宋壽鵬，楊 濤，康衛(wèi)東

（1.同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系，上海200092；2.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，石家莊050031；3.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，西安710029）

引水回滲一般應(yīng)具備4個(gè)基本條件［1］：一是有利于地表水引滲的場(chǎng)所，二是有可供引滲的水源，三是有可用于蓄水的地下空間，四是有良好的地下水開采條件。

靖邊縣北部風(fēng)沙灘地區(qū)地處毛烏素沙漠南緣與黃土丘陵的過渡地區(qū)［2］；其枯竭的海則是良好的地表水引滲場(chǎng)所；干涸海則的四周分布諸多河流和地表水庫，能為引水回滲提供洪水水源；厚度達(dá)50m以上的砂性地層，以第四系潛水為主，而地下水大量開采所形成了大厚度包氣帶，提供了蓄水空間；北部風(fēng)沙灘地區(qū)是農(nóng)灌分散開采地下水和水源地集中開采地下水的重要地區(qū)，其地下水的開采條件良好。

在四柏樹海則野外回滲試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，著重分析了引水回滲對(duì)區(qū)域水環(huán)境改善的可能性，并輔以數(shù)值模擬相論證。因此，人工引水回滲，對(duì)防止淡水資源枯竭和水質(zhì)惡化，對(duì)防止生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步惡化以及改善沙漠灘地區(qū)人居環(huán)境等具有重要意義［3］。

1 研究方法

1.1 四柏樹海則引水回滲試驗(yàn)介紹

四柏樹海則現(xiàn)已完全干涸，其地形整體東高、西低。據(jù)布設(shè)的18個(gè)探坑揭露，地形較高處的地下水位埋深1～2.2m，地形較低處的地下水位埋深0.5－0.6m（圖1）。滲坑選擇在四柏樹海則地形低洼的西北角，坑內(nèi)最低點(diǎn)的地下水位埋深僅0.255m。

因滲坑附近既無地表水源、也無水井可供利用，故采用打井抽取地下水作為回滲水源，抽水井（編號(hào)ZK1）位于滲坑西北方向，井深30m，在抽水井與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的連線上布設(shè)了兩個(gè)觀測(cè)孔（編號(hào)為G1、G2），兩觀測(cè)孔孔深均為10m，含水層為細(xì)砂層，地下水位埋深3m。

圖1 四柏樹海子回滲試驗(yàn)滲坑地形等值線圖

回滲試驗(yàn)歷時(shí)367.6h，注水入坑（抽水）歷時(shí)5 h；采用連續(xù)恒定流量注水（即定流量抽水），注水入坑（抽水）流量8.62m3／h，5h入坑水量43.12m3；試驗(yàn)期最大集水面積為319m2。

由圖2－4可知ZK1孔抽水80min后兩個(gè)觀測(cè)孔水位趨于穩(wěn)定，停抽26min后G1觀測(cè)孔水位完全恢復(fù)，停抽126min后G2觀測(cè)孔水位完全恢復(fù)。根據(jù)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得參數(shù)見表1，計(jì)算的含水層滲透系數(shù)K為6.8m／d，抽水試驗(yàn)影響半徑R為74m。

圖2 抽水試驗(yàn)觀測(cè)孔水位降深

圖3 抽水試驗(yàn)G1觀測(cè)孔水位恢復(fù)

圖4 抽水試驗(yàn)G2觀測(cè)孔水位恢復(fù)

表1 四柏樹海則ZK1孔抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其成果

由圖5、圖6的ZK1孔抽水期間以及停抽后的滲坑水位上升與下降曲線可知，滲坑水位開始急劇上升，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)上升速率變緩，反映后期注水量的增加主要表現(xiàn)為滲坑水面積的增加，水層厚度增加較慢；滲坑水位下降總體比較平穩(wěn)，有先快后慢的趨勢(shì)，但變化不大，反映水滲失比較穩(wěn)定；回滲試驗(yàn)至24日有較強(qiáng)降水匯入坑中，使坑水位有明顯幅度的上升。抽水期間入滲強(qiáng)度為0.31m3／（d·m2），停抽后入滲強(qiáng)度開始為0.02m3／（d·m2），最后穩(wěn)定在0.01m3／（d·m2）。滲坑早期入滲強(qiáng)度大于晚期入滲強(qiáng)度，可能與初入滲坑的水有相當(dāng)一部分濕潤(rùn)干燥的土壤有關(guān)，顯然穩(wěn)定后的入滲強(qiáng)度對(duì)模擬引水回灌具有很好的代表性。

圖5 抽水期間滲坑水位上升曲線

圖6 ZK1孔停抽后滲坑水位下降曲線

1.2 雙環(huán)滲水試驗(yàn)

為獲取四柏樹海則各處地表土層入滲參數(shù)的變化情況，在四柏樹海則洼地內(nèi)均勻布設(shè)了10處地點(diǎn)進(jìn)行雙環(huán)滲水試驗(yàn)，滲水穩(wěn)定時(shí)間大于2h。

