节水增粮行动项目地下水取水水源、取水影响论证思路及关键技术

2014-10-25战子欣胡春媛

中国水利 2014年11期

林岚，战子欣，胡春媛

（1.水利部松辽水利委员会流域规划与政策研究中心，130021，长春；2.水利部松辽水利委员会，130021，长春）

东北四省区节水增粮行动项目依靠地下水灌溉的农田面积高达94.5%，水利部对项目建设合理开发地下水提出了明确要求。水资源论证是实施好节水增粮行动项目的重要前期工作，对科学确定发展规模，合理利用有限水资源，缓解水资源供需矛盾，提高水资源利用效率，确保节水增粮增效有重要意义。本文对项目地下水取水水源、取水影响论证思路及关键技术问题作了具体介绍。

一、项目概况

松辽流域位于我国东北部，泛指东北地区的松花江、辽河、沿黄渤海诸河及跨界河流（中国侧）流域，含黑龙江、吉林、辽宁三省和内蒙古自治区东部三市一盟及河北省承德市的一部分，总面积124.89万km2。松辽流域耕地面积42 589万亩（1 hm2=15亩，下同），2010年有效灌溉面积12 794万亩，实灌面积11 372万亩，耕地灌溉率26.70%。

2012—2015年，四省区建设高效节水灌溉工程面积3 800万亩（黑龙江1 500万亩，吉林900万亩，辽宁600万亩，内蒙古800万亩），其中喷灌面积1 650万亩，微灌面积1 890万亩，管道输水灌溉工程面积260万亩。在项目区中，地表水灌区面积211万亩，占5.6%；地下水灌区面积3 589万亩，占94.5%。大田粮食作物面积3 722万亩，占98%；大田经济作物面积78万亩，占2%。

二、节水增粮行动水资源论证要求

水利部以办资源〔2012〕261号文件印发了《关于做好东北四省区“节水增粮行动”水资源论证工作的通知》，通知要求节水增粮行动项目应优先使用地表水，合理开发地下水，禁止取用深层承压水，取用水总量不得突破国家下达的地表水和地下水取用水总量控制指标；对已达到或超过控制指标的地区，不得新增取水；对接近控制指标的地区，限制新增取水。地下水超采区不得新增取用地下水，生态脆弱区限制地下水开采，防止出现生态环境问题；挤占河流生态环境用水的河流不得从当地取用地表水。

三、松辽流域水文地质条件

松辽流域地下水的形成与赋存条件复杂，在气候、地貌、水文等自然地理和地层、地质构造等因素的控制下，表现出不同的水文地质特征，丘陵山区和平原区的水文地质条件差异较大。平原区主要为松嫩平原、三江平原、辽河平原等，是中生代以来持续下降的地区，为地下水的汇集中心，巨厚的中新生代碎屑岩及松散堆积层中赋存丰富的多层地下水。

松嫩平原是一个潜水普遍分布的大型蓄水盆地，东部高平原和西侧的大兴安岭山前倾斜平原，既是山区基岩裂隙水的排泄区，又是中部承压水盆地的主要补给区。

三江平原是中、新生代以来形成的沉积盆地，自第四纪以来沉积了厚约300 m的松散沉积物，西、南、东三面环山，北、东北为黑龙江和乌苏里江，由于它是三条江汇流的冲积湖积平原，颗粒较粗，透水性强，垂向上没有很好的隔水层。

辽河平原又分为东辽河、西辽河和下辽河平原。东辽河平原地下水主要赋存于松散岩类的砂、砂砾石孔隙之中，含水层厚度5～40 m。西辽河平原含水层由泥质砂砾（卵）石、中粗砂、中细砂、细砂、粉细砂组成，形成了厚度为130～200 m的巨厚的含水体。下辽河平原松散岩类孔隙水主要赋存于第四系含砾粗砂、中细砂、粉细砂中，含水层厚度由两侧山前的20～30 m递增至中部平原的200～300 m，颗粒由粗变细，主要含水层之上覆盖厚度不等的亚砂土和亚黏土。

