地下水主要以向上运移的形式补充土壤水分，当地下水埋深很浅时，植物根系可直接吸收;当地下水埋深较浅时，地下水通过毛管作用向地表运动来影响包气带土壤含水量，进而间接影响植物的生长。当地下水埋深很深时，地下水对地表植被需水贡献极少。此外地下水还通过影响土壤盐分来影响植物生长，如果地下水埋深浅，因毛管水顶面接近地表，蒸发强烈，水去盐存，土壤表层盐分不断积累，易使土壤发生盐渍化，从而影响植物生长。适宜的地下水埋深既可使植物生长得到所需的水分，又可以防止土壤盐渍化。

2.3 对河流生态系统的支撑

地下水和河水之间存在着密切的水力联系，洪水期河水补给地下水，部分洪水贮存于含水层中，使洪水有所消减，枯水期地下水补给地表河流，起着调节河川径流的作用。大量开发地下水，使地下水位不断下降，失去了对河流枯季的补给能力，最终导致河道断流，使河流生态系统遭到破坏。

2.4 对湿地生态系统的支撑

湿地是一种非常重要的自然生态系统，往往与地下水有直接水力联系，当湿地水位低于周围的潜水位时，地下水对湿地补给，如果湿地的水位高于周围潜水位时，湿地水补给地下水。当大量开采地下水时，造成地下水位下降，使依赖于地下水的湿地萎缩退化，对湿地的生态系统造成极大的破坏，进而影响到周围整个生态环境。因此，在湿地周围控制地下水的开采，使地下水位保持适宜的高度，来支撑湿地生态系统向良性发展。

3 地下水生态水位指标体系

自然界中依赖地下水的生态系统有很多，根据生态系统的依赖程度，分析不同情况下的地下水生态水位。

3.1 防止土壤盐渍化水位

当地下水埋深较浅时，易使土壤发生盐渍化，从而影响植物生长。如果地下水位埋深在毛管水上升高度以下，可截断或减少地下水盐份对土壤水盐的补给。因此，把毛管水上升高度再加上根系层高度作为防止土壤盐渍化水位。毛管上升高度与包气带岩性有关，黏性土的毛管高度一般为2.5～3.5 m，砂性土为1.5～2.5 m;作物根系发育层高度一般为0.2～0.5 m，因此防止土壤盐渍化生态水位根据不同的包气带岩性控制在2.5～4.0 m。在该水位埋深情况下，植物生长可得到所需的水分，同时又将潜水的蒸发强度减至最小，土壤积盐极其微弱。

3.2 地下水获得最大补给的地下水位

三江平原地下水主要补给来源为大气降水入渗，其次为地表水入渗。降水入渗量与降水特性、包气带岩性、土壤含水量及地下水埋深有关。在其它因素一定的情况下，地下水位的变化成为影响降水入渗量的主要因素。地下水位埋深过浅时，降雨入渗很快会使包气带饱和，地下水位升至地表，形成“蓄满产流”，不利于地下水补给;随着埋深的增加降水入渗补给量随之增大，当埋深增大到某一值时，地下水获得最大补给量，此时的地下水埋深为最佳埋深，地下水位埋深大于最佳埋深，则包气带将容纳大部分下渗水量，也不利于地下水的补给。经初步研究，地下水位埋深3～5m左右时，地下水可获得最大补给。

3.3 有效地维护湿地资源的地下水位

当大量开采地下水时，造成地下水位下降，使依赖于地下水的湿地萎缩退化，对湿地的生态系统造成极大的破坏，使湿地自身发生、发展难以维持，进而影响到周围整个的生态环境。因此，为了使湿地生态环境向良性方向发展，主要以地下水溢出为补给来源的湿地，要保持地下水位高于湿地，以地下水作为支撑的沼泽及沼泽化湿地地下水埋深要＜1 m。

3.4 保护河川基流量的地下水位

河川基流系统，是完全依赖地下水的生态系统，特别在枯水季节更是如此。在河谷漫滩沿河一带，枯水期地下水补给河水，丰水期河水补给地下水，三江平原地下水位总趋势比河水位高，说明在大多数情况下地下水补给河水。经过初步分析，当枯水季节主要大中河流沿河地带地下水位埋深一般达到5～7 m时，地下水位接近于河水位，使河川基流量减少，将影响河水的生态系统。为此，不要过度开采地下水，发挥枯水季节地下水对河流生态系统的支撑作用。

4 地下水生态水位的确定

4.1 地下水生态水位的确定原则

确定区域地下水生态水位是解决地下水对生态环境支撑的关键。通过分析地下水生态水位对区域生态环境的影响及地下水生态水位指标体系，地下水生态水位的确定主要依据有5个原则:①满足植物对地下水的正常吸收;②有效抑制返盐;③最大限度地增加地下水补给量，减少蒸发量，充分发挥含水层的调蓄能力;④有效地维护湿地资源，保证生物多样性要求，⑤保护河川基流量，对河流生态系统提供支撑。

4.2 地下水生态水位的确定

根据上述原则并考虑地下水的供给功能确定三江平原合理地下水生态水位。

河谷平原区:由松花江、黑龙江、乌苏里江及主要支流的河漫滩构成。其上发育沼泽湿地、古河道及牛轭湖等微地貌。含水层上覆粘性土较薄，一般为0～3 m的亚黏土或亚砂土，部分地区砂砾石直接出露，含水层岩性主要由砂及砂砾石组成，厚度较大，分布较稳定，地下水类型为潜水。该区丰水期地下水最高运行水位埋深限制在2～3 m，枯水期最低水位埋深可达到3～5 m。

低平原区:主要由三江低平原及兴凯湖低平原构成，分布河谷平原两侧，由Ⅰ、Ⅱ级阶地组成低平原，微地貌发育，古河道、沼泽湿地、湖泡广布。含水层岩性主要由砂及砂砾石组成，含水层厚度大，分布稳定，地下水类型为潜水，局部地区为弱承压水。

松花江以北绥滨－萝北地区、勤得利—富锦—友谊连线以西及兴凯湖低平原地区，表层岩性为亚黏土及亚砂土，厚2～4 m，为潜水分布区。该区丰水期地下水最高运行水位埋深限制在3～4 m，枯水期最低水位埋深可达到5～6 m，山前地带可达到6～8 m。

勤得利—富锦—友谊连线以东地区，因普遍上覆5～20 m的亚黏土，地下水具弱承压性。该区主要发挥地下水库的调蓄功能及地下水的供给功能，地下水位埋深可达到6～11 m，抚远县附近的二级阶地区可达到17 m。

湿地保护区:三江平原由于大量垦荒，发展农业，导致湿地面积逐年缩小，另外，大量开采地下水又使湿地生态失去支撑，从而导致湿地退化。因此，要保护湿地，维护生物多样性，促使生态环境向良性发展。

根据调查，水城子湿地分布区西部存在地下水溢出带，常年不涸地补给湿地。此外勤得利河、莲花河、鸭绿河等上游大多是由潜水出露汇集而成的，从而孕育了大片沼泽湿地，此类湿地周围，严禁地下水开采，保持地下水对湿地的补给。分布于黑龙江、松花江、乌苏里江等大型河流漫滩区的沼泽湿地，其地面物质组成较粗，粘性土层很薄或没有，粉质砂土、砂、砂砾石，往往直接出露，地下水与湿地有直接水力联系，在此类湿地周围，限制地下水开采，使地下水埋深控制在1 m之内，使地下水对湿地生态系统发挥支撑作用。