浅析泾惠渠灌区地下水涵养可行性

张盼盼，高 舒

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西西安 710075；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075；4.陕西省延安水文水资源勘测局，陕西 延安 716000）

泾惠渠灌区位于陕西省关中平原中部，是从陕西省泾阳县泾河仲山口引水的自流灌溉工程。农作物以高耗水型作物小麦、玉米、棉花、蔬菜为主[1]。近些年，随着区内降水、径流的减少，大规模采用地下水灌溉，加之节水措施的施行，补给地下水条件变差，逐步加剧了区域地下水位下降，进而引发了一系列水文地质灾害。

本文通过分析灌区地下水开发利用现状、调蓄水源、储水空间、涵养模式及调蓄预测，对灌区地下水涵养可行性进行分析和论证[2]。

1 灌区地下水开发利用现状

灌区工农业活动加剧，用水需求不断增长。灌区从上世纪30、40 年代开始大力发展灌溉事业，20 世纪60～80 年代机井规模不断扩张，目前机井数量已超过20000 眼[3]。受人为和自然因素的双重影响，灌区井渠灌溉比由上世纪80 年代的0.4 增加到本世纪初的1.37，近些年稳定在0.9 左右，地下水开采量稳定在2 亿m3左右，埋深由1977 年的3.6 m 下降至2014 年的18.07 m，累计下降14.47 m[4]。

2 调蓄水源分析

渠灌作为本区地下水补充的一大因素，对水资源可利用量及渠道工程可引水量进行分析是确定调蓄水源、并进行合理配置的基础[5]。

2.1 河道水资源可利用量

本文利用河道水资源量扣除非汛期河道内生态环境最小需水量和汛期弃水量对河道水资源可利用量进行计算[6]。取泾河多年平均非汛期天然径流量15%（1.059 亿m3）为多年平均非汛期河道最小生态需水量[7]。渠道引水受含沙量的限制，经向泾惠渠管理局咨询，在不影响渠道灌溉，造成淤积拥堵的前提下，一般沙限控制在13%（142.00/kg/m3）以内[8]。计算可得，灌区汛期多年平均弃水量为6.8 亿m3，河道水资源可利用量为8.05 亿m3。

2.2 渠首工程可引水量

本区渠首设计引水能力为50 m3/s，计算可得多年平均水资源可利用量、渠首工程可引水量、可引水潜力见表1。

表1 水资源可利用量、渠首工程可引水量、可引水潜力对比

利用P-Ⅲ型曲线对灌区1990 年～2013 年渠首工程可引水量进行拟合，可得出不同频率年渠首工程可引水量，见图1，各特征值见表2。

图1 渠首工程可引水量P-Ⅲ型曲线

表2 各特征值统计表

3 储水空间分析

地下水存储需要足够大的地下空间[9]。灌区地下水长期超采，大容量储水空间被腾出，为本区地下水调蓄提供了足够的空间。

3.1 调蓄层岩性特征

泾惠渠灌区含水层由第四系冲洪积层构成，主要以砂砾石、亚砂土、亚黏土为主，厚度10 m～80 m，黄土层空隙及其渗透性具垂直方向变化大、水平方向均一的特点，具良好透水性[10]。随着潜水位不断上升，黄土层易于形成“新含水层”[11]，目前新含水层被破坏，若重新形成，也可为灌区提供大量地下水。

3.2 调蓄库容计算

调蓄库容与给水度、调蓄厚度、调蓄区面积有关，利用体积疏干法和三角剖分法[12]对灌区1978 年～2012 年、2012 年～2014 年的疏干地下水资源量进行估算。步骤如下：

