交口抽渭灌區(qū)地下水資源管理與利用

郭紅軍

(陜西省交口抽渭灌溉管理局，陜西 渭南714000)

交口抽渭灌區(qū)是以渭河為水源的大型多級電力提水灌區(qū)，地處關(guān)中平原東部，渭河下游。灌溉渭南、蒲城、富平、大荔、臨潼、閆良六縣(區(qū))119.73萬畝農(nóng)田，涉及30個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，336個行政村，農(nóng)業(yè)人口77.5萬。主要農(nóng)作物有小麥、玉米、棉花、辣椒、瓜果等。灌區(qū)屬于暖溫帶內(nèi)陸型半干旱季風(fēng)區(qū)，年蒸發(fā)量為1400 mm，年均降雨量為534 mm，降雨量多集中在七、八、九三個月份，占全年降雨量的50%～60%，降雨有效利用率低，且年內(nèi)分布不均，年際變化較大，加之受季風(fēng)影響，冬春干旱，伏旱與秋澇交替出現(xiàn)，旱災(zāi)尤甚。

1 開展地下水資源利用研究工作對灌區(qū)發(fā)展的重要性

旱災(zāi)、澇災(zāi)、土壤鹽堿化是困擾灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的三大問題，建立灌區(qū)大氣水、地表水、地下水良性運動和轉(zhuǎn)化是解決以上三大問題的根本途徑，也是提高抗旱保證率，保障糧食生產(chǎn)安全的必由之路。

1.1 灌溉期間水源短缺嚴重制約灌區(qū)抗旱作用發(fā)揮，有必要對灌區(qū)地下水資源進行開發(fā)利用

灌區(qū)可利用的地表水源惟有渭河。渭河上游有寶雞峽、涇惠局兩大灌區(qū)，冬、春灌期間，河源來水基本能滿足灌溉用水的需求，夏灌期間供需矛盾比較突出。據(jù)統(tǒng)計，灌區(qū)多年平均過境水量63.64億 m3，實測系列中最大過境水量為1983年的121億 m3，最小為1997年的 18.31億 m3。而且夏灌期間存在高含砂量時段，無法抽水，使供需矛盾加劇。灌溉期間水源短缺、高含砂量時段頻現(xiàn)及水質(zhì)污染嚴重制約灌區(qū)抗旱作用發(fā)揮，有必要對灌區(qū)地下水資源進行開發(fā)利用，提高抗旱能力。

1.2 開發(fā)利用地下水資源可以有效控制內(nèi)澇發(fā)生

近年來，極端氣候頻繁出現(xiàn)，據(jù)統(tǒng)計2001—2010年間灌區(qū)共發(fā)生大小澇災(zāi)7次，重現(xiàn)期由1901—1995年的1.8 a減小到1.5 a，呈現(xiàn)頻次增多、程度加重趨勢。2003年秋季內(nèi)澇，灌區(qū)明水面積達25.26萬畝，秋糧無法收獲，冬小麥無法播種，僅農(nóng)業(yè)收入一項，損失過億元。2011年春季灌區(qū)比較干旱，但由于中東部地下水位居高不下，在灌溉后又現(xiàn)明水，出現(xiàn)了灌溉水量站(點)差異懸殊的局面。灌區(qū)多次內(nèi)澇，反映出灌區(qū)排水系統(tǒng)功能低下，也暴露出灌區(qū)地下水資源開發(fā)利用問題突出。

1.3 可有效控制灌區(qū)土壤鹽堿化面積，提高單位面積糧食產(chǎn)量

在灌區(qū)地形平緩、地上徑流不暢和以古咸水湖沉積地層為基座的地層結(jié)構(gòu)條件下，地下有大面積的咸水存在，土體中鹽分含量較高，構(gòu)成了交口灌區(qū)土壤次生鹽堿化的潛在因素。灌區(qū)地下水位的上升，高礦化地下水參與土壤蒸發(fā)是灌區(qū)土壤次生鹽堿化的根本原因。

