黄河冲积平原灌溉回渗系数研究

袁锡泰，龚晓洁，余长合，李 娜

(1.河南省地质矿产勘查开发局第一水文地质工程地质队，河南 郑州 450045;2.河南省地质调查院，河南 郑州 450001)

黄河冲积平原灌溉回渗系数研究

袁锡泰1，龚晓洁2，余长合1，李 娜2

(1.河南省地质矿产勘查开发局第一水文地质工程地质队，河南 郑州 450045;2.河南省地质调查院，河南 郑州 450001)

在黄河下游冲积平原，划分不同的包气带岩性组合，通过野外灌溉回渗试验，科学合理地确定灌溉回渗系数，为平原区浅层地下水资源评价中重要的补给项——农田灌溉回渗量的准确计算提供依据。

农田灌溉;回渗系数;包气带;岩性组合

在进行平原区浅层地下水资源评价时，农田灌溉回渗量是一项重要的补给量。科学合理地确定灌溉回渗系数，对正确计算灌溉回渗量、提高平原区地下水资源评价精度具有重要意义。

以往关于灌溉回渗系数的研究，多局限于个别地段。在选取灌溉回渗系数时，往往要参照相邻或相似地段资料或经验值，因而具有一定的随意性，降低了水资源计算精度。鉴于此，本文对黄河冲积平原区(河南部分)包气带岩性结构特征进行了研究，将其归纳为三种典型的结构类型，在此基础上，选择有代表性的三个地段进行现场灌溉回渗试验，同时结合已有的成果资料进行分析总结，确定其灌溉回渗系数。

1 包气带结构模式的确定

黄河冲积平原区(河南部分)受黄河多次泛滥改道的影响，沉积了巨厚的第四系松散堆积物。包气带岩性以粉砂、粉土、粉质粘土为主，一般厚度2～10 m。根据其结构、岩性、组合方式的差异，将包气带岩性结构归纳为三种典型的结构类型:单层结构型、双层结构型、多层结构型。

单层结构型:广泛分布于黄河冲积平原区，岩性以粉土为主，厚度4～6 m，其中内黄东部一带岩性为粉砂，厚度6～10 m，呈近南北向条形展布。

双层结构型:分布于豫北平原的柳青河以北的部分地区及河道带两侧，包气带岩性组合为粉土+粉质粘土或粉土+粉砂，厚度4～10 m。

多层结构型:零星分布于延津、封丘一带，岩性组合方式为粉土+粉砂+粉土或粉质粘土+粉土+粉砂，厚度6～10 m。

2 灌溉回渗试验

2.1 试验场地的选择及基本情况

在试验场地选择过程中，采用测绘、钻探及室内实验等手段调查了包气带岩性及组合方式，同时根据不同包气带结构类型、不同水位埋深、不同植被类型等，结合灌溉水源及环境等影响因素，确定了三个有代表性的试验区(各区平面布置见图 1、2、3)，基本情况如下:

试区①:长方形，东西长 108 m，南北宽 17 m，总面积1 836 m2，植被为小麦青苗。试区内外共有观测孔8眼。包气带岩性为:0～1.7 m 为粉土，1.7～3.12m 为粉砂(未揭穿)，水位埋深3.12 m。为双层结构型，灌溉水源为井水。

试区②:长方形，南北长 54.5 m，东西宽 21.5 m，总面积1 171.75 m2，为菜地。试区内外共有观测孔10眼。包气带岩性为:0～1 m为粉砂，1～2.4 m为粉土(未揭穿)，水位埋深2.15 m。为双层结构型，灌溉水源为井水。

试区③:长方形，南北宽 44.5 m，东西长 60 m，总面积2 670 m2，种植作物为大豆，试区内外共有观测孔10眼。包气带岩性为:0 ～0.2 m 为粉质粘土，0.2 ～2.4 m 为粉土，2.4～8.5 m 为粉砂，8.5 ～15.3 m 为粉土，水位埋深 8.87 m。为多层结构型，灌溉水源为井水。

为便于计算，在布置观测孔时，均呈“十”字型通过试区中心布置二条观测线并延伸到试区外一定距离，试区中心及各边都布有观测孔，观测孔数量以能控制试区内外水位为依据。为消除区域水位变化的影响，各试区均布置了外围观测孔。

