友誼農(nóng)場發(fā)展井灌稻潛力分析

仲崇合,郭鳳廷,牟麗麗,邱銘芳,姚章村

(1.黑龍江省紅興隆農(nóng)墾分局水務(wù)局,友誼 155811;2.黑龍江省友誼農(nóng)場水務(wù)局,友誼 155810;3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院,哈爾濱 150080;4.中國農(nóng)業(yè)工程規(guī)劃設(shè)計研究院,北京 100036;5.黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院,哈爾濱 150090)

1 水資源概況及開發(fā)利用現(xiàn)狀

友誼農(nóng)場位于三江平原腹地,總面積 1888 km2,耕地91910 hm2,號稱世界第一大農(nóng)場。多年平均降水 504.7 mm,當(dāng)?shù)貜搅髻Y源 1.071×108m3,地下水資源1.823×108m3,過境水資源1.076×108m3(按50%計)。水資源總量為3.477×108m3,扣去其他用水0.45×108m3(其中雙鴨山發(fā)電廠年用量0.11×108m3)尚有3.027×108m3可用于發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉,主要發(fā)展水稻生產(chǎn)。

從1997～2008年統(tǒng)計,主要是開發(fā)利用地下水資源,配套機(jī)電井近3000眼,發(fā)展水旱田灌溉,主要是發(fā)展井灌稻。從1997年1.47×104hm2發(fā)展至2008年達(dá)2.8×104hm2。地下水年開采量達(dá)1.3×108m3以上,而地表水資源通過提引蓄發(fā)展渠灌稻約(0.2～0.25)×104hm2。從歷年地下水動態(tài)變化(表1)分析,地下水開采量是從1997～2000年平均0.696×108m3至2005～2008年平均0.925×108m3,最大達(dá) 1.487×108m3。年年補(bǔ)大于采。1997～2000年補(bǔ)采比2.08,2005～2008年補(bǔ)采比1.25,隨著灌溉發(fā)展,地下水位下降,可逐步增加地下水資源量[降低地下水,增加納蓄水資源(降水,地表當(dāng)?shù)貜搅?坡崗徑流,過境水資源對地下水補(bǔ)給);減少地下水的無效蒸發(fā)和對外排泄,增加地下水資源有效利用率];即使發(fā)展水田,也是建設(shè)地表調(diào)節(jié)水庫,而提高降水資源和其他地表水資源(即雨洪資源化)為更多可利用資源量,而達(dá)到新的補(bǔ)采平衡(表2)。經(jīng)初步分析推估,從灌溉現(xiàn)狀分析,1997～2000年耗用地下水量為 4462 m3/hm2,介于弱承壓區(qū)4755 m3/hm2(創(chuàng)業(yè))與潛水區(qū)4175 m3/hm2(850)、3750 m3/hm2(寶山)之間[1],符合本區(qū)處于潛水—弱承壓區(qū)過渡的混合區(qū)規(guī)律。但通過節(jié)水灌溉(間控與控灌節(jié)水),減少水稻棵間與葉面蒸騰,可減少年耗水量,近年有減少趨勢(2005～2008年平均4150 m3/hm2)。地下水平均水位 2008年比1997年降低1.17 m,平均年降率0.10 m(表3)。年恢復(fù)水位2008年比1997年僅降低0.05 m(2007年恰與1997年持平);地下水位徘徊于5 m上下(表4),穩(wěn)定于理想埋深之內(nèi),有利于防洪除澇治漬,有利水資源調(diào)節(jié)與利用,有利生態(tài)環(huán)境改善?？梢?友誼農(nóng)場水資源開發(fā)利用以開發(fā)利用地下水資源為主,是興利除害結(jié)合之舉,開發(fā)有序合理,尚有開發(fā)利用潛力,值得總結(jié)提高。

表1 友誼農(nóng)場歷年地下水埋深動態(tài)表Table1 Dynamic curve of groundwater on Youyi Farm duringdifferent years /m

表2 友誼農(nóng)場年地下水資源開采水平衡計算表(μ=0.08平原區(qū)面面積1549 km2)Table2 Calculate table of the equilibrium of exploitation and using groundwater on Youyi Farm

表3 友誼農(nóng)場地下水開采初期1997～2008年平均地下水位變化表Table3 Average groundwater level during the early years from 1997 to 2008 /m

表4 友誼農(nóng)場地下水年恢復(fù)水位變化表Table4 Comparison of the resuming groundwater level between different years /m

2 地下水資源開發(fā)利用特點(diǎn)

