内蒙古伊敏河流域“三水”转化关系分析研究

马挨荣

摘要：“三水”转化关系，是地下水资源调查评价的重要基础，本文利用近年来伊敏地区的地下水资源调查研究成果，对伊敏河流域“三水”之间在不同条件下的相互补充、转化和消耗关系进行了初步探讨。在此基础上，阐述对水资源评价中的相关问题的一些看法。

关键词：伊敏河流域；地下水补径排；“三水”转化

“三水”转化是指大气降水、地表水、地下水三者之间的相互转化关系及转化量，地下水资源的形成不仅与地下水自身的补给、径流、排泄有关，而且与大气降水、地表径流、包气带的入渗能力及储存能力有关。分析和计算各要素之间的循环和转化量，对正确计算、评价地下水及总水资源量（地下水、地表水总量）有着重要的意义，而且对水资源的开发利用规划有着重要的指导意义。

一、伊敏河流域水文地质特征简述

伊敏河水系属海拉尔河水系的一级支流，其包含辉河及锡尼河、苇子坑河等支流，为常年性河流，源头位于鄂温克族自治旗的南部基岩山区，水源主要是大气降水及基岩裂隙水的侧向补给，北部的海拉尔河为其径流排泄方向。伊敏河流域地下水含水层系统主要包括第四系松散岩类孔隙潜水含水层系统、碎屑岩类孔隙裂隙承压含水层系统及基岩裂隙潜水含水层系统，第四系松散岩类孔隙潜水主要分布在河谷区，新近系、白垩系等碎屑岩类裂隙孔隙承压水在区内的高平原及河谷区广泛分布。低山、丘陵区大面积分布中生界火山岩，古生界及元古界变质岩和华力期、燕山期等多期侵入岩，该类岩体含裂隙潜水。

“三水”转化关系的研究，首先要从地下水动态变化规律入手，进而探讨地下水与地表水及大气降水的转化关系。本文重点通过水文地质调查及同位素特征分析，研究潜水与地表水、大气降水的转化关系。

二、地下水动态变化规律

就地下水而言，其转化特征与包气带的入渗能力、地下水含水层岩性及储水能力，地下水自身补、径、排循环系统有关。影响地下水水位动态的因素主要有气象、水文、地形地貌和人为因素，动态变化是各种因素的综合反映，只是在不同的时段、不同的地理、地貌位置，不同的因素占主导。

（一）影响地下水水位变化的因素

1. 气象因素对地下水动态的影响

气象因素对地下水动态的影响主要表现为降水补给和蒸发排泄对潜水动态的影响和控制上，使其具有明显的季节性和周期性变化，即每年有一个丰水期，一个枯水期，并且丰枯的变化与雨季和旱季相对应，或滞后一段时间。本区内大部分地区地下水动态变化与降水量的变化相关。

2. 水文因素对地下水动态的影响

主要发生在河流两岸及湖泊附近地区。本区湖泊发育较少且面积较小，对地下水的影响力较小。研究区河流发育较多，地表水与地下水关系密切，特别是与河谷区潜水的关系因气候季节性变化及河段位置的不同而有所差别。

3. 地形地貌对地下水动态的影响

地形地貌控制着地下水水位埋深、水力坡度的大小，直接影响降水入渗的强弱和径流的通畅。工作区南部低山丘陵区与高平原区地下水动态变化特征就有明显的不同。

4. 人为因素对地下水动态的影响

随着水资源利用率的不断提高，人类活动对地下水动态的影响越来越大，随着人类活动干扰强度的加强，在局部地区，人类活动的影响成为控制地下水水位动态变化的最重要因素。本地区城镇规模较小，农业灌溉较少，影响方式主要为煤田开采的疏干排水，如伊敏煤田露天开采，大量的疏干排水已形成较大面积的降落漏斗。

（二）地下水水位动态变化特征

地下水的年内变化主要受气象、水文和人为因素的影响。依据上述影响因素，考虑包气带、含水层岩性结构特征及地下水径流条件，本区地下水水位动态划分为六种类型，其中，潜水水位动态类型有：降水入渗——蒸发型；降水入渗——径流型；水文型；降水入渗——开采型。

