王光明,熊德全

(中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院,云南昆明 650031)

1 引言

1987年,“世界環(huán)境與發(fā)展委員會”發(fā)表了影響全球的題為《我們共同的未來》的報告,提出了“可持續(xù)發(fā)展”的概念:可持續(xù)發(fā)展是在“滿足當代人需要的同時,不損害人類后代滿足其自身需要的能力”的發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展理論是以技術為支撐,將社會、資源、經(jīng)濟和環(huán)境有機結合,達到共同發(fā)展的理論。水資源是人們賴以生存的不可缺少的寶貴資源,是可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎。在水資源日趨枯竭和水危機越來越得到廣泛關注的形勢下,搞好水資源可持續(xù)開發(fā)利用具有極其重大的理論意義和實用價值。

2 研究區(qū)概況

農(nóng)安縣隸屬吉林省長春市,位于松遼平原腹地,處于東經(jīng) 124°31′～ 125°45′,北緯 43°55′～ 44°55′之間[1]。 全區(qū)總面積5274.6 km2,其中,砂礫石高臺地 438.4 km2,占 8.3%;波狀臺地 3247.549 km2,占 61.5%;河谷沖擊低平原1 588.651 km2,占 30.1%?？偢孛娣e 18.217萬畝,其中水田 3.27萬畝,為全國商品糧大縣。本區(qū)屬中溫帶大陸性氣候,春季干燥多風,夏季溫熱多雨,秋季涼爽早霜,冬季寒冷漫長,凍結期長達 7個月之久,凍結深度 1.72 m。多年平均氣溫 4℃ ～5℃,多年平均降水量 500～550mm,時空分布不均,降水時間多集中于夏、秋兩季,東南多西北少;年平均蒸發(fā)量1 680 mm。研究區(qū)年平均相對濕度 62.5%。

農(nóng)安縣在地貌上屬沖積、湖積平原區(qū),局部起伏較明顯,局部臺地標高大于 300 m,河漫灘地帶低于 150m。主要地貌類型有高臺地、臺地、二級階地、一級階地、河漫灘、沙丘、洼地、沖溝等,整個縣區(qū)地形呈四周高中間低、臺地和低地相間分布的格局。地表水系較發(fā)育,區(qū)內(nèi)松花江、飲馬河、伊通河、新開河 4條江河流過,其中松花江為農(nóng)安縣與扶余縣界河。境內(nèi)湖泡發(fā)育。該區(qū)在構造上屬松遼凹陷的東北隆起帶的西部邊緣。在燕山和喜山構造運動影響下,形成一平緩的向斜構造,軸向東北,兩翼傾角平緩。四周受青山口、登婁庫、楊大城子等隆起構造環(huán)扼,埋藏有多層地下水。白堊系厚度巨大,其上部巨厚泥頁巖構成區(qū)域隔水底板。第四系廣布全區(qū),厚度變化較大,下更新統(tǒng)冰水砂礫石、全新統(tǒng)沖積砂礫石層構成主要含水層,分別賦存有孔隙承壓水和孔隙潛水,是目前主要的開采含水層[2]。中更新統(tǒng)沖積洪積黃土狀土和上更新統(tǒng)沖積黃土狀土構成弱透水層(越流層),對農(nóng)業(yè)供水意義不大。

3 地下水資源評價

3.1 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存條件,水理性質(zhì)和水力特征,區(qū)內(nèi)地下水類型有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和基巖裂隙水。地下水循環(huán)條件主要受地質(zhì)、地貌、埋藏條件和人為因素的控制。由于各含水層的埋藏條件和組合關系不同,所以其循環(huán)條件亦不盡相同。區(qū)內(nèi)第四系承壓水主要補給來源是上層孔隙潛水的越流量和西部邊界側向徑流補給,主要排泄方式為人工開采、越流和側向徑流排泄。潛水的主要補給源為大氣降水,局部地區(qū)有側向徑流,排泄方式為人工開采、蒸發(fā)、流入泡塘或鹽沼洼地。由于地下水開采強度較大,開采區(qū)域面積占全區(qū)面積的比例很大,地下水的動態(tài)類型主要是以人工開采型為主。

本區(qū)由于地質(zhì)條件以及人為影響,使地下水化學特征有所變化。在伏龍泉—王府臺地,地下水徑流條件好,地下水埋深較深,所以主要以溶濾作用為主。潛水水化學類型主要以重碳酸鈣型水為主,其礦化度小于 1.6 g/L。在本區(qū)東北部大部分地區(qū),也以重碳酸鈣型水為主。在黃金鄉(xiāng)和永安鄉(xiāng)大部分地區(qū),潛水水化學類型以重碳酸鈣鈉為主。而在伊通河河谷及農(nóng)安鎮(zhèn)周圍地區(qū),潛水水化學類型主要以氯重碳酸鈣型水、氯重碳酸鈣鈉型水為主[3]。

