友谊农场发展井灌稻潜力分析

仲崇合,郭凤廷,牟丽丽,邱铭芳,姚章村

(1.黑龙江省红兴隆农垦分局水务局,友谊 155811;2.黑龙江省友谊农场水务局,友谊 155810;3.黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080;4.中国农业工程规划设计研究院,北京 100036;5.黑龙江农垦勘测设计研究院,哈尔滨 150090)

1 水资源概况及开发利用现状

友谊农场位于三江平原腹地,总面积 1888 km2,耕地91910 hm2,号称世界第一大农场。多年平均降水 504.7 mm,当地径流资源 1.071×108m3,地下水资源1.823×108m3,过境水资源1.076×108m3(按50%计)。水资源总量为3.477×108m3,扣去其他用水0.45×108m3(其中双鸭山发电厂年用量0.11×108m3)尚有3.027×108m3可用于发展农业灌溉,主要发展水稻生产。

从1997～2008年统计,主要是开发利用地下水资源,配套机电井近3000眼,发展水旱田灌溉,主要是发展井灌稻。从1997年1.47×104hm2发展至2008年达2.8×104hm2。地下水年开采量达1.3×108m3以上,而地表水资源通过提引蓄发展渠灌稻约(0.2～0.25)×104hm2。从历年地下水动态变化(表1)分析,地下水开采量是从1997～2000年平均0.696×108m3至2005～2008年平均0.925×108m3,最大达 1.487×108m3。年年补大于采。1997～2000年补采比2.08,2005～2008年补采比1.25,随着灌溉发展,地下水位下降,可逐步增加地下水资源量[降低地下水,增加纳蓄水资源(降水,地表当地径流,坡岗径流,过境水资源对地下水补给);减少地下水的无效蒸发和对外排泄,增加地下水资源有效利用率];即使发展水田,也是建设地表调节水库,而提高降水资源和其他地表水资源(即雨洪资源化)为更多可利用资源量,而达到新的补采平衡(表2)。经初步分析推估,从灌溉现状分析,1997～2000年耗用地下水量为 4462 m3/hm2,介于弱承压区4755 m3/hm2(创业)与潜水区4175 m3/hm2(850)、3750 m3/hm2(宝山)之间[1],符合本区处于潜水—弱承压区过渡的混合区规律。但通过节水灌溉(间控与控灌节水),减少水稻棵间与叶面蒸腾,可减少年耗水量,近年有减少趋势(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)。年恢复水位2008年比1997年仅降低0.05 m(2007年恰与1997年持平);地下水位徘徊于5 m上下(表4),稳定于理想埋深之内,有利于防洪除涝治渍,有利水资源调节与利用,有利生态环境改善。可见,友谊农场水资源开发利用以开发利用地下水资源为主,是兴利除害结合之举,开发有序合理,尚有开发利用潜力,值得总结提高。

表1 友谊农场历年地下水埋深动态表Table1 Dynamic curve of groundwater on Youyi Farm duringdifferent years /m

表2 友谊农场年地下水资源开采水平衡计算表(μ=0.08平原区面面积1549 km2)Table2 Calculate table of the equilibrium of exploitation and using groundwater on Youyi Farm

表3 友谊农场地下水开采初期1997～2008年平均地下水位变化表Table3 Average groundwater level during the early years from 1997 to 2008 /m

表4 友谊农场地下水年恢复水位变化表Table4 Comparison of the resuming groundwater level between different years /m

2 地下水资源开发利用特点

友谊农场地下水是潜水区—弱承压区过渡的混合区,第四纪孔隙水含水层厚度80～200 m,受历史形成原因,岩性、沙、沙砾、颗粒较细,给水度偏小(0.07～0.10),表层黏性土覆盖0～6 m。垂直补给为主,激发补给条件较差,与三江平原几个地下水开发典型比(潜水区,850农场;弱承压区,创业农场;混合区,291农场)具明显特点(表5)[2]。

1)平原区井灌水稻面积比(水田面积/平原区面积)仅0.18。而比850农场0.55,创业农场0.48,291农场0.33,明显低,说明地下水开采强度低,仅分别是各典型区的32%,37.5%,54.5%。

2)地下水年恢复水位,十几年来几乎没有变化,2007年与1997年持平,2008年仅比1997年降低0.05 m,平均降率0.004 m/a,与创业农场十几年共降7.13 m,850农场1.22 m,分别年降率0.59 m/a与0.10 m/a,而具明显特点。

