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水利工程论文-华北平原有咸水区雨洪控制利用.doc

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水利工程论文-华北平原有咸水区雨洪控制利用.doc

水利工程论文华北平原有咸水区雨洪控制利用摘要华北平原有咸水区,水资源短缺,深层地下水严重超采,生态环境恶化。在这个地区开发利用咸水,腾出地下库容,能够减少潜水蒸发与雨洪径流,增大降雨入渗,把时空分布不均的天然降雨转化为可利用的水资源。该文总结了农村用微咸水灌溉,抗旱增产,调控地下水埋深,增大雨洪回灌,淡化地下水质的经验。提出了城区雨洪控制利用的建议。关键词有咸水区咸水开发利用调控地下水埋深减少雨洪径流增大降雨入渗1大气降水与四水转化特点黄河以北的华北平原,属季节性干旱半湿润大陆性季风气候区。大气降水到达地面后,在下垫面条件共同作用下,一部分形成地表水,一部分渗入到土壤,在重力作用下,其中一部分形成了地下水,大部分被拦截成为土壤水。大气水、土壤水、地下水、地表水在一定条件下相互转化(图1)。大气降水与四水转化关系有以下特点1.1年际降水量变化大华北平原多年平均降水量500~600mm。气候为过渡带,降水很不稳定,降水量年际变化很大。常有连丰、连枯水年,丰、枯水年交替。少水年,降水可小于400mm,呈现半干旱甚至干旱地区特点。多水年,降水量可大于800mm,呈现湿润气候特点。海河东部平原南皮县1956-1986年平均降水量550mm,最大年降水量1184.9mm(1977年),最小降水量262.4mm(1956年),最大与最小相差4.5倍。1.2年内降水集中干湿季分明在季风气候影响下,降雨集中在夏季(7、8月份),其余时间为旱季。南皮多年平均夏季降水量占全年的73%春季(35月)和秋季(911月)雨量较少,分别占全年降水量的11%和13%冬季(12月2月)雨量稀少,仅占2%。形成春旱夏涝、秋冬又旱、旱涝交替的特点。1.3蒸发量大于降水量据德州、新乡、安阳、保定、南皮等气象站分析,全年蒸发量与降水量之比为3.1∶3.9。南皮多年平均蒸发量2138.6mm,为年降水量的3.9倍。最大年蒸发量2659.2mm。冬春两季的蒸发量最大,为降水量的16~38倍。1.4四水转化运动以垂向排补为主华北平原地势平坦,大部分平原地下水水力坡降都很小,含水层岩性颗粒较细,地下水、土壤水水平向运动很小,水分运动和交换主要是竖向入渗补给、土壤蒸发、潜水蒸发和人工开采排泄。降雨和灌溉入渗量约占平原浅层地下水总补给量的84%,若计入河渠侧向补给,竖向补给量达94%。总排泄量中人工开采和潜水蒸发的竖向排泄量达99.4%。1.5包气带是四水转化的主要场所多年平均降水量的8%转化为地表径流,20.6%转化为浅层地下水,71.4%转化为包气带土壤水,若计入潜水蒸发量,则由包气带向大气转化的水量约为降水量的78%左右。2开发地下咸水灌溉,增大雨洪利用华北平原东部广泛分布有2g/L的浅层地下咸水(图2),总面积8.39万km2。地下咸水长期弃置不用,占据着浅层地下水的地层空间,影响这个地区蓄纳雨水及地表淡水,而且蒸发浓缩,成为土地盐碱的根源。这个地区长期以来靠开采深层地下水支撑工农业生产,由于严重超采,已引起地面沉降、上部咸水层下移、深层地下水质变差等生态环境问题。为了克服水资源严重短缺对农业生产的威胁,自上世纪70年代开始开发微咸水发展灌溉。在季风气候及排水条件下,用微咸水灌溉的连作小麦、玉米,比不灌的旱作可增产1~2倍,而并未发生土壤积盐,地下水还有所淡化。80年代应用咸水灌溉成果,引进联合国IFAD贷款,建立南皮农业开发项目区,建设机井灌渠排沟,大面积开发咸水,使灌溉面积增加一倍,盐碱地面积改好一半,农业产值及人均收入翻了两番。华北地区已开发利用咸水6.6亿m3,其中河北平原为3亿m3。