3.2 地下水資源評價

根據(jù)不同水文地質(zhì)單元的天然邊界及地下水埋藏和循環(huán)條件,將工作區(qū)劃分為三個均衡計算區(qū)。再根據(jù)相應公式確定各水文地質(zhì)參數(shù),并計算各源匯項[4-5]。最后得到工作區(qū)多年平均地下水補給總量為 30 309.06×104m3,總消耗量為 34 907.42×104m3,消耗量大于補給量4 598.36×104m3,從上述分析可以看出本區(qū)的地下水均衡已處于負均衡,為了水資源的可持續(xù)利用,應控制開采量,可以根據(jù)具體的情況適當?shù)卣{(diào)整開采量布局[3]。

下面采用回歸分析法,通過建立 Q開與 S埋深與之間的關系,以確定允許開采量[6]。

(1)據(jù)歷史資料繪成 Q-S坐標的散點圖(見圖 1),宜選擇用曲線回歸方程。

圖1 Q-S散點分布趨勢圖

(2)計算基本數(shù)據(jù):算出lgQ和lgS(見表 1),再計算lgQi-lgSi,lgQi-lgQ和lgSi-lgS, (lgQi-lgQ)2和(lgSilgS)2及(lgSi-lgS)(lgQi-lgQ)。

(3)求根方差及均方根差:冪曲線回歸方程為

表1 冪曲線相關計算

綜合考慮本區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、技術經(jīng)濟條件及地下水埋藏情況,令 S=7.5 m時對應的開采量為允許開采量,

即每天的最大允許開采量為 37.61×104m3,這一量達到開采需求量。

3.3 地下水水質(zhì)評價

根據(jù)綜合指數(shù)評價法,評價結果表明,監(jiān)測值符合Ⅱ類水質(zhì)標準的監(jiān)測井有 3眼,占總監(jiān)測井數(shù)的 25%;符合Ⅲ類水質(zhì)標準的監(jiān)測井 1眼,占總監(jiān)測井數(shù)的 8.35%;符合Ⅳ類水指標準的監(jiān)測井 4眼,占總監(jiān)測井的 33.3%;符合Ⅴ類水質(zhì)標準的監(jiān)測井 4眼,占總數(shù)的 33.3%。綜上所述,在監(jiān)測范圍內(nèi),Ⅳ類水、Ⅴ類水占總監(jiān)測井數(shù)的 66.7%,水質(zhì)較差。

4 地下水可持續(xù)利用及地質(zhì)環(huán)境保護

4.1 區(qū)域地下水開發(fā)利用

本區(qū)地下水主要用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)生活用水以及農(nóng)村人畜飲用水。農(nóng)村生活用水大部分是取淺層潛水。用于井灌的地下水占有一定比重,部分農(nóng)業(yè)灌溉用水取自地表水,即通過溝、渠引水灌溉。洼中高排水總干渠與新開河和伊通河相連,總干渠與分渠組成了網(wǎng)狀灌溉圖。

2007全年地下水實際開采量為14478.73×104m3,都是潛水,其中農(nóng)業(yè)用水3 648.00×104m,工業(yè)用水2 527.60×104m,城鎮(zhèn)生活用水 842.86×104m,農(nóng)村人畜飲水7 460.27×104m。

據(jù)農(nóng)安縣區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查表報告提供的資料,農(nóng)安縣地下水埋藏現(xiàn)狀可分為三種類型:一是可增強開采區(qū),本區(qū)除農(nóng)安鎮(zhèn)何鎮(zhèn)郊外,廣布全縣,占全縣面積 99.7%,可大力開發(fā)利用地下水資源;二是一般控制區(qū),本區(qū)分布于農(nóng)安鎮(zhèn)郊區(qū),這個區(qū)域目前處于采補平衡狀態(tài),今后應控制開采,不許新打水井,只能按報廢數(shù)補充;三是嚴格控制區(qū),該區(qū)僅分布于農(nóng)安鎮(zhèn),目前較嚴重超采,形成下降漏斗,今后應嚴格控制開采,應逐漸減少原有地下水井。

4.2 區(qū)域地下水開發(fā)利用中存在的問題

4.2.1 土地鹽堿化

近 40年來,農(nóng)安縣土地鹽堿化總體上呈逆轉(zhuǎn)的趨勢。1964年鹽堿化土地總面積為l1.6444×104hm2,1986年鹽堿化土地總面積為 9.5 359×104hm2。,而 2000年的鹽堿化土地總面積為 9.9 809×104hm2。土地鹽堿化動態(tài)趨勢總體上表現(xiàn)為鹽堿化土地總面積先減少,后稍微增加,但總體呈減少趨勢[7]。

4.2.2 干旱災害

本區(qū)山前平原和低平原干旱災害較重,以重旱地為主,春寒機率為 70%～80%,夏旱機率 30%。高平原旱情就輕,以春寒為主。一般沙丘地干旱程度大于粘性土;崗地干旱程度大于低洼地。干旱主要因素是降水量小,而蒸發(fā)量大,為降水量 3倍多。并且地表多為砂性土,不易保持水分[3]。

4.2.3 洪澇災害

季節(jié)性洪澇洼地主要分布在高高平原家能夠和泛濫地帶、第平原和河谷平原下游閉流洼地,多與沼澤濕地毗連。在空間上,多與荒漠化和干旱地糾錯分布,在時間上交替為害。澇災易造成糧食減產(chǎn),甚至絕收,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害很大[8-9]。