3)地下水埋深变化5.0 m上下,对于混合区而言,尚处偏高,而不利于地下水库的综合功能和效益的发挥。按笔者初定,混合区理想埋深6～10 m,临界埋深10 m,尚有5 m距离。而潜水区理想埋深4～6 m,临界埋深 6 m。850农场已达5.42 m,仅有0.58 m;弱承压区理想埋深 10～15 m,临界埋深15 m,创业农场已达12.8 m,尚有2.2 m,又是一个显著特点。

4)友谊农场由于处三江平原腹地,气候较干旱,多年平均降水仅504.7 mm,比850、创业农场(567.4 mm与559.3 mm)少,与291农场(499.1 mm)相当,可达最大雨养水稻系数,友谊、850、创业、291分别为0.41、0.62、0.59 、0.37,而与至今已达到分别为 0.18 、0.55、0.48、0.33 比,分别达到最大雨养水稻系数的44%、93%、81%、89%。友谊农场也明显偏低,而具潜力。

从以上特点分析,说明友谊农场地下水资源尚有较大开发潜力。

表5 友谊与地下水开采典型850、创业、291农场开采地下水比较表Table5 Comparison of exploitation groundwater between Youyi Farm and 850 Farm,Chuangye Farm,291 Farm in Sanjiang Plain

3 水资源开发潜力初步分析

1)友谊多年平均降水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,耕地与非耕地耗水比k=0.7,若能实现降水资源多年调节,可发展水稻比41%(水田/土地面积)(表6)。从华北及三江平原的实践证明,在平原区以开发地下水库为主,进行降水的多年调节,可能达到这个指标。为此,友谊农场平原区面积1549 km2,仅降水即有发展井灌稻为主的水田6.35×104hm2的潜力[3]。

表6 友谊农场农业需水(EN)与水田比推估表Table6 Needful water quantity(EN)and the estimatement water quantity of paddy field on Yugi Farm

2)友谊原评价地下水资源为1.850×108m3(1997年评价),地下水综合年用量按4500 m3/hm2计,可发展井灌稻0.27×104hm2。

3)丰水年2002年降水达 526 mm,补给量达2.255×108m3,即使扣去全部增雨量 0.33×108m3,年综合地下水用量4500 m3/hm2计,可发展井灌稻4.27×104hm2。

4)按2007年地下水动态平衡分析,补给量可达1.537×108m3,按 4125 m3/hm2耗水计,可井灌3.73×104hm2。而2007年降水仅458.7 mm,比多年平均少46 mm,按补给地下水系数20%计,又可增加0.32×104hm2,二者迭加为4.04×104hm2。

5)用2006年平水年补给1.648×108m3,按用量4125 m3/hm2计,亦均可发展井灌稻4.0×104hm2。

综上所述,友谊农场地下水资源可能发展井灌稻4.0×104hm2以上。

4 水资源开发利用经验

1)修建平原蓄漏水库和提引灌区,提高当地水资源调控和利用率。友谊平原水库漏水严重,但照样运行,尤其引进七星河水入库,蓄贮渗漏,灌溉部分水田,增加地下水补给。如古城水库是垦区建设漏水库的先例[4];建设六分场水稻自流灌区(引七星河水);在西蒿塘建设排灌泵站,涝时排水或提涝水灌溉,平时,又提滞洪区外水灌溉,尽量做到内水内销和外水内销。这些工程不仅保证农场0.267×104hm2渠灌稻区,而且增加大量地下水补给。

2)建设闸站深沟,修建洼地渗坑,形成农田排水系统工程的新功能。农场历来涝渍灾害严重,为提高排水效果,进行深沟、闸站建设,农场建设以农沟深度1.7 m为基准的深沟网,并在容泄区口建闸站排水,使之本农场排水沟不仅可排涝,而且可治渍,控制地下水,消除地表残积水和上层滞水,对于一些典型闭合洼地甚至采取深挖坑,高台田措施,坑的深度以挖至地下沙层(5～6 m深)。利用弃土填高洼地台田,采取垂直排水新法解决涝渍危害(如友谊38队综合治理区),自从大面积打井种稻,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,而代替了以上深沟、闸站、渗坑排水功能,也自然而然形成新的蓄贮降水和当地径流的新功能。深沟、深坑蓄水,闸站拦水,使这些水除可以直接抽水灌稻外,而自然渗漏补给地下水,而使闸站近几年不必开闸开机排水,如东部排水站除2002年开机排水外,近5年来没有向外排过水,降雨水除全部通过抽水灌溉外而补给地下水,提高降水资源利用率和地下水资源量,使原洪涝渍水资源化,这就是农场深沟、闸站、坑塘的新功能。据了解农场回填了部分条田沟,撤了部分泵站。但应进行利弊权衡,不要随意废弃这些工程,破坏新功能。而更应扬长避短,趋利避害,如农场已在内外七星河和兴隆排干上增设12座新闸站和在斗农沟口建大量涵闸,调节控制地表水资源,增加地下水补给,就是值得称道的工程[5]。