（1）绘制1978 年、2012 年、2014 年地下水位等值线图；

（2）将相近两年地下水位等值线图叠加后进行三角剖分，见图2、图3，利用监测点地下水位，对每个三角剖分单元内插得到中心点水位值；

图2 泾惠渠灌区1978 年～2012 年地下水疏干水量计算时剖分三角网格图

图3 泾惠渠灌区2012 年～2014 年地下水疏干水量计算时剖分三角网格图

（3）对比不同时期水位，得到三角剖分单元的水位差值；

（4）利用下列公式求得剖分单元疏干水量：

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式中：Qi为第i 分区疏干水量，m3；Si为第i 分区调蓄厚度，m；Fi为第i 分区面积，m2；μ 为给水度，这里统一取0.1；Q总为灌区总的疏干水量，m3。

计算可得1978 年～2012 年疏干水量为7.17 亿m3，2012 年～2014 年为0.51 亿m3，灌区地下水疏干严重。

3.3 调蓄潜力评价

地下水调蓄的潜力影响因素有砂层分布状况、调蓄库容、蓄水能力[13]等。灌区调蓄区为良级可利用性，可直接进行地表水回灌[14]。

4 调蓄涵养模式

利用区内降水、径流灌溉等入渗补给、减少开采地下水等方式，构成了间接调蓄和直接调蓄的地下水涵养模式[15]。

4.1 直接调蓄

泾惠渠灌区历来采用井渠结合灌溉模式，利用现有的渠系系统引泾河水源灌溉，可在很大程度上对本区地下水进行有效补给，此法易于控制、经济合理。

雨洪资源对地下水的补给是不可忽视的。近些年，降雨量虽有所减少，但夏季暴雨频现，易形成地表汇水，可集中入渗补给地下水，可采取工程措施拦蓄、滞留雨洪资源进行地下水补给。

灌区年引水量远远低于可引水量，一方面受泥沙的影响，可以在春夏季增加引水量对地下水进行回灌；另一方面，当来水量较大时，适当调整沙限，增大引水。

4.2 间接调蓄

涵养地下水的主要形式是直接减少灌区地下水开采量，泾惠渠灌区可通过引水、储水，从而减少地下水的开采量，将其控制在可开采范围内，达到涵养地下水的目的，此种方法简单易行，经济实用。

5 涵养效果预测

灌区视为一均衡区，面积1180 km2，近几年灌溉面积保持在310 万亩左右，设定沙限13%，分别选取25%、50%、75%、90%水平年进行涵养效果预测。

参考《陕西省渭河干流可调水量分析与调度机制研究报告》，得到灌区不同水文频率下农业适宜灌溉需水量分别为2.76 亿m3，4.21 亿m3，6.15 亿m3，7.12 亿m3；利用均衡法预测，计算公式如下：

式中：Q补为地下水补给量，m3/a；Q排为地下水排泄量，m3/a；μ 为给水度，这里统一取0.1；F 为均衡区面积，m2；ΔH 为均衡期水位变幅，m；Δt 为均衡期时间长度，a。

具体计算见表3。

表3 不同水平年不同井渠灌溉比对应水均衡及水位变幅计算

由上表可知，在25%、50%水平年，保证井渠灌溉比分别在0.77、0.64 以下，适当增加渠灌量，即可达到涵养地下水目的；在75%、90%水平年，将渠首可引水量全部利用，灌区地下水位仍会下降，根据实际情况适当减少灌溉量，尽可能少开采地下水，从而减缓地下水的亏空。

6 结论

（1）泾惠渠灌区地下水资源有限，在气候旱化和长期超采地下水的影响下，打破了地下水环境平衡状态，导致本区地下水环境越来越脆弱。因此，认识区域地下水形成、演变等过程十分必要。

（2）在灌区地下水动态变化中，人类因素占主导地位，地下水的开采、地表径流的拦截、农业规模的不断扩大、节水措施的不断改进，进一步加剧了地下水位的不断下降，同时也降低了地下水的补给能力。

（3）在25%、50%水平年主要采用渠灌，增加补给，实现地下水涵养；在75%、90%水平年，适当调整灌溉水量、减少地下水开采，尽可能减少地下水亏空。

（4）灌区要涵养和修复地下水,应实行以丰补歉，以渠养井，以井补渠，丰储枯用，采补平衡的方针，这对于提高本区地下水可持续利用具有重大意义。