交口抽渭灌区地下水资源管理与利用

郭红军

(陕西省交口抽渭灌溉管理局，陕西 渭南714000)

交口抽渭灌区是以渭河为水源的大型多级电力提水灌区，地处关中平原东部，渭河下游。灌溉渭南、蒲城、富平、大荔、临潼、闫良六县(区)119.73万亩农田，涉及30个乡镇，336个行政村，农业人口77.5万。主要农作物有小麦、玉米、棉花、辣椒、瓜果等。灌区属于暖温带内陆型半干旱季风区，年蒸发量为1400 mm，年均降雨量为534 mm，降雨量多集中在七、八、九三个月份，占全年降雨量的50%～60%，降雨有效利用率低，且年内分布不均，年际变化较大，加之受季风影响，冬春干旱，伏旱与秋涝交替出现，旱灾尤甚。

1 开展地下水资源利用研究工作对灌区发展的重要性

旱灾、涝灾、土壤盐碱化是困扰灌区农业生产的三大问题，建立灌区大气水、地表水、地下水良性运动和转化是解决以上三大问题的根本途径，也是提高抗旱保证率，保障粮食生产安全的必由之路。

1.1 灌溉期间水源短缺严重制约灌区抗旱作用发挥，有必要对灌区地下水资源进行开发利用

灌区可利用的地表水源惟有渭河。渭河上游有宝鸡峡、泾惠局两大灌区，冬、春灌期间，河源来水基本能满足灌溉用水的需求，夏灌期间供需矛盾比较突出。据统计，灌区多年平均过境水量63.64亿 m3，实测系列中最大过境水量为1983年的121亿 m3，最小为1997年的 18.31亿 m3。而且夏灌期间存在高含砂量时段，无法抽水，使供需矛盾加剧。灌溉期间水源短缺、高含砂量时段频现及水质污染严重制约灌区抗旱作用发挥，有必要对灌区地下水资源进行开发利用，提高抗旱能力。

1.2 开发利用地下水资源可以有效控制内涝发生

近年来，极端气候频繁出现，据统计2001—2010年间灌区共发生大小涝灾7次，重现期由1901—1995年的1.8 a减小到1.5 a，呈现频次增多、程度加重趋势。2003年秋季内涝，灌区明水面积达25.26万亩，秋粮无法收获，冬小麦无法播种，仅农业收入一项，损失过亿元。2011年春季灌区比较干旱，但由于中东部地下水位居高不下，在灌溉后又现明水，出现了灌溉水量站(点)差异悬殊的局面。灌区多次内涝，反映出灌区排水系统功能低下，也暴露出灌区地下水资源开发利用问题突出。

1.3 可有效控制灌区土壤盐碱化面积，提高单位面积粮食产量

在灌区地形平缓、地上径流不畅和以古咸水湖沉积地层为基座的地层结构条件下，地下有大面积的咸水存在，土体中盐分含量较高，构成了交口灌区土壤次生盐碱化的潜在因素。灌区地下水位的上升，高矿化地下水参与土壤蒸发是灌区土壤次生盐碱化的根本原因。

表1 交口灌区盐碱地面积统计表

有效控制灌区土壤盐碱化面积，需要通过控制灌区地下水位来实现，其实质还是开展地下水资源管理与利用。

2 灌区地下水资源特征

2.1 静态特征:地下水以咸水为主，储量大

关中平原座落于渭河地堑上，以第三纪和第四纪下更新统时期的咸水湖沉积地层为基座，由于古咸水湖面积大，湖积物盐厚度＞1 000 m，地质构造决定灌区地下水以咸水为主，据2005年水质调查资料，卤泊滩农场4 m深度地下水平均矿化度15～20 g/L，最高达81 g/L。其地质构造在形成过程中，渭河地堑断续性升降，冲积和湖积作用反复，形成含水层相间分布，具有良好的储水地质结构，同时又有不断接纳岩层裂隙水的能力，地下水储量大，预计灌区1 024.36 km2区域内地下水储量超过3亿 m3。

2.2 动态特征

2.2.1 流向特征

地下水流向与地形坡降一致，比降比地面小，除西北部为1/300～1/500，其余均在1/1 500左右，灌区中部故市比降洼地最小达1/2 500，且有环状滞流区存在。