4.2.4 土壤沼澤化

土壤沼澤化主要分布在低平原、河谷平原及局部高平原的支谷地帶。低平原上的沼澤化,在空間上常與荒漠化交錯相間分布,在時間上交替為害。土壤沼澤化形成與河流關系密切的沼澤濕地具備水平排水條件,容易處理;分布在湖沼洼地的沼澤濕地水草茂盛,易澇成災,無水平排水條件,則難以處理,應發(fā)展養(yǎng)葦、養(yǎng)魚或開墾水田種稻;對水草茂盛、水禽很多的沼澤濕地,則應注意保護其沼澤濕地的生態(tài)環(huán)境[10-11]。

4.2.5 地下水位持續(xù)下降

該區(qū)以開采地下水作為供水水源的地區(qū)。由于經(jīng)濟發(fā)展,人口的增加和生活水平的提高,需水量不斷增加,出現(xiàn)了因地下水過量開采而破壞水資源平衡狀況。從而形成了地下水降落漏斗與含水層疏干區(qū),使水源地供水能力不斷減少。在降落漏斗疏干范圍內(nèi)出現(xiàn)抽空吊泵現(xiàn)象。

4.2.6 地方病

本區(qū)屬典型的干旱半干旱淺層高氟水飲水型地方性氟中毒重病區(qū)[12]。農(nóng)安縣氟重毒的防治措施主要采取以打深水井為主,本著先重后輕的原則,把防氟改水的重點放在重病區(qū)。據(jù)房連營等編著的《農(nóng)安縣地方性氟中毒病情調(diào)查結果》,農(nóng)安縣全縣總人口約 l09.7萬,病區(qū)人口 13.9萬,病區(qū)村(屯)數(shù) 381個,其中輕病區(qū)村(屯)126個,中病區(qū)村(屯)168個,重病區(qū)村(屯)87個。飲用水氟含量在 2.0～4.0mg/L的村屯所占比例較大(45.83%),且飲用水氟含量最高值高達 7.70mg/L,超過國家生活飲用水衛(wèi)生標準 7倍以上,同時飲用水氟含量超過國家生活飲用水衛(wèi)生標準的村(屯)占調(diào)查村(屯)70.83%,說明農(nóng)安縣仍有多數(shù)居民在飲用高氟水。

4.3 地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用對策

農(nóng)安縣地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用是制定水資源開發(fā)模式的最終目的。下面主要從宏觀的角度來論證為了滿足本區(qū)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用應該采取的具體對策[13]。如下:

4.3.1 統(tǒng)一規(guī)劃,因時、因地制宜,科學調(diào)度“三水”資源

在時間上,對由于大氣降水豐枯而造成水資源的豐枯年(季)要人為的加以調(diào)節(jié)控制,做到早年多采,豐年多蓄,以豐補欠;在地域上,應在統(tǒng)籌規(guī)劃的前提下,根據(jù)各地不同的水文、水文地質(zhì)條件和經(jīng)濟水平,采用不同的水資源開發(fā)模式,以保證水資源的可持續(xù)開發(fā)與利用。

4.3.2 合理利用水資源,防止環(huán)境負效應發(fā)生

如前所述,目前農(nóng)安地區(qū)許多環(huán)境負效應的發(fā)生都與水資源的不合理開發(fā)有著密切關系。如在灌區(qū)引用大量地表水灌溉而不注意排水,造成土地大面積次生鹽堿化;城區(qū)過量開采地下水,造成地下水位持續(xù)下降和地面沉降等,因此在水資源開發(fā)利用過程中要嚴格控制水位降深,避免過量開采地下水資源。

4.3.3 節(jié)約用水

本區(qū)地下水資源浪費嚴重,節(jié)水潛力巨大。對于工業(yè)用水,可以通過改進工藝,減少萬元產(chǎn)值用水量;對于農(nóng)業(yè)用水,應綜合農(nóng)作物習性、土壤巖性、季節(jié)等,合理灌溉,以達到最佳效益;對于生活用水,可以重復利用,提高用水效率?？傊?全社會都應該堅持可持續(xù)發(fā)展理念,從自身做起,節(jié)約用水。

4.3.4 開展地下水人工調(diào)蓄,開發(fā)地下水庫

地下水庫人工調(diào)蓄是認為利用地下水儲水庫容調(diào)節(jié)水資源,達到擴大可利用水資源的目的。進行地下水人工調(diào)蓄,應根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件和地下水與地表水轉(zhuǎn)化關系與特點,采取相應措施,提高水資源利效率。

5 結語

在追求人與自然和諧相處的新時期和共建和諧社會的新形勢下,地下水資源可持續(xù)理念要求人們把地下水的質(zhì)和量與環(huán)境水文地問題統(tǒng)一起來,在考慮到地下水的稀缺性和緊缺性同時,充分體現(xiàn)地下水的可持續(xù)性和整體性,本次地下水可持性研究僅是宏觀性初探,針對不同區(qū)域,應區(qū)別對待,采用合理方法,最終為人類可持續(xù)利用地下水資源提供科學依據(jù)。

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