吉林省农安县地下水资源评价与可持续利用研究

王光明,熊德全

(中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,云南昆明 650031)

1 引言

1987年,“世界环境与发展委员会”发表了影响全球的题为《我们共同的未来》的报告,提出了“可持续发展”的概念:可持续发展是在“满足当代人需要的同时,不损害人类后代满足其自身需要的能力”的发展。可持续发展理论是以技术为支撑,将社会、资源、经济和环境有机结合,达到共同发展的理论。水资源是人们赖以生存的不可缺少的宝贵资源,是可持续发展的物质基础。在水资源日趋枯竭和水危机越来越得到广泛关注的形势下,搞好水资源可持续开发利用具有极其重大的理论意义和实用价值。

2 研究区概况

农安县隶属吉林省长春市,位于松辽平原腹地,处于东经 124°31′～ 125°45′,北纬 43°55′～ 44°55′之间[1]。 全区总面积5274.6 km2,其中,砂砾石高台地 438.4 km2,占 8.3%;波状台地 3247.549 km2,占 61.5%;河谷冲击低平原1 588.651 km2,占 30.1%。总耕地面积 18.217万亩,其中水田 3.27万亩,为全国商品粮大县。本区属中温带大陆性气候,春季干燥多风,夏季温热多雨,秋季凉爽早霜,冬季寒冷漫长,冻结期长达 7个月之久,冻结深度 1.72 m。多年平均气温 4℃ ～5℃,多年平均降水量 500～550mm,时空分布不均,降水时间多集中于夏、秋两季,东南多西北少;年平均蒸发量1 680 mm。研究区年平均相对湿度 62.5%。

农安县在地貌上属冲积、湖积平原区,局部起伏较明显,局部台地标高大于 300 m,河漫滩地带低于 150m。主要地貌类型有高台地、台地、二级阶地、一级阶地、河漫滩、沙丘、洼地、冲沟等,整个县区地形呈四周高中间低、台地和低地相间分布的格局。地表水系较发育,区内松花江、饮马河、伊通河、新开河 4条江河流过,其中松花江为农安县与扶余县界河。境内湖泡发育。该区在构造上属松辽凹陷的东北隆起带的西部边缘。在燕山和喜山构造运动影响下,形成一平缓的向斜构造,轴向东北,两翼倾角平缓。四周受青山口、登娄库、杨大城子等隆起构造环扼,埋藏有多层地下水。白垩系厚度巨大,其上部巨厚泥页岩构成区域隔水底板。第四系广布全区,厚度变化较大,下更新统冰水砂砾石、全新统冲积砂砾石层构成主要含水层,分别赋存有孔隙承压水和孔隙潜水,是目前主要的开采含水层[2]。中更新统冲积洪积黄土状土和上更新统冲积黄土状土构成弱透水层(越流层),对农业供水意义不大。

3 地下水资源评价

3.1 水文地质条件

根据地下水的赋存条件,水理性质和水力特征,区内地下水类型有松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和基岩裂隙水。地下水循环条件主要受地质、地貌、埋藏条件和人为因素的控制。由于各含水层的埋藏条件和组合关系不同,所以其循环条件亦不尽相同。区内第四系承压水主要补给来源是上层孔隙潜水的越流量和西部边界侧向径流补给,主要排泄方式为人工开采、越流和侧向径流排泄。潜水的主要补给源为大气降水,局部地区有侧向径流,排泄方式为人工开采、蒸发、流入泡塘或盐沼洼地。由于地下水开采强度较大,开采区域面积占全区面积的比例很大,地下水的动态类型主要是以人工开采型为主。

本区由于地质条件以及人为影响,使地下水化学特征有所变化。在伏龙泉—王府台地,地下水径流条件好,地下水埋深较深,所以主要以溶滤作用为主。潜水水化学类型主要以重碳酸钙型水为主,其矿化度小于 1.6 g/L。在本区东北部大部分地区,也以重碳酸钙型水为主。在黄金乡和永安乡大部分地区,潜水水化学类型以重碳酸钙钠为主。而在伊通河河谷及农安镇周围地区,潜水水化学类型主要以氯重碳酸钙型水、氯重碳酸钙钠型水为主[3]。

3.2 地下水资源评价

根据不同水文地质单元的天然边界及地下水埋藏和循环条件,将工作区划分为三个均衡计算区。再根据相应公式确定各水文地质参数,并计算各源汇项[4-5]。最后得到工作区多年平均地下水补给总量为 30 309.06×104m3,总消耗量为 34 907.42×104m3,消耗量大于补给量4 598.36×104m3,从上述分析可以看出本区的地下水均衡已处于负均衡,为了水资源的可持续利用,应控制开采量,可以根据具体的情况适当地调整开采量布局[3]。

