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500600mm。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19561986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3.13.9。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1638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12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（23m），尽量减少潜水蒸发，防止土壤返盐；雨季前在防涝蓄雨深度（46m），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（0.51m）,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，23m的减少了77，46m的增加了53。19861988年地下水埋深，春季3月在2.783.73m，汛前6月在4.485.03m，汛后9月在1.152.95m，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（2.55m）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2.54.5m范围内，每降深1m，降雨入渗补给地下水量增加226mm。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1.12.5m，次降雨量和前期影响雨量（PPa）=156244mm，径流深R=1847mm。19841987年，PPa=88236mm，R=030mm。80年代同70年代相比，地下水埋深增大了1.62.0m，在PPa=160230mm条件下，R减少了1724mm。雨前地下水埋深在15m范围，每降深1m，地表径流减少1225mm。1987年降水736mm