充分利用地下水调蓄降水入渗量增加水资源的应用

孙国恩

摘 要：开封地区属黄淮冲积平原拥有丰富的浅层地下水，是本地工农业主要开采利用的水资源。所以研究浅层地下水的运动规律及合理开发利用地下水资源，实行科学管理，合理利用，减少水资源流失和蒸发浪费，同时黄淮平原大面积井灌井排实践证明，加速浅层水垂直交替，控制最优地下水位，对防治旱、涝、碱、咸均有显著作用，对促进工农业快速发展有重要的现实意义。

关键词：水资源；浅层地下水；合理水位；盐碱地；井灌井排

中图分类号：TV211 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0226-02

开封地区属黄淮冲积平原，地面至40米深度有丰富的浅层地下水，它具有埋藏浅，增补快，开采容易，水质淡，水温适宜等特点，是本地工农业主要开采利用的水资源。所以研究浅层地下水的运动规律及合理开发利用地下水资源，综合治理旱、涝、碱、灾害，总结浅层地下水对一个地区降水与迳流进行调蓄的功能，实行科学管理，合理利用，减少水资源流失和蒸发浪费，对增加地下水资源，改善生产条件，促进工农业快速发展有重要的现实意义。

1 水文、水文地质概况

1.1 水文概况

开封地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温14.2℃。对浅层地下水补给和排泄作用十分密切的因素有降水和蒸发。多年平均降水量为712.4毫米，多年平均蒸发量为1120.0毫米。降水由东南向西北有规律递减，南部多于北部，东部多于西部。降水量时空分布不均，六、七、八、九四个月占全年总降水量的67%。据1955—2015年水文资料统计，最多年降水量为1505.1毫米（1963年），最少年降水量为212.9毫米（1935年），最多年份的雨量和最少年份的雨量相差7.1倍。多年平均七月份降水量最大为196.5毫米，占降水量的27%，元月份降水量最小为12.2毫米，占年降水量的1.7%，最大月份为最小月份的16.1倍。年蒸发量最大为1362.5毫米，年最小为958.0毫米，五、六二个月蒸发量最大，占全年总蒸发量的30%，特别是六月份，全区蒸发量均在179.8毫米以上，最高者达213.9毫米，十二月至元月最小，仅占全年总蒸发量的7.0%。由于本区气象、水文条件的影响，形成了春旱秋涝，涝后又旱，旱涝交替之特点。1957年和1963年受涝面积分别为616万亩和754万亩，1961年和1962年受旱面积300万亩左右。由于地下水位浅，土壤盐碱化十分严重，有320万亩早、涝、盐、碱相随的面积，农业生产长期低而不稳，合理控制浅层地下水位是我区工农业生产的关键。

1.2 水文地质概况

本区属黄淮冲积扇前缘，地势平坦，由西北向东南微倾，地面高程34-60米，平均坡降l/5000。地层位于华北、中新生代盆地的东南部。新构造运动在老构造运动的基础上发育。新生界地质结构十分复杂。不同时代、不同成因、不同河流的沉积物，构成重迭交错的沉积结构特征，致使各地段水文地质特征彼此差异很大。有时在同一块地内打井，地南部无水，地北部有水。第四系全新统潜水（浅层水）和更新统承压水（中层水），河床上的含水砂层在剖面上呈串珠式透镜体状分布，在平面上则呈似脉叶状沉积构造特征。砂层周围被亚砂土，亚粘土包围，消弱了砂层间的水力联系。含水砂层顶板深度l0-20米，底板深度20-40米，且粗粒相底层及细粒相盖层二元结构。地下水补给区和分布区一致，地下水动态变化为典型的入渗——蒸发型。

潜水总的流向为西北一东南向，地下迳流很弱，西部水力坡度1/4200，东部为1/6000。水位埋深大部分地区为4-6米，中部和西北部6-8米，东南部为2米左右，开封市周围和开封县局部及黄河故道大堤北大于8米。

潜水水质：全地区有75%的面积水质良好，适宜灌溉。属重碳酸——钙镁型水，矿化度小于0.5克/升，有20%的面积水质中等，为重碳酸一钠镁、重碳酸——钠钙型水，矿化度小于2.0克/升；有5%的面积水质较差，条带状、零星分布在全区，矿化度3—4克/升，对灌溉不利，有待进一步改造利用。

2 区域地下水动态变化规律

2.1 基本概念

降水入渗补给是地下水最主要的补给来源，降水对地下水补给量的大小主要与包气带岩性，岩性厚度和結构、地下水位埋深降水特征及土壤前期含水量有关。在我们开阔的冲积平原区（水力梯度小的平原区）进行地下水资源评价，实质就是评价合理地下水位埋深下的降水入渗补给地下水量，这是最为可靠的补给资源量。

一个地区水资源量的多少，与降水量和蒸发量均有密切关系，蒸发量的大小与地下水的埋深有极大关系。

在非包和带，存在毛细水和毛细压力（它是一种与大气压力相反的吸力了，由于毛细作用和蒸发作用，使一定水位埋深下潜水水分子向大气中扩散消耗，引起潜水面下降。随着地下水位埋深的加大，潜水蒸发量逐渐减弱，当潜水位下降到一定深度，可以认为没有蒸发或蒸发量相当微弱，通过水位动态过程线分析，当水位埋深较大（约4米左右），在无开采和补给条件下，地下水位稳定。即所谓“蒸发极限深度”。所谓“地下水蒸发强度”，就是在蒸发极限深度以上，浅层水在单位时间、单位面积上的蒸发量。