友誼農(nóng)場地下水是潛水區(qū)—弱承壓區(qū)過渡的混合區(qū),第四紀(jì)孔隙水含水層厚度80～200 m,受歷史形成原因,巖性、沙、沙礫、顆粒較細(xì),給水度偏小(0.07～0.10),表層黏性土覆蓋0～6 m。垂直補(bǔ)給為主,激發(fā)補(bǔ)給條件較差,與三江平原幾個地下水開發(fā)典型比(潛水區(qū),850農(nóng)場;弱承壓區(qū),創(chuàng)業(yè)農(nóng)場;混合區(qū),291農(nóng)場)具明顯特點(diǎn)(表5)[2]。

1)平原區(qū)井灌水稻面積比(水田面積/平原區(qū)面積)僅0.18。而比850農(nóng)場0.55,創(chuàng)業(yè)農(nóng)場0.48,291農(nóng)場0.33,明顯低,說明地下水開采強(qiáng)度低,僅分別是各典型區(qū)的32%,37.5%,54.5%。

2)地下水年恢復(fù)水位,十幾年來幾乎沒有變化,2007年與1997年持平,2008年僅比1997年降低0.05 m,平均降率0.004 m/a,與創(chuàng)業(yè)農(nóng)場十幾年共降7.13 m,850農(nóng)場1.22 m,分別年降率0.59 m/a與0.10 m/a,而具明顯特點(diǎn)。

3)地下水埋深變化5.0 m上下,對于混合區(qū)而言,尚處偏高,而不利于地下水庫的綜合功能和效益的發(fā)揮。按筆者初定,混合區(qū)理想埋深6～10 m,臨界埋深10 m,尚有5 m距離。而潛水區(qū)理想埋深4～6 m,臨界埋深 6 m。850農(nóng)場已達(dá)5.42 m,僅有0.58 m;弱承壓區(qū)理想埋深 10～15 m,臨界埋深15 m,創(chuàng)業(yè)農(nóng)場已達(dá)12.8 m,尚有2.2 m,又是一個顯著特點(diǎn)。

4)友誼農(nóng)場由于處三江平原腹地,氣候較干旱,多年平均降水僅504.7 mm,比850、創(chuàng)業(yè)農(nóng)場(567.4 mm與559.3 mm)少,與291農(nóng)場(499.1 mm)相當(dāng),可達(dá)最大雨養(yǎng)水稻系數(shù),友誼、850、創(chuàng)業(yè)、291分別為0.41、0.62、0.59 、0.37,而與至今已達(dá)到分別為 0.18 、0.55、0.48、0.33 比,分別達(dá)到最大雨養(yǎng)水稻系數(shù)的44%、93%、81%、89%。友誼農(nóng)場也明顯偏低,而具潛力。

從以上特點(diǎn)分析,說明友誼農(nóng)場地下水資源尚有較大開發(fā)潛力。

表5 友誼與地下水開采典型850、創(chuàng)業(yè)、291農(nóng)場開采地下水比較表Table5 Comparison of exploitation groundwater between Youyi Farm and 850 Farm,Chuangye Farm,291 Farm in Sanjiang Plain

3 水資源開發(fā)潛力初步分析

1)友誼多年平均降水504.7 mm,按水稻年需水E水=640 mm,旱作E水=420 mm,土地利用率η=0.6,耕地與非耕地耗水比k=0.7,若能實(shí)現(xiàn)降水資源多年調(diào)節(jié),可發(fā)展水稻比41%(水田/土地面積)(表6)。從華北及三江平原的實(shí)踐證明,在平原區(qū)以開發(fā)地下水庫為主,進(jìn)行降水的多年調(diào)節(jié),可能達(dá)到這個指標(biāo)。為此,友誼農(nóng)場平原區(qū)面積1549 km2,僅降水即有發(fā)展井灌稻為主的水田6.35×104hm2的潛力[3]。

表6 友誼農(nóng)場農(nóng)業(yè)需水(EN)與水田比推估表Table6 Needful water quantity(EN)and the estimatement water quantity of paddy field on Yugi Farm

2)友誼原評價地下水資源為1.850×108m3(1997年評價),地下水綜合年用量按4500 m3/hm2計,可發(fā)展井灌稻0.27×104hm2。

3)豐水年2002年降水達(dá) 526 mm,補(bǔ)給量達(dá)2.255×108m3,即使扣去全部增雨量 0.33×108m3,年綜合地下水用量4500 m3/hm2計,可發(fā)展井灌稻4.27×104hm2。

4)按2007年地下水動態(tài)平衡分析,補(bǔ)給量可達(dá)1.537×108m3,按 4125 m3/hm2耗水計,可井灌3.73×104hm2。而2007年降水僅458.7 mm,比多年平均少46 mm,按補(bǔ)給地下水系數(shù)20%計,又可增加0.32×104hm2,二者迭加為4.04×104hm2。