3)采取水田激光平地、水稻间歇、间控、控灌节水灌溉及旱田微喷灌等节水新技术,采取激光旱平地,秋平地,节约泡田和整地用水,减少每次灌溉量。推广间歇、间控技术,可节水20%～30%,若采取全程控灌技术,可节水50%以上,用水量达3000～3750 m3/hm2,是4500 m3/hm2地下水耗水量近年降至平均4050 m3/hm2左右的一个原因。还注意旱作与经济作物节水灌溉,建立七分场4队国家节水示范区,发展以花生为主的经济作物灌溉,不仅节水,而且提高水资源生产力和经济效益。发展旱作灌溉可减少地下水资源负担(故旱作比水作省水)。

4)经这次调研,农场还比三江平原垦区其他农场,注意井工程建设和管理,主要采取井工程统一规划设计施工。尤其统一标准打井,采取大开孔(Φ 800 mm)统一选购井材和滤料,采取多填料,每井回填十几m3砂砾石,井深40 m以下,且采取少包网、不缠丝成井新工艺,使井1 m降深出水量达80 m3/h以上,井效率90%以上。尤其值得发扬光大的是农场至今仍保存14眼长观井,加上县的3个长观井,达17个,观测资料较全且连续,这将为今后更加合理与有序开发利用地下水及时提供科学依据。

5 水资源开发利用研究方向和奋斗目标

友谊农场水资源总量约3.5×108m3。而仅平原区的降水就具有发展6.0×104hm2水稻生产潜力。但由于存在水资源和降水的年际年内时空的变化,尤其地表水资源,由于缺少水资源的调节能力,所以很难实现这些指标,而产生严重工程缺水或用水保证率低的现状。但国内外与省内外生产实践证明,对于平原区发展水田和由于井灌开发利用地下水后,可以降低地下水位,建设地下水库,通过水田和地下水库可多年调节降水而实现发展灌溉目标,实现雨养农业。但有的地下水位降得太少(如上世纪90年代前及目前大庆地区仅多发展旱灌),不能形成应有库容。再者有的地区地下水虽已经降低,但地上水资源很难从垂直与水平方向补给地下水,造成有库无水可调,如大庆的深层地下漏斗和三江平原弱承压区(如创业农场等地下水位已降低至10 m以下,且还继续下降,而虽有多年平均降水559.3 m,和周边又有大江、大河大量过境水,但由于地表有约15厚的黏性土覆盖,且离江河较远,而补给有限,还难断定地下水还要再降多少(笔者估计15～20 m埋深)才能实现新的采补平衡,现已形成十几m地下调节库容,似乎无用武之地。

通过以上分析,可见今后关于水资源开发利用研究方向,应主要研究地下水库建设,如大庆地区应研究浅层地下水开发利用,降低地下水位;如建三江应研究地下水补给,充分利用好已形成的地下水库。而对于友谊地区,二者均应加以研究,因为友谊农场平均地下水埋深5.0 m左右,对于混合区而言地下水还偏高。故有的地区弱承压地下水埋深仅3 m左右,这些地区应发展打井种稻,提高开采强度,使地下水降至10 m以下。而对于潜水区埋深已＞6 m和弱承压区已＞15 m,则应研究增加地下水补给,甚至可以研究引雨洪渗蓄与灌溉(秋灌秋贮),使之本地区平均地下水埋深控制在8～10 m上下,进行地下水位红蓝黄区管理(表7)[6]。

表7 三江平原地下水控制水位和管理区初拟表Talbe 7 Control of groundwater level and the first plan of precinct groundwater in Sanjiang Plain

综上所述,友谊农场近十几年来发展井灌稻为主,今后还要把其作为主攻方向,因为打井种稻,实现井灌井排可兴利除害结合,实现地下水库建设,再加上其他一些措施,可实现友谊农场当地水资源的多年调节,破解友谊水资源时空分配不均而形成的工程缺水的核心技术和关键工程,也是建设友谊农场生态水利的核心技术和关键工程。

因此,友谊农场至2008年水稻生产已达3.33×104hm2以上,其中井灌占90%以上,应受充分肯定,今后还应加强这方面科学研究与建设,争取不久的将来实现水稻灌溉4.67×104hm2以上,其中井灌4.0×104hm2以上,作为发展奋斗目标。

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