下面采用回归分析法,通过建立 Q开与 S埋深与之间的关系,以确定允许开采量[6]。

(1)据历史资料绘成 Q-S坐标的散点图(见图 1),宜选择用曲线回归方程。

图1 Q-S散点分布趋势图

(2)计算基本数据:算出lgQ和lgS(见表 1),再计算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:幂曲线回归方程为

表1 幂曲线相关计算

综合考虑本区的地质、水文地质条件、技术经济条件及地下水埋藏情况,令 S=7.5 m时对应的开采量为允许开采量,

即每天的最大允许开采量为 37.61×104m3,这一量达到开采需求量。

3.3 地下水水质评价

根据综合指数评价法,评价结果表明,监测值符合Ⅱ类水质标准的监测井有 3眼,占总监测井数的 25%;符合Ⅲ类水质标准的监测井 1眼,占总监测井数的 8.35%;符合Ⅳ类水指标准的监测井 4眼,占总监测井的 33.3%;符合Ⅴ类水质标准的监测井 4眼,占总数的 33.3%。综上所述,在监测范围内,Ⅳ类水、Ⅴ类水占总监测井数的 66.7%,水质较差。

4 地下水可持续利用及地质环境保护

4.1 区域地下水开发利用

本区地下水主要用于农业、工业、城镇生活用水以及农村人畜饮用水。农村生活用水大部分是取浅层潜水。用于井灌的地下水占有一定比重,部分农业灌溉用水取自地表水,即通过沟、渠引水灌溉。洼中高排水总干渠与新开河和伊通河相连,总干渠与分渠组成了网状灌溉图。

2007全年地下水实际开采量为14478.73×104m3,都是潜水,其中农业用水3 648.00×104m,工业用水2 527.60×104m,城镇生活用水 842.86×104m,农村人畜饮水7 460.27×104m。

据农安县区域水文地质调查表报告提供的资料,农安县地下水埋藏现状可分为三种类型:一是可增强开采区,本区除农安镇何镇郊外,广布全县,占全县面积 99.7%,可大力开发利用地下水资源;二是一般控制区,本区分布于农安镇郊区,这个区域目前处于采补平衡状态,今后应控制开采,不许新打水井,只能按报废数补充;三是严格控制区,该区仅分布于农安镇,目前较严重超采,形成下降漏斗,今后应严格控制开采,应逐渐减少原有地下水井。

4.2 区域地下水开发利用中存在的问题

4.2.1 土地盐碱化

近 40年来,农安县土地盐碱化总体上呈逆转的趋势。1964年盐碱化土地总面积为l1.6444×104hm2,1986年盐碱化土地总面积为 9.5 359×104hm2。,而 2000年的盐碱化土地总面积为 9.9 809×104hm2。土地盐碱化动态趋势总体上表现为盐碱化土地总面积先减少,后稍微增加,但总体呈减少趋势[7]。

4.2.2 干旱灾害

本区山前平原和低平原干旱灾害较重,以重旱地为主,春寒机率为 70%～80%,夏旱机率 30%。高平原旱情就轻,以春寒为主。一般沙丘地干旱程度大于粘性土;岗地干旱程度大于低洼地。干旱主要因素是降水量小,而蒸发量大,为降水量 3倍多。并且地表多为砂性土,不易保持水分[3]。

4.2.3 洪涝灾害

季节性洪涝洼地主要分布在高高平原家能够和泛滥地带、第平原和河谷平原下游闭流洼地,多与沼泽湿地毗连。在空间上,多与荒漠化和干旱地纠错分布,在时间上交替为害。涝灾易造成粮食减产,甚至绝收,对农业生产危害很大[8-9]。

4.2.4 土壤沼泽化

土壤沼泽化主要分布在低平原、河谷平原及局部高平原的支谷地带。低平原上的沼泽化,在空间上常与荒漠化交错相间分布,在时间上交替为害。土壤沼泽化形成与河流关系密切的沼泽湿地具备水平排水条件,容易处理;分布在湖沼洼地的沼泽湿地水草茂盛,易涝成灾,无水平排水条件,则难以处理,应发展养苇、养鱼或开垦水田种稻;对水草茂盛、水禽很多的沼泽湿地,则应注意保护其沼泽湿地的生态环境[10-11]。

4.2.5 地下水位持续下降

该区以开采地下水作为供水水源的地区。由于经济发展,人口的增加和生活水平的提高,需水量不断增加,出现了因地下水过量开采而破坏水资源平衡状况。从而形成了地下水降落漏斗与含水层疏干区,使水源地供水能力不断减少。在降落漏斗疏干范围内出现抽空吊泵现象。