灌区西起石川河，东临洛河，东西长48.6 km;南靠渭河，北到卤泊滩，南北宽31.9 km，由渭河一、二、三级阶地、北部黄土台原和卤泊滩洼地组成。海拔高程在340至417 m之间，地面坡度变化在1/1 000～1/2 000间。地形特点是西北、北、东北略高，呈“簸箕形”向灌区中部、南部倾斜。中部有平缓的东西走向九道洼地和南北起伏较大的局部平缓高地，洼地和高地相差2～4 m左右。

渭河一级阶地上部为较松散的粘质砂土和砂质粘土，厚度5～10 m，下部为细砂层粘性土层，厚约15～25 m，地表为黄绵土;二级阶地上部为冲积黄土、亚粘土，夹1层—2层古土壤或厚度不等的细砂层;下部为亚粘土;基座为三门系细砂和亚粘土;三级阶地上部为黄土类土，下部为细砂或砂质粘土。

黄土台原地表为黄土和亚粘土，呈大孔隙结构，其下为古土壤层。

滷泊滩洼地沉积物为棕红、灰蓝色粘土与粉土互层和亚粘土，具有水平层理，结构微密通透性差。

渭河一、二、三级阶地黄土层分布广，厚度大，由于黄土具有大孔性，垂直节理，含钙质及古土壤等，其中孔隙、孔洞、裂隙均能储藏地下水，通道性大孔隙和结构孔隙以及各种成因的裂隙和微裂隙成为地下水入渗和运移通道。因此形成交口灌区地下水流向与地形坡降一致的流向特征。

2.2.2 地下水位埋深月际变化特征

单峰型与多峰型并存;年际变化特征:反映不同年降水、灌溉水转化成地下水的程度，无明显规律。

地下水位埋深月际变化特征:灌区地下水位埋深大于5 m的西北、东北部地区，年内地下水位升降变化呈“单峰类型”，8月—9月(两季)，水位开始上升，冬灌时期继续保持上升趋势，翌年4月—5月升至最大值，6月—7月处于下降阶段。埋深小于5 m的地区则呈“多峰型”。雨季、冬灌期、春灌期均有“峰值”出现，其中雨季为降雨入渗补给型，冬、春灌时期灌水入渗补给型，夏灌期绿色体覆盖地面，蒸腾作用强烈，地下水位下降。

表2 灌区各观测井历年平均埋深值

从表2可以看出，地下水位埋深年际变化无明显规律，反映不同年降水、灌溉水转化成地下水的程度。

2.2.3 地下水矿化度年际变化特征

灌区浅水层水质呈淡化趋势，淡化速度缓慢。

开灌以来，在降雨和灌溉水入渗补给及排水系统排水排盐作用的共同影响下，灌区潜水层水质明显淡化。由下表我们可以看到，灌区地下水矿化度5 g/L以上分区面积处于下降趋势，矿化度1.7～3.0 g/L分区面积呈上升趋势，而矿化度0～1.7 g/L和矿化度3～5 g/L分区面积呈振荡反复，这种现象说明灌区潜水层水质呈淡化趋势，淡化速度缓慢。观察井水质变化也可以说明这一点。在埋深较深的区域，地下水质呈淡化趋势，如观测井B33在1978年的矿化度为3.926 g/L，到1986 年下降为2.94 g/L，2005年下降到2.27g/L(见表3)。

2.3 地下水上淡下咸垂直分布明显，可供灌溉用水资源地下水量少，空间分散，月际变化大

根据现有资料，受地质条件制约，灌区地下水矿化度垂直方向上的分布，随着深度的增加而增高。灌区中部及北部最典型，距地表30～100 m地层以下矿化度高达17g/L以上，高含盐类结晶(石膏、食盐、芒硝)，在水平分布上，高矿化水可能与卤泊滩高矿化水有水力联系。

灌区南部渭河一级阶地、西部石川河补给区，东部洛河补给区受河流侧向补给有珍珠状淡水区存在，成为交口灌区地下水资源利用的主要区域，可供灌溉用水资源地下水量少，在5 500万 m3左右。干旱年不足3 000万 m3。月际变化大，抗旱保证率较低。

表3 交口抽渭灌区地下水矿化度分区面积统计表g/L

3 灌区开展地下水资源利用取得的成果及现状

3.1 灌区地下水动态监测工作开展情况

全灌区现有监测井136眼(95.6%在田间)，监测员10名，历年来采用一人多井的方法进行动态监测，主要开展地下水位、水质和排水沟口流量、水质监测等业务，完成灌区地下水矿化度分析报告及土壤耕作层含盐量测定工作，监测成果按时上报省地下水管理监测局，为陕西省地下水利用研究及灌区发展积累了大量的技术资料。