表1 交口灌區(qū)鹽堿地面積統(tǒng)計表

有效控制灌區(qū)土壤鹽堿化面積，需要通過控制灌區(qū)地下水位來實現(xiàn)，其實質(zhì)還是開展地下水資源管理與利用。

2 灌區(qū)地下水資源特征

2.1 靜態(tài)特征:地下水以咸水為主，儲量大

關(guān)中平原座落于渭河地塹上，以第三紀和第四紀下更新統(tǒng)時期的咸水湖沉積地層為基座，由于古咸水湖面積大，湖積物鹽厚度＞1 000 m，地質(zhì)構(gòu)造決定灌區(qū)地下水以咸水為主，據(jù)2005年水質(zhì)調(diào)查資料，鹵泊灘農(nóng)場4 m深度地下水平均礦化度15～20 g/L，最高達81 g/L。其地質(zhì)構(gòu)造在形成過程中，渭河地塹斷續(xù)性升降，沖積和湖積作用反復(fù)，形成含水層相間分布，具有良好的儲水地質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時又有不斷接納巖層裂隙水的能力，地下水儲量大，預(yù)計灌區(qū)1 024.36 km2區(qū)域內(nèi)地下水儲量超過3億 m3。

2.2 動態(tài)特征

2.2.1 流向特征

地下水流向與地形坡降一致，比降比地面小，除西北部為1/300～1/500，其余均在1/1 500左右，灌區(qū)中部故市比降洼地最小達1/2 500，且有環(huán)狀滯流區(qū)存在。

灌區(qū)西起石川河，東臨洛河，東西長48.6 km;南靠渭河，北到鹵泊灘，南北寬31.9 km，由渭河一、二、三級階地、北部黃土臺原和鹵泊灘洼地組成。海拔高程在340至417 m之間，地面坡度變化在1/1 000～1/2 000間。地形特點是西北、北、東北略高，呈“簸箕形”向灌區(qū)中部、南部傾斜。中部有平緩的東西走向九道洼地和南北起伏較大的局部平緩高地，洼地和高地相差2～4 m左右。

渭河一級階地上部為較松散的粘質(zhì)砂土和砂質(zhì)粘土，厚度5～10 m，下部為細砂層粘性土層，厚約15～25 m，地表為黃綿土;二級階地上部為沖積黃土、亞粘土，夾1層—2層古土壤或厚度不等的細砂層;下部為亞粘土;基座為三門系細砂和亞粘土;三級階地上部為黃土類土，下部為細砂或砂質(zhì)粘土。

黃土臺原地表為黃土和亞粘土，呈大孔隙結(jié)構(gòu)，其下為古土壤層。

滷泊灘洼地沉積物為棕紅、灰藍色粘土與粉土互層和亞粘土，具有水平層理，結(jié)構(gòu)微密通透性差。

渭河一、二、三級階地黃土層分布廣，厚度大，由于黃土具有大孔性，垂直節(jié)理，含鈣質(zhì)及古土壤等，其中孔隙、孔洞、裂隙均能儲藏地下水，通道性大孔隙和結(jié)構(gòu)孔隙以及各種成因的裂隙和微裂隙成為地下水入滲和運移通道。因此形成交口灌區(qū)地下水流向與地形坡降一致的流向特征。

2.2.2 地下水位埋深月際變化特征

單峰型與多峰型并存;年際變化特征:反映不同年降水、灌溉水轉(zhuǎn)化成地下水的程度，無明顯規(guī)律。

地下水位埋深月際變化特征:灌區(qū)地下水位埋深大于5 m的西北、東北部地區(qū)，年內(nèi)地下水位升降變化呈“單峰類型”，8月—9月(兩季)，水位開始上升，冬灌時期繼續(xù)保持上升趨勢，翌年4月—5月升至最大值，6月—7月處于下降階段。埋深小于5 m的地區(qū)則呈“多峰型”。雨季、冬灌期、春灌期均有“峰值”出現(xiàn)，其中雨季為降雨入滲補給型，冬、春灌時期灌水入滲補給型，夏灌期綠色體覆蓋地面，蒸騰作用強烈，地下水位下降。

