三江平原井灌水田发展探讨

张凤海

（黑龙江省水文水资源中心，黑龙江 哈尔滨 150001）

1 概况

三江平原是由黑龙江、乌苏里江、松花江冲积形成的低平原，北部、东部分别以黑龙江、乌苏里江为界与俄罗斯隔江相望，南部为完达山脉，西部为小兴安岭，东西长约370 km，南北宽约120 km，面积为4.39 万km2。平原表面覆盖一层透水性极弱的亚粘土，厚2～18 m，亚粘土以下堆积了巨厚的第四系更新统、全新统含水岩组，各层间无隔水层，构成了第四系砂、砂砾石松散堆积层含水体，含水层厚而稳定，透水性好，富水性强。这种山川形势和地质结构，构成了平原中部深厚，边缘渐薄，微向北东倾覆的储水盆地，大体由东南向西北敞开为倾斜平原，地面坡降1/10 000～3/10 000。

松花江由西南部流入该区，于中北部注入黑龙江。三江平原东部发育有沼泽性河，青龙莲花河、鸭绿河和浓江河为黑龙江支流，挠力河、别拉洪河为乌苏里江支流。解放前，三江平原湿地面积占总面积的75%以上，随着国营农场不断开发建设，耕地面积逐年扩大，目前拥有耕地424.91万hm2，是我国重要的商品粮基地[1]。

2 地下水监测井分布

三江平原地下水动态监测工作始于2000年，水利部门地下水监测工作主要是为监测区域地下水动态及重点城区监测，佳木斯城区地下水监测井分布密度相对较高，其它地区较均匀分布。农垦部门主要是为监测水田井灌区地下水动态，监测井主要布设在井灌区。选取153 眼代表性较好的监测井，采用2001—2019年长系列监测资料分析三江平原地下水动态，其中水利部门有117 眼监测井资料，农垦部门有36 眼监测井资料。

3 地下水动态特征

三江平原是黑龙江省海拔最低的区域，河水位与地下水位年际变化趋势类似，大体呈现同升同降或较短滞后，表明代表段河流沿岸地下水与地表水水力联系密切，地下水与河水的补排关系存在周期性变化，枯水期地下水补给地表水，丰水期地表水补给地下水[2]。降水入渗补给是地下水动态变化的主要原因，地下水区外及山前的侧向补给、灌溉入渗补给、机井开采和蒸发蒸腾是地下水动态变化的直接原因。

3.1 地下水年内动态特征

从主要影响条件分析，地下水年内动态变化特征可归纳水文径流型和径流开采型。

3.1.1 水文径流型

三江平原沿江地带、中西部大部分地区地下水年内动态变化均为水文径流型，主要受降水、地表水入渗补给，以径流形式排泄。该区域地表粘性土层厚度小于4.00 m，最薄地区不足1.00 m，地下水极易接受降水和雨洪补给。地下水水位涨落与河川径流量、降水量及时空分布过程几乎同步。3—4 月积雪融化，融雪径流补给地下水，地下水位上升。至4—5 月末，积雪基本融化完毕，雨季还未到来，在地下水径流作用下，水位下降。5—6 月份降水逐渐增多，地下水也随着上升，至8—9 月地下水位达到最高。之后随着降水逐渐减少补给量也逐渐减少，地下水位逐渐下降，至第二年3月末得到融雪径流补给后逐渐上升，见图1（a）。

3.1.2 径流开采型

三江平原东部农垦建三江管理局水田井灌集中连片区、三江平原西部松花江以北农垦宝泉岭管理局水田井灌集中连片区及三江平原南部农垦红兴隆管理局部分水田井灌区，在水稻生长期间大面积长时间集中开采地下水，造成雨季地下水位持续下降，改变了地下水位的天然变化过程。表现出以侧向径流补给为主要补给源，以灌溉开采为主要排泄途径的动态变化特征。5 月初水田开始泡田，大面积集中开采地下水，地下水位逐渐下降，5—7 月份为水田用水期，地下水位持续下降，至7 月末8 月初降到最低。之后随着水田停止用水，地下水得到地下径流侧向径流补给和降水入渗补给，水位开始逐渐回升，至第二年4 月末地下水位升至最高，见图1（b）。

3.2 地下水多年动态特征

2001—2019年，三江平原年末平均地下水埋深变化在6.18～7.24 m 之间，平均地下水位下降0.53 m。2019年末，单站最小埋深为红兴隆管理局852 农场七分场六队0.22 m，最大埋深为前哨农场22 队24.59 m，见图1（c）。

以各监测站2019年末地下水埋深与2001年末地下水埋深比较，升降在0.50 m 之间的区域为基本平衡区；上升大于0.50 m 的区域为上升区；下降大于0.50 m 的区域为下降区。

3.2.1 基本平衡区

基本平衡区主要分布于西部松花江左岸地区及南部部分地区，面积1.33 万km2。共有地下水监测井36 眼，埋深上升的监测井25 眼，埋深下降的监测井10 眼，升降幅度不大，变幅在±0.50 m 之间。以桦川县悦来镇繁荣路监测井为例，2001—2019年总体上升0.25 m。其中2001—2004年下降1.26 m，2004—2014年上升1.55 m，年均上升0.14 m；2014 至2017年下降1.03 m，2017—2019年上升0.99 m。地下水位升降随着年降水量多少变化，总体处于平衡状态，见图1（d）。