5)用2006年平水年補(bǔ)給1.648×108m3,按用量4125 m3/hm2計,亦均可發(fā)展井灌稻4.0×104hm2。

綜上所述,友誼農(nóng)場地下水資源可能發(fā)展井灌稻4.0×104hm2以上。

4 水資源開發(fā)利用經(jīng)驗(yàn)

1)修建平原蓄漏水庫和提引灌區(qū),提高當(dāng)?shù)厮Y源調(diào)控和利用率。友誼平原水庫漏水嚴(yán)重,但照樣運(yùn)行,尤其引進(jìn)七星河水入庫,蓄貯滲漏,灌溉部分水田,增加地下水補(bǔ)給。如古城水庫是墾區(qū)建設(shè)漏水庫的先例[4];建設(shè)六分場水稻自流灌區(qū)(引七星河水);在西蒿塘建設(shè)排灌泵站,澇時排水或提澇水灌溉,平時,又提滯洪區(qū)外水灌溉,盡量做到內(nèi)水內(nèi)銷和外水內(nèi)銷。這些工程不僅保證農(nóng)場0.267×104hm2渠灌稻區(qū),而且增加大量地下水補(bǔ)給。

2)建設(shè)閘站深溝,修建洼地滲坑,形成農(nóng)田排水系統(tǒng)工程的新功能。農(nóng)場歷來澇漬災(zāi)害嚴(yán)重,為提高排水效果,進(jìn)行深溝、閘站建設(shè),農(nóng)場建設(shè)以農(nóng)溝深度1.7 m為基準(zhǔn)的深溝網(wǎng),并在容泄區(qū)口建閘站排水,使之本農(nóng)場排水溝不僅可排澇,而且可治漬,控制地下水,消除地表殘積水和上層滯水,對于一些典型閉合洼地甚至采取深挖坑,高臺田措施,坑的深度以挖至地下沙層(5～6 m深)。利用棄土填高洼地臺田,采取垂直排水新法解決澇漬危害(如友誼38隊(duì)綜合治理區(qū)),自從大面積打井種稻,大量抽取地下水,普遍降低地下水位。自然而然地形成井灌井排,而代替了以上深溝、閘站、滲坑排水功能,也自然而然形成新的蓄貯降水和當(dāng)?shù)貜搅鞯男鹿δ?。深溝、深坑蓄?閘站攔水,使這些水除可以直接抽水灌稻外,而自然滲漏補(bǔ)給地下水,而使閘站近幾年不必開閘開機(jī)排水,如東部排水站除2002年開機(jī)排水外,近5年來沒有向外排過水,降雨水除全部通過抽水灌溉外而補(bǔ)給地下水,提高降水資源利用率和地下水資源量,使原洪澇漬水資源化,這就是農(nóng)場深溝、閘站、坑塘的新功能。據(jù)了解農(nóng)場回填了部分條田溝,撤了部分泵站。但應(yīng)進(jìn)行利弊權(quán)衡,不要隨意廢棄這些工程,破壞新功能。而更應(yīng)揚(yáng)長避短,趨利避害,如農(nóng)場已在內(nèi)外七星河和興隆排干上增設(shè)12座新閘站和在斗農(nóng)溝口建大量涵閘,調(diào)節(jié)控制地表水資源,增加地下水補(bǔ)給,就是值得稱道的工程[5]。

3)采取水田激光平地、水稻間歇、間控、控灌節(jié)水灌溉及旱田微噴灌等節(jié)水新技術(shù),采取激光旱平地,秋平地,節(jié)約泡田和整地用水,減少每次灌溉量。推廣間歇、間控技術(shù),可節(jié)水20%～30%,若采取全程控灌技術(shù),可節(jié)水50%以上,用水量達(dá)3000～3750 m3/hm2,是4500 m3/hm2地下水耗水量近年降至平均4050 m3/hm2左右的一個原因。還注意旱作與經(jīng)濟(jì)作物節(jié)水灌溉,建立七分場4隊(duì)國家節(jié)水示范區(qū),發(fā)展以花生為主的經(jīng)濟(jì)作物灌溉,不僅節(jié)水,而且提高水資源生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)展旱作灌溉可減少地下水資源負(fù)擔(dān)(故旱作比水作省水)。