表2 灌區(qū)各觀測井歷年平均埋深值

從表2可以看出，地下水位埋深年際變化無明顯規(guī)律，反映不同年降水、灌溉水轉(zhuǎn)化成地下水的程度。

2.2.3 地下水礦化度年際變化特征

灌區(qū)淺水層水質(zhì)呈淡化趨勢，淡化速度緩慢。

開灌以來，在降雨和灌溉水入滲補給及排水系統(tǒng)排水排鹽作用的共同影響下，灌區(qū)潛水層水質(zhì)明顯淡化。由下表我們可以看到，灌區(qū)地下水礦化度5 g/L以上分區(qū)面積處于下降趨勢，礦化度1.7～3.0 g/L分區(qū)面積呈上升趨勢，而礦化度0～1.7 g/L和礦化度3～5 g/L分區(qū)面積呈振蕩反復(fù)，這種現(xiàn)象說明灌區(qū)潛水層水質(zhì)呈淡化趨勢，淡化速度緩慢。觀察井水質(zhì)變化也可以說明這一點。在埋深較深的區(qū)域，地下水質(zhì)呈淡化趨勢，如觀測井B33在1978年的礦化度為3.926 g/L，到1986 年下降為2.94 g/L，2005年下降到2.27g/L(見表3)。

2.3 地下水上淡下咸垂直分布明顯，可供灌溉用水資源地下水量少，空間分散，月際變化大

根據(jù)現(xiàn)有資料，受地質(zhì)條件制約，灌區(qū)地下水礦化度垂直方向上的分布，隨著深度的增加而增高。灌區(qū)中部及北部最典型，距地表30～100 m地層以下礦化度高達17g/L以上，高含鹽類結(jié)晶(石膏、食鹽、芒硝)，在水平分布上，高礦化水可能與鹵泊灘高礦化水有水力聯(lián)系。

灌區(qū)南部渭河一級階地、西部石川河補給區(qū)，東部洛河補給區(qū)受河流側(cè)向補給有珍珠狀淡水區(qū)存在，成為交口灌區(qū)地下水資源利用的主要區(qū)域，可供灌溉用水資源地下水量少，在5 500萬 m3左右。干旱年不足3 000萬 m3。月際變化大，抗旱保證率較低。

表3 交口抽渭灌區(qū)地下水礦化度分區(qū)面積統(tǒng)計表g/L

3 灌區(qū)開展地下水資源利用取得的成果及現(xiàn)狀

3.1 灌區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測工作開展情況

全灌區(qū)現(xiàn)有監(jiān)測井136眼(95.6%在田間)，監(jiān)測員10名，歷年來采用一人多井的方法進行動態(tài)監(jiān)測，主要開展地下水位、水質(zhì)和排水溝口流量、水質(zhì)監(jiān)測等業(yè)務(wù)，完成灌區(qū)地下水礦化度分析報告及土壤耕作層含鹽量測定工作，監(jiān)測成果按時上報省地下水管理監(jiān)測局，為陜西省地下水利用研究及灌區(qū)發(fā)展積累了大量的技術(shù)資料。

據(jù)灌區(qū)實際調(diào)查和灌溉經(jīng)驗所確定的地下水分級是:含鹽量小于1.7 g/L時是較好的灌溉水;含鹽量1.7～3.0 g/L灌溉后作物受害以至顯著受害;當?shù)叵滤}量大于3 g/L時不宜灌溉，見表4。

表4 地下水的化學(xué)類型及礦化度分類表

灌區(qū)采用鈉吸附比和礦化度，分級評價鈉吸附比隨礦化度增大而增大，地下水鈉吸附比為10時，對作物不發(fā)生危害。鈉吸附比為10～18時，有中等較嚴重危害。鈉吸附比達到18～26時，發(fā)生嚴重危害。當鈉吸附比＞26時，發(fā)生極嚴重危害。

3.2 打淺井充分利用淺層地下淡水

根據(jù)灌區(qū)地下水受灌溉滲漏水的大量補給，水質(zhì)較淡，而深層地下水較咸的特點，打淺井充分利用淺層地下淡水，為獲得足夠的水量，可以建輻射井。如灌區(qū)內(nèi)下吉鎮(zhèn)東關(guān)村一眼輻射井，深25 m，出水量達90 m3/h。