据灌区实际调查和灌溉经验所确定的地下水分级是:含盐量小于1.7 g/L时是较好的灌溉水;含盐量1.7～3.0 g/L灌溉后作物受害以至显著受害;当地下水含盐量大于3 g/L时不宜灌溉，见表4。

表4 地下水的化学类型及矿化度分类表

灌区采用钠吸附比和矿化度，分级评价钠吸附比随矿化度增大而增大，地下水钠吸附比为10时，对作物不发生危害。钠吸附比为10～18时，有中等较严重危害。钠吸附比达到18～26时，发生严重危害。当钠吸附比＞26时，发生极严重危害。

3.2 打浅井充分利用浅层地下淡水

根据灌区地下水受灌溉渗漏水的大量补给，水质较淡，而深层地下水较咸的特点，打浅井充分利用浅层地下淡水，为获得足够的水量，可以建辐射井。如灌区内下吉镇东关村一眼辐射井，深25 m，出水量达90 m3/h。

3.3 开展“抽咸换淡”“压盐灌溉”“咸淡掺和灌溉”试验及小范围应用

“抽咸换淡”是依据大气水(降水)、地表水(渠水)对潜水表层淡化作用明显的原理，充分利用井排脱盐速度快的特点，采取“抽咸换淡”的方法，加大淡化深度和促进淡化进程，压盐排碱，逐渐缩小含盐面积，扩大地下水淡化区域。

“压盐灌溉”是在井灌后用渠水灌溉，当地下埋深大于8～10 m时，把因咸水灌溉带入的多余盐分溶解带到深层使耕作层不积盐。当地下埋深小于5 m时，把因咸水灌溉带入的多余盐分溶解通过排水沟排出。2009年，临渭区官路镇推广冬春季灌溉用渠水，夏季灌溉用井水。灌区冬、春季河源水量基本能满足抽水要求，利用渠水灌溉，使地下水得到补充。夏灌期间，棉花、玉米和各类经济作物需水迫切，供需矛盾突出，抽取地下水，可适时满足作物对水份的需求，达到抗旱灌溉目的。

“咸淡掺和灌溉”是在灌溉过程中在渠水中混合咸水，增加水量，降低矿化度进行抗旱灌溉。如在50 L/s流量渠水中混合8.3 L/s流量矿化度为14.25 g/L咸水，混合后矿化度为2.03 g/L咸水，灌后播种晚玉米，未发生返盐现象。

3.4 灌区灌溉用地下水开采现状

交口灌区地下水资源利用的主要区域:灌区南部渭河一级阶地、西部石川河补给区，东部洛河补给区。在不断扩大的潜水淡化区，有零星开采。

目前灌区现有机井3 878眼，正常使用3 650眼，年均灌溉面积21.3万亩，年平均地下水开采量4 346.9万 m3。受灌区粮食生产能力的提升影响，灌区机井发展趋势是:深井变浅井，大井变小井，数量逐年增加，质量逐年提高。

4 科学管理和利用灌区地下水资源的思路与对策

1)改造灌区地下水动态监测网，提高地下水动态观测工作的精确度，为推广应用低成本咸水淡化技术提供技术支持。

交口抽渭灌区地下水动态监测井网自1972年建成以来，共有监测井154眼(省孔井15眼)，由于原井工艺简单、年久失修、井孔淤积严重，加之03年内涝和05、06两年夏季持续干旱，水位变幅较大，造成监测井孔毁坏严重，到目前为止能维持现状的有134眼，其中代用井96眼，均为抽水井，水位变化频繁，数据不能精确反映灌区地下水位的真实性，且井口无标高，导致地下水位等值线图无法绘制。鉴于这种情况，建议对地下水动态监测井网进行更新改造，逐步实施自动化监测。

2)开展以微咸水灌溉为课题的专项研究工作。

目前地下水咸水利用技术研究滞后，交口灌区进行了部分试验，后因设备差，费用大而停止，呼吁科研单位进行这一课题的研究，在推动灌溉技术发展的同时，为交口灌区开发利用地下咸水指一条光明道路。

3)积极探求有效遏制滷泊滩盐湖对灌区中部、北部地下水盐化作用的工程措施或工厂化解决方案。

滷泊滩盐湖对灌区中部、北部地下水盐化作用，是交口灌区进行地下水资源利用不可逾越的门槛，鉴于滷泊滩盐湖高含盐，储量大，建议国家采用工程措施对盐湖就地进行屏蔽或就地通过工业措施提取可溶盐，逐步提高灌区中部、北部地下水资源利用率。