4)經(jīng)這次調(diào)研,農(nóng)場還比三江平原墾區(qū)其他農(nóng)場,注意井工程建設(shè)和管理,主要采取井工程統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計施工。尤其統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)打井,采取大開孔(Φ 800 mm)統(tǒng)一選購井材和濾料,采取多填料,每井回填十幾m3砂礫石,井深40 m以下,且采取少包網(wǎng)、不纏絲成井新工藝,使井1 m降深出水量達(dá)80 m3/h以上,井效率90%以上。尤其值得發(fā)揚(yáng)光大的是農(nóng)場至今仍保存14眼長觀井,加上縣的3個長觀井,達(dá)17個,觀測資料較全且連續(xù),這將為今后更加合理與有序開發(fā)利用地下水及時提供科學(xué)依據(jù)。

5 水資源開發(fā)利用研究方向和奮斗目標(biāo)

友誼農(nóng)場水資源總量約3.5×108m3。而僅平原區(qū)的降水就具有發(fā)展6.0×104hm2水稻生產(chǎn)潛力。但由于存在水資源和降水的年際年內(nèi)時空的變化,尤其地表水資源,由于缺少水資源的調(diào)節(jié)能力,所以很難實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo),而產(chǎn)生嚴(yán)重工程缺水或用水保證率低的現(xiàn)狀。但國內(nèi)外與省內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐證明,對于平原區(qū)發(fā)展水田和由于井灌開發(fā)利用地下水后,可以降低地下水位,建設(shè)地下水庫,通過水田和地下水庫可多年調(diào)節(jié)降水而實(shí)現(xiàn)發(fā)展灌溉目標(biāo),實(shí)現(xiàn)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。但有的地下水位降得太少(如上世紀(jì)90年代前及目前大慶地區(qū)僅多發(fā)展旱灌),不能形成應(yīng)有庫容。再者有的地區(qū)地下水雖已經(jīng)降低,但地上水資源很難從垂直與水平方向補(bǔ)給地下水,造成有庫無水可調(diào),如大慶的深層地下漏斗和三江平原弱承壓區(qū)(如創(chuàng)業(yè)農(nóng)場等地下水位已降低至10 m以下,且還繼續(xù)下降,而雖有多年平均降水559.3 m,和周邊又有大江、大河大量過境水,但由于地表有約15厚的黏性土覆蓋,且離江河較遠(yuǎn),而補(bǔ)給有限,還難斷定地下水還要再降多少(筆者估計15～20 m埋深)才能實(shí)現(xiàn)新的采補(bǔ)平衡,現(xiàn)已形成十幾m地下調(diào)節(jié)庫容,似乎無用武之地。

通過以上分析,可見今后關(guān)于水資源開發(fā)利用研究方向,應(yīng)主要研究地下水庫建設(shè),如大慶地區(qū)應(yīng)研究淺層地下水開發(fā)利用,降低地下水位;如建三江應(yīng)研究地下水補(bǔ)給,充分利用好已形成的地下水庫。而對于友誼地區(qū),二者均應(yīng)加以研究,因?yàn)橛颜x農(nóng)場平均地下水埋深5.0 m左右,對于混合區(qū)而言地下水還偏高。故有的地區(qū)弱承壓地下水埋深僅3 m左右,這些地區(qū)應(yīng)發(fā)展打井種稻,提高開采強(qiáng)度,使地下水降至10 m以下。而對于潛水區(qū)埋深已＞6 m和弱承壓區(qū)已＞15 m,則應(yīng)研究增加地下水補(bǔ)給,甚至可以研究引雨洪滲蓄與灌溉(秋灌秋貯),使之本地區(qū)平均地下水埋深控制在8～10 m上下,進(jìn)行地下水位紅藍(lán)黃區(qū)管理(表7)[6]。

表7 三江平原地下水控制水位和管理區(qū)初擬表Talbe 7 Control of groundwater level and the first plan of precinct groundwater in Sanjiang Plain

綜上所述,友誼農(nóng)場近十幾年來發(fā)展井灌稻為主,今后還要把其作為主攻方向,因?yàn)榇蚓N稻,實(shí)現(xiàn)井灌井排可興利除害結(jié)合,實(shí)現(xiàn)地下水庫建設(shè),再加上其他一些措施,可實(shí)現(xiàn)友誼農(nóng)場當(dāng)?shù)厮Y源的多年調(diào)節(jié),破解友誼水資源時空分配不均而形成的工程缺水的核心技術(shù)和關(guān)鍵工程,也是建設(shè)友誼農(nóng)場生態(tài)水利的核心技術(shù)和關(guān)鍵工程。

因此,友誼農(nóng)場至2008年水稻生產(chǎn)已達(dá)3.33×104hm2以上,其中井灌占90%以上,應(yīng)受充分肯定,今后還應(yīng)加強(qiáng)這方面科學(xué)研究與建設(shè),爭取不久的將來實(shí)現(xiàn)水稻灌溉4.67×104hm2以上,其中井灌4.0×104hm2以上,作為發(fā)展奮斗目標(biāo)。

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