1. 潜水水位动态类型

（1）降水入渗——蒸发型

主要分布于河谷一级阶地及高平原的洼地等松散岩类孔隙潜水分布地区，该类地区水位埋深一般小于5m，地下水径流相对较弱，地下水主要接受大气降水补给，并主要以蒸发排泄为主。地下水水位过程线比较单一，多为单峰型，高水位期与雨季对应，低水位期与封冻期吻合。如高平原洼地内潜水井，2012年6月～8月，雨季来临，因降水较为分散，表现为潜水位缓慢上升；9月～12月，降水量逐渐减少，蒸发逐渐占主导，潜水水位逐渐下降；之后，一直到冰冻期，基本无降水，以蒸发排泄为主，潜水水位呈明显逐渐下降之势。2013年7月的大降水，使地下水位又得以迅速回升。如此，地下水位的变化与大气降水及蒸发作用强弱关系密切。

（2）降水入渗——径流型

主要分布在基岩裂隙潜水区及地势较高的高平原冰水堆积层松散岩类孔隙潜水分布区，该类地区水位埋深一般大于5m，地形坡度相对较大，地下径流较为通畅，地下水主要以径流形式排泄。地下水水位过程线表现为起伏变化多，峰值持续时间短。其水位变化受降雨入渗影响，但影响不明显，雨季水位缓慢上升，雨季过后，水位缓慢下降。

（3）水文型（沿岸型）

分布于河漫滩地带，距河床较近，地下水与地表水有直接水力联系，丰水期及平水期，地表水位高于地下水位，地下水位随地表水位的升高、流量增大、过流时间延长而上升，水位峰值和起伏程度随远离地表水体面逐渐减弱；枯水期，地表水与地下水互有补排，此外，冰冻期，潜水表层呈冻结状态，水位不受河流径流变化的影响（见图1）。

（4）降水入渗——开采型

主要分布在蔬菜灌溉开采区，潜水水位受开采影响，在6月～9月用水期，水位上下波动频繁，总体以下降为主，与降水相关性不密切，非开采期的10月到翌年3月，地下水位开始平稳，水位逐渐恢复。

伊敏河流域浅层地下水动态变化在不同地貌单元和地理位置差别很大。总的来看，全年可分为四个动态变化时段：5月起，冻土消融，冰雪融化，水位开始上升；6月，少雨季节，水位开始下降；7月～8月，进入雨季，潜水位稳定上升，为地下水位高水位期；10月～翌年3月，潜水位稳定下降，为地下水位的低水位期。但在集中开采区，随着人为干扰强度的增大，人为因素（开采）已经成为影响地下水水位动态的主导因素，主要表现为年内水位峰——谷变化与降水相关性差，在地下水灌区，受农业灌溉影响，丰水期开采量大，低水位期一般出现在5月～8月份。

区内潜水水位受气象影响，均呈峰——谷波状变化，地下水水位变化的总体趋势与大气降水的变化趋势相同。特别是近年来，干旱少雨现象十分严重，造成以大气降水补给为主的地区，地下潜水水位整体上有明显的下降趋势，但本地区2012年至2013年总体降水量较大，导致同期潜水位却有明显升高。

三、地下水与地表水的补排关系

主要包括伊敏河及其支流地表水与伊敏河河谷潜水的补排关系。

总体而言，受河谷发育方向的控制，河谷区地下水径流方向与地表水径流方向具有一致性。地表水与地下水之间的补排关系因地形地貌、水文地质条件及气候变化的不同会有所区别。具体分述如下：

（一）基岩裂隙潜水与河流地表水的关系

伊敏河及其支流河谷源头段（上游段）均位于低山丘陵区，基岩裂隙发育较好，接受大气降水的垂直入渗易形成基岩裂隙潜水，而该区段沟谷内松散岩类孔隙潜水含水层发育较差，除冰冻期地下水与地表水之间无径流量交换外，其它时段基岩裂隙潜水多以泉水的形式向河谷地表水排泄，而松散岩类孔隙潜水则主要接受河谷地表水的渗漏补给。

（二）松散岩类孔隙潜水与河流地表水的补排关系

松散岩类孔隙潜水主要分布在河谷的中下游段，两岸多与不含潜水的高平原区接触，水文地质条件较为相似，潜水与河流地表水的补排关系在中下游河段差别不甚明显，故主要考虑不同时段（水文、气候）二者之间的补排关系。

分布于河漫滩地带，距河床较近，地下水与地表水有直接水力联系，丰水期及平水期，地表水位高于地下水位，地下水位随地表水位的升高、流量增大、过流时间延长而上升，水位峰值和起伏程度随远离地表水体面逐渐减弱；枯水期，地表水与地下水互有补排，此外，冰冻期，潜水表层呈冻结状态，水位不受河流径流变化的影响（见图1）。