綜合上述滲水試驗(yàn)的成果，以坑滲試驗(yàn)后期的入滲強(qiáng)度計(jì)算值，作為四柏樹海子引水回灌的入滲參數(shù)是可靠的。

1.3 四柏樹海則引水回滲分析

四柏樹海則近似一個(gè)圓形洼地，東高西低，平均深度1～2m。由圖7可知，洼地圈閉的總面積為54 281m2，洼地底部面積為42 623m2；洼地區(qū)入滲強(qiáng)度取坑滲試驗(yàn)的結(jié)果為0.01m3／（d·m2）；洼地區(qū)全部被水淹沒后的入滲量為426m3／d，如果全年被水淹沒，則年入滲量為16萬m3。

圖7 四柏樹海則形狀及滲坑位置圖

靖邊縣多年平均降水量396.1mm，多年平均蒸發(fā)度1 835mm，蒸發(fā)折算系數(shù)取0.58，四柏樹海則全年被水淹沒的年純蒸發(fā)量約為3萬m3。

四柏樹海則年平衡引水量為最大入滲量與純蒸發(fā)量之和，年平衡引水量為19萬m3，保證四柏樹海則全年有水的最小引水注入量確定為20萬m3／a。

2 引水回滲數(shù)值模擬及其效果分析

建立包含四柏樹和煉油廠兩個(gè)水源地以及四柏樹海則與楊家灣水庫區(qū)的地下水?dāng)?shù)值模型，將四柏樹海則最小引入量作為注水井加入模型中，預(yù)測(cè)現(xiàn)狀開采水平下未來30a地下水位變化趨勢(shì)及四柏樹海子引水回滲引起的地下水位升幅變化。

預(yù)測(cè)結(jié)果表明，模型區(qū)地下水位整體趨勢(shì)沒有發(fā)生太大的變化，四柏樹海則中心處形成封閉的降落漏斗，北部風(fēng)沙灘地區(qū)地下水位略有所升高；四柏樹海則水位升幅大于1m，北部風(fēng)沙灘地區(qū)水位升幅為0.4～0.6m。

3 引水回滲的環(huán)境效應(yīng)分析

綜合考慮靖邊縣境內(nèi)地表水資源的質(zhì)量、數(shù)量、開發(fā)利用條件，水庫多年平均可利用量為2 908萬m3／a，保證率90%的可利用量為1 922萬 m3／a。在水資源開發(fā)利用規(guī)劃中，是以保證率90%的可利用量進(jìn)行規(guī)劃的，所以正常年份多于保證率90%的可利用量的那部分水資源量即可作為回灌水源加以利用，考慮到豐、平、枯水年的交替變化以及提高引水的可靠性度等因素，可按50%折算可利用的引滲水量。據(jù)此算得水庫可利用的引滲水量為493萬m3／a。

四柏樹海則引水回滲模擬預(yù)測(cè)表明，引水注入量20萬m3／a，入滲補(bǔ)給地下水量16萬m3／a，可增加海則面積42 623m2。水庫可利用的引滲水量為493萬m3／a，入滲水量為約290萬m3／a，可回滲海子面積約1km2。可見，引水回滲是對(duì)整個(gè)地區(qū)的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的一種有效的改善途徑。

4 結(jié)論

通過野外試驗(yàn)，綜合分析了引水回滲后對(duì)四柏樹海則環(huán)境的影響。研究結(jié)果表明：

（1）通過野外回滲試驗(yàn)取得可靠的引水回滲入滲系數(shù)0.01m／d，并計(jì)算出保證四柏樹海則全年有水的最小引水注入量確定為20萬m3／a。

（2）建立地下水?dāng)?shù)值模型后，預(yù)結(jié)果表明，模型區(qū)地下水位整體趨勢(shì)沒有發(fā)生太大的變化，北部風(fēng)沙灘地區(qū)地下水位略有所升高；四柏樹海則水位升幅大于1m，北部風(fēng)沙灘地區(qū)水位升幅為0.4～0.6m。

（3）對(duì)其他25個(gè)與四柏樹海則類似的海則而言，使地下水采補(bǔ)平衡良性方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)綠洲生態(tài)的恢復(fù)和人居環(huán)境的改善，引水回滲無疑是整個(gè)地區(qū)環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的一種有效的改善途徑。

致謝：文中部分?jǐn)?shù)據(jù)由陜西省地勘局908水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)提供，在此表示感謝！

［1］ 朱思遠(yuǎn)，田軍倉，李全東.地下水庫的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.節(jié)水灌溉，2008（4）：23－27.

［2］ 王瑋，馬思錦，郭洪鈞.四柏樹水源地三維水文地質(zhì)數(shù)值模擬中的參數(shù)最優(yōu)估計(jì)［J］.地下水，2003，25（3）：141－146.

［3］ 王瑋，馬思錦，陳建敏.四柏樹水源地保護(hù)區(qū)劃分研究［J］.人民黃河，2008，30（3）：48－49.