地下水蒸发强度的大小与气象条件（湿度、温度、风力等）土壤含水量和毛细管输送水分的能力（速度）有关。在土壤含水量和输送水分能力一定的情况下，湿度小，气温高，风力大时，地下水蒸发强度就大。反之。则小。但是，当蒸发强度超过土壤毛管I的输水能力时，地下水蒸发强度并不随之继续增大，而是仍按毛管输水的能力消耗水量0J在气象条件不变的情况下，地下水蒸发强度主要决定于土壤含水量和毛管输入能力；土壤含水量大，毛管输水速度快，即土壤供水能力强，地下水蒸发强度就大。反之，就越小。

在毛管上升高度相同条件下，土壤含水量与地下水位埋深有关，埋深小，土壤含7量大。毛管上升高度和输水能力又主要决定于土质，粘性土颗粒细，毛细管管道细，越上升高度大，但由于水力递度小，毛管输水速度就小。砂性土颗粒较粗，毛管管道粗毛管上升高度小，但水力梯度大，毛管输水速度就快。因此，一般情况下，砂性土壤分范发量比粘性土壤大，受盐碱化威胁亦较粘性土可能性大。

气象条件基本可用水面蒸发量来反映。可以认为，影响地下水蒸发强度的主要因是地下水位埋深，土质、水面蒸发强度以及作物种植、生长情况。一般讲，大面积种植同一种作物比例不会有太大的变化，所以植被问题可以忽略，研究平原浅层水蒸发问题主要应抓住水位埋深、包气带岩性、水面蒸发量三个主要因素。

2.2 地下水动态变化特点

本区历年来地下水动态变化规律：冬季12月份是春灌前，地下水位处于基本稳定期，水位埋深一般在3-5米，地下水动态类型属于降水补给——蒸发型；春灌期2-5月份，地下水位随着小麦春灌而下降，水位埋深4-7米，地下水动态类型属于降水——开采、蒸发型；春灌后麦收季节的6月份，地下水位随着气温的增高，蒸发量的增大，地下水位埋深逐渐增大，水位也逐步下降，以至达到每年的最大埋深值4-8米，地下水类型属于降水——蒸发开采型；7月份进入汛期，降水量逐渐变大，农作物需水量大部分靠降水，灌溉用水量大大减少，仅有少量蔬菜地抽水，地下水位开始回升，汛期大量降水补给，9-10月份地下水位出现年内高峰期，地下水位埋深上升到每年的最小值2-4米左右，地下水类型属于降水——蒸发型；11-12月份因汛后降水量减少，由于水面蒸发，地面也蒸發，地下水位又缓慢下降，地下水位处于冬季的基本稳定期。从333眼长观井三十年来观测资料分析，大部分长观井每年12月26日的埋深值基本等于年平均埋深值。

3 充分利用地下水库、调蓄降水人渗量

经过几十年资料分析计算，本区“合理地下水位”是3-5米，有利于防盐碱、防渍涝、防干旱。合理地下水位汛前为6米左右，汛后为3米左右。地下水调蓄就是在干旱年份降水不能满足作物需水要求时，开采浅层地下水。由此引起的地下水位降深由汛期或丰水年份降水入渗补给，使水位得以回升，合理调控地下水位，同时使水位控制在一定深度，也有利于防治土壤次生盐碱化，又能尽量减少渍涝灾害。

另外，合理调控地下水位，就是在汛前和干旱年份降低地下水位，为汛期和丰水年份提供了蓄水库容。可以大幅度减少水资源的流失和蒸发浪费。因为本区属于干旱半干旱气候，年内与年际间降水量变化大，不稳定。主要农作物（小麦）生长季节又是非汛期，因此在作物需水季节或干旱年份又需要多开采地下水，以维持农作物之需要，由于抽水过量，使地下水位下降到“潜水蒸发极限深度”以下，减少蒸发，增大可开采利用的地下水资源。汛期或丰水年份就可以得到更多的降水入渗补给量。这样既满足农作物用水和抗旱的要求，又减少；浅层地下水蒸发量，更有效的利用了降水，加大了降水入渗量，从而真正增加了地下水资源量。

实践证明：要增加地下水可采资源，一是要使降水更多地入渗转化为地下水；二是使地下水尽可能减少蒸发消耗，这样就可以人为的夺取无效蒸发量变为可利用的水资源量，又增大包气带的蓄水能力，又能减轻渍涝和改造咸水。利用浅层地下水，降低地下水位，为改造、旱、涝、碱、咸低产田提供了必要的条件，也是旱、涝、碱、咸综合性治理的关键性措施。随着农田水利建设事业的发展，建成了较大面积的机井群，实行了“井灌井排”后，由于大量开采地下水，降低了地下水位，减少了地下水和土壤包气带中的水分蒸发，加上降水入渗和灌溉的淋洗作用，包气带土壤水中的盐份大大降低，使盐碱地得到了彻底治理。

总之，黄淮平原大面积井灌井排实践证明，加速浅层水垂直交替，控制最优地下水位，对防治旱、涝、碱、咸均有显著作用。使土体常年以入渗水流为主，起到引灌水和降水淋洗盐份的效果，不少地区盐碱地已明显脱盐，脱盐深度也随之不断增加。涝度也大大减轻，控制“合理水位”，增大降水量，减少降水迳流排浅和夺取蒸发量，是当前开源节流的一个重要方面，应引起各水利工作者的高度重视。