1. 冰冻期

据伊敏河五牧场水文站2013年观测资料（河谷区潜水完整井观测孔同步观测），潜水面冻结期为3月1日至6月6日，潜水面冰冻期地表水与潜水之间基本不发生流量交换。

2. 丰水期及平水期

据伊敏河五牧场水文站收集资料，6月至8月，河流径流量较大，河水面高于潜水面，河水对潜水产生渗漏补给。故丰水期及平水期，伊敏河及其支流区现状条件下地表水对松散岩类孔隙潜水有渗漏补给。

3. 枯水期

据伊敏河五牧场水文站收集资料，9月至次年2月，河流径流量较小，河水面与潜水面互有高低，且径流坡降极小。二者基本处于平衡状态，故现状条件下，该段时期二者径流交换为零。

潜水含水层下部发育较厚的隔水层，地表水与其下部的碎屑岩类裂隙孔隙承压水无补排关系。

辉河是伊敏河的最大支流，河谷区水文、气象及水文地质条件与伊敏河类似，故按相同的方法计算与评价地下水与地表水的转换关系。

四、地下水与大气降水的关系

大气降水是本地区地表水及地下水的唯一的补给源，其直接或间接的补给地下水。

1. 大气降水对潜水含水层系统的直接补给主要表现在大气降水对裸露含水层垂直入渗补给，如前述的三种地下水动态类型：降水入渗——蒸发型、降水入渗——径流型、降水入渗——开采型，均是大气降水垂直入渗直接补给潜水含水层。在无其它因素影响下，大气降水量的变化直接影响地下水位的变化。

2. 大气降水对潜水含水层系统的间接补给主要表现在大气降水通过地表水对潜水含水层进行渗漏补给，如前述的地下水动态类型——水文型（沿岸型），地表水的来源主要是大气降水。在无其它因素影响下，大气降水量的变化直接影响河流径流量的变化，进而影响地下水位的变化。

五、“三水”转化同位素特征分析

据2012年～2013年《鄂温克族自治旗地下水资源勘查与区划》成果，伊敏河流域共采集同位素样品4组，其中雨水样1组，河水样1组，钻孔中潜水样1组，承压水样1组，每组样品均包括3H、18O、D检测样，样品检测结果见表1。

利用样品测试数据绘制出δ18O-δD关系图（图2），对研究区各类水的同位素组成进行对比分析可知，工作区地下水δ18O、δD值与全国降水线未有明显偏离，各类水样品同位素成果分析如下：

①大气降水同位素组成

由于取样点数所限，尚不能建立当地现代大气氢氧同位素线性方程，但从测试结果来看，基本符合全国降水稳定同位素“雨水线”，即δD=7.74δ18O+6.48。大气降水为29TU，且明显高于区内地下水的氚浓度值，这是因为1953年以来，由于人工热核试验，大气降水中氚值剧增，氚在水圈中的浓度也大大增加，形成区内雨水氚含量较高，而埋藏时间较长的地下水氚含量较低的特征。

②地表水同位素组成

从河水样的同位素测试结果来看，氚浓度值为28.7 TU，接近于雨水中的氚浓度值，且明显高于地下水的浓度值，说明河水的补给主要来源于大气降水。

河水样的稳定同位素测试结果为δ18O=-13.8，δD=-107，略低于地下水的δ18O、δD值，而明显高于雨水样的δ18O、δD值，说明地表水与地下水有较好的水力（下转22页）（上接16页）联系，但地下水径流途径较短，离子交换较弱，δ18O、δD富集不明显。

③地下水同位素组成

根据检测结果看出，区内地下水氚浓度区间为<1TU（潜水）～1.3TU（承压水），氚浓度较雨水及河水明显偏低，表明区内地下水为1952年以前的补给水与近代补给水的混合体。潜水和承压水的氚浓度相近，说明区内同位素分层性并不明显，指示着所在区域各含水岩组间地下水的补给来源相近。

工作区位于海拉尔盆地的东部补给区，均以大气降水补给为主，潜水和承压水的径流距离较短，3H、18O、D同位素浓度值均相近，同位素分析成果与本地区水文地质条件的研究成果一致。

综合上述，大气降水、地表水、地下水三水之间的转化循环，是大气循环中各要素以不同的速度和数量，在不断循环转化和相互制约的结果。“三水”转化关系研究是水资源评价中必须认真考虑的重要内容，忽视“三水”转化关系、片面评价水资源必然导致评价结果的失真。