3.2.2 上升区

上升区主要分布于中部地区、西部完达山前地带及北部黑龙江沿江地带，面积1.72 万km2。上升大于2.00 m 的区域面积为0.22 万km2；上升幅度在1.00～2.00 m之间的区域面积为1.18万km2；上升幅度在0.50～1.00 m 之间的区域面积为0.32 万km2。共有地下水监测井85眼，上升幅度最大的监测井是农垦洪兴隆管理局友谊农场一分场场直，上升5.18 m，2001—2010年上升 3.81 m，年均上升 0.38 m；2010—2012年下降 2.38 m；2012—2019年上升3.75 m。地下水位随着年降水量多少呈波动上升，见图1（e）。

3.2.3 下降区

下降区主要分布于东部农垦建三江管理局水田集中井灌区，面积1.34 万km2。下降大于6.00 m的区域面积为0.28 万km2；下降幅度在5.00～6.00 m 之间的区域面积为0.18 万km2；下降幅度在4.00～5.00 m 之间的区域面积为 0.19 万 km2；下降幅度在3.00～4.00 m 之间的区域面积为0.14 万km2；下降幅度在2.00～3.00 m 之间的区域面积为0.16 万 km2；下降幅度在 1.00～2.00 m 之间的区域面积为 0.19 万 km2；下降幅度在 0.50～1.00 m 之间的区域面积为0.20 万km2。共有地下水监测井33眼，下降幅度最大的监测井前哨农场十三队，下降8.77 m，2001—2011年下降4.89 m；2011—2013年上升1.87 m；2013—2019年下降5.75 m。地下水位基本呈现持续下降趋势，见图1（f）。

图1 三江平原典型站地下水动态过程线

4 地下水动态特征分析

4.1 下降区动态特征分析

2000年区内几乎全部为旱田和林草地，水田面积极少。随着水田经济效益逐年提升，2000—2010年间水田面积大幅度增加，区内大部分旱田和林草地被改种水田。2010—2018年，区内仅有的旱田和林草地几乎全部被改种水田。区内水田90%以上为井灌区，种植期大量集中开采地下水。

区内地表粘性土厚4.00～18.00 m，透水性极弱，降水和田间灌溉水入渗量小，地下水主要补给源为周边河流侧向补给和地下水径流侧向补给，主要排泄途径为人工开采，地下水动态为径流开采型。

通过年内地下水动态变化过程（图1（b））可以看出，4—9 月雨洪期，地下水得到补给，地下水位本应上升，因同时段正是水田种植期，大量开采地下水，地下水开采量大于补给量，造成地下水位不升反降。种植期结束，停止开采，区内地下水得到周边河流、区外地下水的侧向径流补给，水位慢慢回升，至第二年4 月上升至最高，之后又因大面积开采开始下降。虽然每年种植期结束地下水位回升，但是年内得到的补给量少于排泄量，地下水位无法回升至种植期开始时的高度，造成地下水位持续下降。水田种植面积逐年增加，开采量逐年增加，加剧了地下水位持续下降。

4.2 上升区动态特征分析

区内以旱田为主，水田面积少。地表粘性土厚度在2.00 m左右，最薄处小于1.00 m。地下水主要补给源为降水和周边河流侧向补给，主要排泄途径以地下径流排出区外，地下水动态为降水径流型。

2012年以来，年降水量均超过多年平均降水量，尤其是2019年降水量超过多年平均降水量68%，连续丰水年，地下水得到补给量大于排泄量，地下水位持续上升。

4.3 基本平衡区动态特征分析

区内水田、旱田均有分布，水田面积较大，水田集中连片区远远小于下降区内水田集中连片区。地表粘性土厚2.00 m左右，最薄处小于1.00 m。含水层颗粒较粗，渗透系数最大可达100 m/d。地下水主要补给源为降水和周边河流侧向补给，主要排泄途径以地下径流排出区外，地下水动态为降水径流型。

区内水田集中连片区相对较小，水田种植期开采量及时得到降水、河水和地下径流的补充。加之近年来连续丰水年，地下水得到较充足补给。区内地下水位有升有降，升降幅度不大，均小0.50 m。

5 结语

图2 1980—2018年土地利用类型分布[3]

解放前三江平原大部分区域为湿地，一代代北大荒人垦荒排涝、发展井灌水田，目前已经发展成为我国重要的商品粮基地。由于大量开采地下水造成局部地区地下水位持续下降，引发国家和社会各界的高度关注，三江平原是否会发生华北地区一样的地下水超采问题成为关注焦点。通过对三江平原水文地质条件和近19年的地下水动态分析，得出如下结论：

1）三江平原表层覆盖2.00～18.00 m 亚粘土层，地下水埋深低于表层亚粘土层，表层之下全部为第四系更新统、全新统含水岩组，各层间无粘性土隔水层，不会发生开采地下水引发粘性土层压缩，导致地面沉降。

2）目前，三江平原大部分地区地下水埋深小于5.00 m，最大埋深24.59 m，地下水埋深较浅，加之地面粘性土层持水性好，旱田及地表植物生长良好，偏枯水年，旱田作物大丰收，丰水年发生渍涝，减产或绝产。目前，地下水埋深状态适合农业生产，没有引起生态环境恶化。

3）大面积水田发挥了湿地调解气候的作用。

4）如果灌区全面停止地下水开采，必将引起地下水位大幅度上升，造成田间渍涝，影响农业高产稳产。

5）对地下水位持续下降区域，应采取逐渐以地表水代替地下水灌溉、休耕轮耕等方式减少地下水开采量，同时加大地下水动态监测力度，寻求适宜地下水位不再下降的井灌水田种植面积。

6）建立地下水动态监测、地表水灌区及地下水灌区发展调整的管控机制，既要防止地下水位持续下降，又要防止地下水位持续抬升引发土壤盐渍化，影响农业生产。