3.3 開展“抽咸換淡”“壓鹽灌溉”“咸淡摻和灌溉”試驗及小范圍應(yīng)用

“抽咸換淡”是依據(jù)大氣水(降水)、地表水(渠水)對潛水表層淡化作用明顯的原理，充分利用井排脫鹽速度快的特點，采取“抽咸換淡”的方法，加大淡化深度和促進淡化進程，壓鹽排堿，逐漸縮小含鹽面積，擴大地下水淡化區(qū)域。

“壓鹽灌溉”是在井灌后用渠水灌溉，當?shù)叵侣裆畲笥?～10 m時，把因咸水灌溉帶入的多余鹽分溶解帶到深層使耕作層不積鹽。當?shù)叵侣裆钚∮? m時，把因咸水灌溉帶入的多余鹽分溶解通過排水溝排出。2009年，臨渭區(qū)官路鎮(zhèn)推廣冬春季灌溉用渠水，夏季灌溉用井水。灌區(qū)冬、春季河源水量基本能滿足抽水要求，利用渠水灌溉，使地下水得到補充。夏灌期間，棉花、玉米和各類經(jīng)濟作物需水迫切，供需矛盾突出，抽取地下水，可適時滿足作物對水份的需求，達到抗旱灌溉目的。

“咸淡摻和灌溉”是在灌溉過程中在渠水中混合咸水，增加水量，降低礦化度進行抗旱灌溉。如在50 L/s流量渠水中混合8.3 L/s流量礦化度為14.25 g/L咸水，混合后礦化度為2.03 g/L咸水，灌后播種晚玉米，未發(fā)生返鹽現(xiàn)象。

3.4 灌區(qū)灌溉用地下水開采現(xiàn)狀

交口灌區(qū)地下水資源利用的主要區(qū)域:灌區(qū)南部渭河一級階地、西部石川河補給區(qū)，東部洛河補給區(qū)。在不斷擴大的潛水淡化區(qū)，有零星開采。

目前灌區(qū)現(xiàn)有機井3 878眼，正常使用3 650眼，年均灌溉面積21.3萬畝，年平均地下水開采量4 346.9萬 m3。受灌區(qū)糧食生產(chǎn)能力的提升影響，灌區(qū)機井發(fā)展趨勢是:深井變淺井，大井變小井，數(shù)量逐年增加，質(zhì)量逐年提高。

4 科學(xué)管理和利用灌區(qū)地下水資源的思路與對策

1)改造灌區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，提高地下水動態(tài)觀測工作的精確度，為推廣應(yīng)用低成本咸水淡化技術(shù)提供技術(shù)支持。

交口抽渭灌區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測井網(wǎng)自1972年建成以來，共有監(jiān)測井154眼(省孔井15眼)，由于原井工藝簡單、年久失修、井孔淤積嚴重，加之03年內(nèi)澇和05、06兩年夏季持續(xù)干旱，水位變幅較大，造成監(jiān)測井孔毀壞嚴重，到目前為止能維持現(xiàn)狀的有134眼，其中代用井96眼，均為抽水井，水位變化頻繁，數(shù)據(jù)不能精確反映灌區(qū)地下水位的真實性，且井口無標高，導(dǎo)致地下水位等值線圖無法繪制。鑒于這種情況，建議對地下水動態(tài)監(jiān)測井網(wǎng)進行更新改造，逐步實施自動化監(jiān)測。

2)開展以微咸水灌溉為課題的專項研究工作。

目前地下水咸水利用技術(shù)研究滯后，交口灌區(qū)進行了部分試驗，后因設(shè)備差，費用大而停止，呼吁科研單位進行這一課題的研究，在推動灌溉技術(shù)發(fā)展的同時，為交口灌區(qū)開發(fā)利用地下咸水指一條光明道路。

3)積極探求有效遏制滷泊灘鹽湖對灌區(qū)中部、北部地下水鹽化作用的工程措施或工廠化解決方案。

滷泊灘鹽湖對灌區(qū)中部、北部地下水鹽化作用，是交口灌區(qū)進行地下水資源利用不可逾越的門檻，鑒于滷泊灘鹽湖高含鹽，儲量大，建議國家采用工程措施對鹽湖就地進行屏蔽或就地通過工業(yè)措施提取可溶鹽，逐步提高灌區(qū)中部、北部地下水資源利用率。