咸水大量开发利用,改变了四水转化条件,使大气降水更多地转化为可利用的水资源。开发利用咸水,所以能够增大雨洪利用,综合治理旱涝碱咸,促使生态环境良性循环。这是由于2.1调控地下水埋深在临界动态地下水埋深动态是大气降水、地表水、土壤水、地下水之间消长转化的集中反映。调控合理的地下水埋深,是增大雨洪利用的关键。不同季节需要调控的地下水埋深临界动态旱季在防治盐碱的地下水临界深度(2~3m),尽量减少潜水蒸发,防止土壤返盐雨季前在防涝蓄雨深度(4~6m),尽量增大降雨入渗,减少地表径流,增强伏雨洗盐及淡化地下水的作用雨季在作物的抗湿深度(0.5~1m),即在2日内将降雨形成的地表积水排出,并将因降雨抬高的地下水位回降到作物抗湿深度以下(图3)。大量开发利用咸水,腾出地下库容,能够调控地下水埋深在临界动态。南皮项目区建立前地下水年开采量600万m3,建项目区后到1987年达到1380万m3。汛前6月地下水埋深至1988年全部调控在3m以下,与1985年同期比较,2~3m的减少了77%,4~6m的增加了53%。19861988年地下水埋深,春季3月在2.78~3.73m,汛前6月在4.48~5.03m,汛后9月在1.15~2.95m,已调控到地下水临界动态指标(图4)。2.2减少潜水蒸发潜水蒸发量与地下水埋深密切相关。在轻砂壤土地区,地下水埋深为1m时,其潜水蒸发量大于地下水埋深为2.5m时的6倍。调控地下水埋深在临界动态,可以大量减少潜水蒸发。南皮项目区按19841986年平均水位埋深计算可采量为433.85万m3,而按19861988年地下水埋深调控在临界动态(2.5~5m)计算可采量为1322.39万m3,即可从潜水蒸发中夺取888.54万m3可利用的水资源。2.3增大降雨入渗降雨渗入地下,除补给土壤水外,其余转化为地下水成为可利用的水资源。在平水年雨季降水434mm情况下,降雨入渗补给地下水量最大值相应的雨季前埋深在4.5m左右。在雨季前地下水埋深2.5~4.5m范围内,每降深1m,降雨入渗补给地下水量增加22~6mm。雨季前地下水埋深大于4.5m时,降雨入渗将随埋深增大而减少。在枯水年及丰水年,降雨入渗补给最大值相应雨季前埋深分别在5.5m及4m左右(表1,图5)。南皮项目区地下水埋深处于临界动态,增大了降雨入渗对地下水的补给。1986年10月至1987年9月,1987年10月至1988年9月,降雨入渗系数分别达到25%和21%。19861987年尽管由于雨季前干旱,大量开采地下水,但经过雨季降雨补充,地下水位上升1.75m,扣除当年开采及潜水蒸发水量,可采量模数增加85230m3/km2/a,为秋季及来年春季抗旱增补了地下水源。2.4减少径流流失春季抗旱灌溉,大量提取浅层地下水包括微咸水,能在雨季前腾出地下库容,增大降雨入渗,减少地表径流,预防渍涝灾害发生。同时使天然降雨尽多地转化为可利用的水资源。观测研究表明,径流量随地下水位下降而减少。19741977年,雨季前地下水埋深在1.1~2.5m,次降雨量和前期影响雨量(P+Pa)156~244mm,径流深R18~47mm。19841987年,P+Pa88~236mm,R0~30mm。80年代同70年代相比,地下水埋深增大了1.6~2.0m,在P+Pa160~230mm条件下,R减少了17~24mm。雨前地下水埋深在1~5m范围,每降深1m,地表径流减少12~25mm。1987年降水736mm,为偏丰年,其中雨季降雨509mm,但未发生涝灾。南皮试区1987年8月3日降雨149mm,R只有4mm,大部分补给地下水。8月26日6小时降暴雨189mm,R30mm,地面曾普遍积水,但雨前地下水埋深在3m左右,又有排水条件,积水很快外排并渗入地下,雨后两天地下水埋深在1.73m不涝不渍。南皮北试区,

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