四、地下水取水水源、取水影响论证主要工作思路

节水增粮行动项目地下水取水水源、取水影响论证主要包括以下内容：

①论证范围内地下水资源评价，根据论证范围内的地下水补、径、排条件，计算各项补给量和排泄量，并进行均衡分析，分析补给量计算的可靠性。

②计算论证范围内地下水可开采量，并结合论证范围内现状地下水的开采情况计算剩余可开采量是否满足项目新增用水需求。

③取水可靠性分析，预测规划水平年论证范围内经济社会发展对水资源的需求，并分析论证范围内的地下水可开采量是否能支撑当地经济社会发展对水资源的需求；根据特枯年及连续枯水年组的补给量及地下水储存量计算特枯年及连续枯水年组的地下水可开采量，分析取水可靠性；若项目取水可靠则继续，若不可靠则调整方案。

④布井方案，根据抽水试验成果及论证范围内现有开采井实际开采情况确定设计单井涌水量，并根据设计单井涌水量及作物最大灌水定额计算单井控制规模，提出布井方案，计算影响半径，分析抽水是否产生干扰。

⑤分析取水影响，根据布井方案及论证范围的地下水补、径、排条件预测开采后水位变化，分析项目取水对区域水资源、其他用水户及生态环境的影响。若项目取水无影响或影响较小则方案可行，否则需调整方案。见图1。

五、地下水取水论证关键技术问题

1.论证范围确定

图1 “节水增粮行动”水资源论证技术路线图

依据《县级总体实施方案水资源论证报告书编制与审批要求》，项目区以地下水为水源的取水水源论证范围应根据水文地质单元和计算可开采量的需要确定。辽宁省的阜蒙、凌海、铁岭等县部分区域属于低山丘陵区，其项目片区在山间河谷平原上，整个山间河谷平原为一个完整的水文地质单元，面积较小，可将整个山间河谷平原作为论证范围。吉林省的洮南市、洮北区和大安市等部分区域属于冲积平原区，一个市县的部分区域只是整个水文地质单元的一部分，每个片区的侧向补给和排泄量基本相等，因此主要考虑垂向上的补给量和排泄量，并考虑便于现状的供用水统计及规划水平年的需水预测，以项目片区所在的乡镇为论证范围。黑龙江省部分项目县位于松嫩东部高平原，其上覆盖有黄土状亚黏土，含水层水文地质条件复杂，论证范围划分应根据各水文地质单元及各含水层的发育及灭失情况并结合现状开发利用情况确定。

2.单井控制规模的确定

单井控制灌溉面积应根据《灌溉与排水工程设计规范》中公式：

式中，A0为单井控制灌溉面积（hm2）；Q为单井出水量（m3/h）；t为灌溉期机井每天开机时间（h/d）；T2为每次轮灌期天数（d）；η 为灌溉水利用系数；η1为干扰抽水的水量消减系数，经抽水试验确定，要求不大于0.2；m为最大灌水定额（m3/hm2）。

管道输水灌溉和滴灌的单井控制面积应根据公式（1）计算，并结合片区的空间分布确定，原则上采用的单井控制灌溉面积不小于计算值的10亩。喷灌工程的单井控制面积的确定还应结合喷灌机的选型确定。审查中要严格控制单井控制面积，一方面尽量少打井减少投资，另一方面可促进节水，避免水资源的浪费。

3.地下水水位预测

开展地下水水位的预测一方面可分析取水的可靠性，另一方面也是分析项目取水对其他用水户及生态环境影响的主要依据。地下水水位的预测方法包括水均衡法、解析法、数值法和数理统计方法，数值法可以从空间和时间上离散计算域，较为精确地模拟水文地质条件空间的变化和源汇项的变化情况，可以逐时段预测出未来地下水水位，但对基础资料的要求较高，此次节水增粮行动由于受时间和现有资料的限制没有采用数值法预测地下水水位。大部分项目县是采用均衡法预测地下水水位，将论证范围内新增开采量作为排泄项纳入均衡方程中，经过多年水均衡调节计算检查项目实施后是否会引起区域地下水水位持续下降。本项目取水特点是分散式井群开采，片区内各井之间存在着一定程度的干扰，在各井出水量相近的情况下，井群中心水位受影响最大，黑龙江省的依安等项目县则是采用解析法预测开采后的各片区中心水位降深，并进行开采后地下水水位恢复预测，还根据抽水试验成果对成果的可靠性进行了验证。