4.2.6 地方病

本区属典型的干旱半干旱浅层高氟水饮水型地方性氟中毒重病区[12]。农安县氟重毒的防治措施主要采取以打深水井为主,本着先重后轻的原则,把防氟改水的重点放在重病区。据房连营等编著的《农安县地方性氟中毒病情调查结果》,农安县全县总人口约 l09.7万,病区人口 13.9万,病区村(屯)数 381个,其中轻病区村(屯)126个,中病区村(屯)168个,重病区村(屯)87个。饮用水氟含量在 2.0～4.0mg/L的村屯所占比例较大(45.83%),且饮用水氟含量最高值高达 7.70mg/L,超过国家生活饮用水卫生标准 7倍以上,同时饮用水氟含量超过国家生活饮用水卫生标准的村(屯)占调查村(屯)70.83%,说明农安县仍有多数居民在饮用高氟水。

4.3 地下水资源可持续开发利用对策

农安县地下水资源的可持续开发利用是制定水资源开发模式的最终目的。下面主要从宏观的角度来论证为了满足本区地下水资源的可持续开发利用应该采取的具体对策[13]。如下:

4.3.1 统一规划,因时、因地制宜,科学调度“三水”资源

在时间上,对由于大气降水丰枯而造成水资源的丰枯年(季)要人为的加以调节控制,做到早年多采,丰年多蓄,以丰补欠;在地域上,应在统筹规划的前提下,根据各地不同的水文、水文地质条件和经济水平,采用不同的水资源开发模式,以保证水资源的可持续开发与利用。

4.3.2 合理利用水资源,防止环境负效应发生

如前所述,目前农安地区许多环境负效应的发生都与水资源的不合理开发有着密切关系。如在灌区引用大量地表水灌溉而不注意排水,造成土地大面积次生盐碱化;城区过量开采地下水,造成地下水位持续下降和地面沉降等,因此在水资源开发利用过程中要严格控制水位降深,避免过量开采地下水资源。

4.3.3 节约用水

本区地下水资源浪费严重,节水潜力巨大。对于工业用水,可以通过改进工艺,减少万元产值用水量;对于农业用水,应综合农作物习性、土壤岩性、季节等,合理灌溉,以达到最佳效益;对于生活用水,可以重复利用,提高用水效率。总之,全社会都应该坚持可持续发展理念,从自身做起,节约用水。

4.3.4 开展地下水人工调蓄,开发地下水库

地下水库人工调蓄是认为利用地下水储水库容调节水资源,达到扩大可利用水资源的目的。进行地下水人工调蓄,应根据区域水文地质条件和地下水与地表水转化关系与特点,采取相应措施,提高水资源利效率。

5 结语

在追求人与自然和谐相处的新时期和共建和谐社会的新形势下,地下水资源可持续理念要求人们把地下水的质和量与环境水文地问题统一起来,在考虑到地下水的稀缺性和紧缺性同时,充分体现地下水的可持续性和整体性,本次地下水可持性研究仅是宏观性初探,针对不同区域,应区别对待,采用合理方法,最终为人类可持续利用地下水资源提供科学依据。

[1]农安县志编纂委员会.农安县志.1992.

[2]农安县水政水资源管理办公室.农安县地下水动态报告.2007.

[3]王光明.农安县地下水资源评价与利用研究[D].吉林大学,2007.

[4]王长申,王金生,滕彦国.地下水可持续开采量的前沿问题[J].水文地质工程地质,2007,(4):44-49.

[5]王大纯、张人权等.水文地质学基础.地质出版社.1995

[6]曹剑峰,迟宝明等.专门水文地质学.科学出版社.2006.

[7]何艳芬,张柏,马超群.松嫩平原土地盐碱化动态研究—以农安县为例[J].水土保持学报,2004,18(3):146-149.

[8]方燕娜.多层递阶回归方法在地下水资源评价中的应用(D).吉林大学.2006.

[9]徐国旗.质量控制模式在农安县松华江防洪工程中的应用[J].吉林水利,2001,(3).

[10]肖长来吉林省西部地下水资源评价与水资源可持续开发利用研究(D).吉林大学.2001.

[11]闫慧.吉林省农安县生态示范区评价指标体系和可持续发展度研究[J].吉林大学学报(地球科学版),2006,36sup.

[12]房连营,张秀丽,吴升军等.农安县地方性氟中毒病情调查结果[J].中国地方病防治杂志,2004,19(4):228-230.

[13]林学钰、陈梦熊等.松嫩盆地地下水资源与可持续发展研究.地震出版社.2000