2.2 灌溉回渗试验

2.2.1 试验前的准备工作

试验前，各试区均进行了孔组非稳定流抽水试验和双环渗水试验，分别求取了水位变动带给水度及垂向渗透系数，预测了自灌水开始后的水位抬升时间。

一般于试验前3 d开始观测试区自然水位，待水位稳定后即进行输水灌溉，灌水定额参考当地农灌实际浇地用水量，灌溉水源为试区外围民井。灌水后及时进行水位观测，观测频率为每2小时1次，区域观测每天2次。

2.2.2 试验过程

试区①、②观测结果见表1、表2，试区③由于水位埋深较大，历时26 d未观测到灌溉回渗影响。

2.3 灌溉回渗试验成果

2.3.1 回渗系数计算方法

回渗系数计算采用水位上升值法，即根据各观测孔水位上升高度绘制地下水浸润曲线，计算出灌溉回渗量(Qh)，然后除以总灌溉水量(Qz)，求得灌溉回渗系数(β)。其中灌溉回渗量包括试区内储存量(Qc)和试区外扩散量(Qs)二部分，计算公式为:

式中:Δh为试区内平均水位升幅(m);R为试区各边扩散距离(m);A为试区各边边长(m);Δh'为试区各边水位升幅(m)

2.3.2 试验成果

试区①:根据表1水位观测资料绘制地下水浸润曲线，得到各边扩散距离见表3。

表1 试区①灌水前后水位变化表

表2 试区②灌水前后水位变化表

表3 灌水后各边扩散距离

则计算出灌溉回渗量 =9.117 3 m3，灌溉回渗系数=8.29﹪

试区②:根据表2水位观测资料绘制地下水浸润曲线，得到各边扩散距离见表3。

则计算出灌溉回渗量 =13.67 m3，灌溉回渗系数=11.02﹪

试区③包气带岩性以粉质粘土、粉土为主，水位埋深大于8 m，经过26 d延续观测，未观测到灌水回渗影响，推测灌溉回渗系数小于5﹪。

将本次试验成果与已有资料汇总于表4。

表4 灌溉回渗系数选值表

由上表可以看出，对于砂性土类，如粉土或粉土+粉砂等，在灌溉定额为80～40 t/亩、水位埋深＜2 m、2～4 m和＞4 m时，井灌回渗系数取值范围分别为 0.30 ～0.15、0.15 ～0.10 和0.10 ～0.05，渠灌回渗系数取值范围分别为 0.30 ～0.20、0.20～0.10和 0.10～0.05;对于粘性土类如粉质粘土 +粉土等，在灌水定额80～60 t/亩、水位埋深＜4 m、4～8 m和＞8 m时，井灌回渗系数分别为 0.15 ～0.10、0.10 ～0.05、0.05 ～0，渠灌回渗系数分别 0.20 ～0.10、0.10 ～0.05、0.05 ～0。

2.3.3 影响因素分析

根据本次试验资料及前人取得成果分析，灌溉回渗系数的大小与灌区植被、土质、水位埋深、灌水定额等关系密切，尤其受土质及水位埋深影响较大，总体来看有以下规律:

①在包气带岩性、水位埋深、灌水定额相同时，植被越密，回渗系数越小;

②在水位埋深及灌水定额相同时，岩性颗粒越粗，回渗系数越大;

③同一地段，灌溉回渗系数随灌水定额增加而增大;

④在岩性、灌水定额等相同时，埋深越大，回渗系数越小;

⑤埋深小于4 m时，在同一地段，地表水灌溉回渗系数略大于井灌回渗系数;

⑥同一地段，灌溉回渗系数一般小于降水入渗系数。

3 结语

本次试验对河南省黄河冲积平原区面积大、分布范围广泛的包气带岩性结构进行了总结，并概括为三种具有代表性的结构类型;通过试验确定了黄河下游冲积平原(河南部分)在不同条件下的灌溉回渗系数取值范围，选择的试验地段具有区域代表性，其成果可作为本区灌溉回渗系数选取的依据并可为相似条件地区参考。

P641.25

B

1004－1184(2012)05－0169－02

2012－07－20

袁锡泰(1969－)，男，河南鄢陵人，工程师，主要从事水质检测方面工作。