李治軍，李 鐸，胡仁強(qiáng)，趙 悅

(1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

中國(guó)水資源嚴(yán)重短缺，特別是北方糧食主產(chǎn)區(qū)水資源供需矛盾尖銳[1]。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，各省市對(duì)水資源的需求量更是在不斷增加[2]。我國(guó)容易開(kāi)發(fā)的水資源多已被利用，受用水量和調(diào)水成本的限制，農(nóng)業(yè)需水對(duì)地下水依賴(lài)程度越來(lái)越強(qiáng)[3]；另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水效率低和缺水程度加劇的現(xiàn)實(shí)，要求我們必須加快發(fā)展現(xiàn)代節(jié)水高效農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)田水的糧食轉(zhuǎn)化能力，解決我國(guó)用水安全和糧食安全問(wèn)題[4]。黑龍江省的糧食與農(nóng)業(yè)土地資源豐富，是我國(guó)的商品糧基地。全省糧食產(chǎn)量達(dá)到全國(guó)糧食產(chǎn)量的1/9，面積約1.6×107hm2；但是區(qū)域農(nóng)業(yè)土地的水資源畝均占有量?jī)H為338 m3，僅為全國(guó)平均水平的1/3，全省用水主要為農(nóng)業(yè)用水，占到89.6%以上，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展加劇了對(duì)水資源的需求量。肇州縣位于黑龍江省西南部，地表水資源量較少，農(nóng)業(yè)以及生產(chǎn)生活用水主要依靠開(kāi)采地下水。隨著肇州縣農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對(duì)農(nóng)田灌溉的需水量不斷增大，致使對(duì)地下水開(kāi)采量逐年加大,破壞地下水均衡。在未來(lái)可預(yù)見(jiàn)的一定時(shí)期內(nèi)，地下水將是肇州縣供水的主要來(lái)源。對(duì)地下水的合理開(kāi)發(fā)、加強(qiáng)保護(hù)，并做到可持續(xù)利用，是一項(xiàng)重要而艱巨的任務(wù)[5]。

對(duì)于肇州縣地下水資源，李巖[6]通過(guò)計(jì)算與評(píng)價(jià)，指出肇州縣的灌區(qū)需水量遠(yuǎn)大于地下水開(kāi)采量，必須合理的開(kāi)采地下水并采取節(jié)水措施和擴(kuò)建水源地才能保證肇州縣的正常用水。齊鵬[7]依據(jù)地下水監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析指出肇州縣的區(qū)域含水層邊界為強(qiáng)開(kāi)放邊界，表明逐年增長(zhǎng)的地下水開(kāi)采量是肇州縣地下水埋深增加的關(guān)鍵性因素。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)顯示，關(guān)于肇州縣地下水方面的文獻(xiàn)大多集中在地下水安全評(píng)價(jià)與優(yōu)化管理、地下水安全開(kāi)采量等方面，對(duì)于肇州縣地下水的承載力分析也有部分文獻(xiàn)涉及，但關(guān)于肇州縣地下水動(dòng)態(tài)的研究較少。鑒此，本文選用了肇州縣2000—2012年的降水、蒸發(fā)、地下水開(kāi)采，以及地下水觀測(cè)等資料分析肇州縣地下水動(dòng)態(tài)影響因素，以期增加對(duì)肇州縣地下水位動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的了解，為地下水資源可持續(xù)利用和保護(hù)提供重要的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

肇州縣地處黑龍江省西南部，松花江以北，松嫩平原的腹地，東部與肇東市相鄰，西部與大慶市大同區(qū)交界，南部與肇源縣接壤，北部與安達(dá)市相連。全縣面積2445 km2。肇州縣屬于低山丘陵平原區(qū)，海拔高度在134～578 m之間，平均海拔150 m左右，農(nóng)業(yè)區(qū)平均海拔167 m左右。全縣境內(nèi)為沖積性平原，地勢(shì)較為平坦。肇州縣地處于中高緯度地帶，屬于大陸性季風(fēng)氣候，四季冷暖干濕變化分明。春、秋季多風(fēng)少雨，夏季高溫多雨，冬季氣候寒冷干燥[8]。

肇州縣的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)以農(nóng)業(yè)為主，農(nóng)業(yè)人口所占比例達(dá)到78%。全縣耕地面積約1.48×105hm2，主要種植作物為玉米、土豆、高粱、小麥等。由于肇州縣地表無(wú)江河，所以農(nóng)業(yè)用水來(lái)源主要為開(kāi)采地下水，肇州地區(qū)的水文氣象條件和水源條件決定了該區(qū)農(nóng)業(yè)種植種類(lèi)，為松嫩平原中典型的旱田作物。肇州縣所處地區(qū)氣候干燥，尤其在春季和初夏降水量小，蒸發(fā)強(qiáng)度大，地表水資源主要來(lái)源于大氣降水，全區(qū)境內(nèi)賦存地下水，對(duì)地下水的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)地下水徑流流向?yàn)闁|北向西南，地下水的徑流方向與松遼盆地區(qū)域方向基本一致。

2 區(qū)域地下水循環(huán)特征

2.1 地下水補(bǔ)給

肇州縣的地下水補(bǔ)給以垂向補(bǔ)給為主，以側(cè)向補(bǔ)給為輔。肇州縣地下水的垂向補(bǔ)給主要為大氣降水和地表水體入滲補(bǔ)給潛水，潛水通過(guò)弱透水層越流補(bǔ)給承壓水。在肇州縣內(nèi)的第4系的覆蓋物大面積暴露于地表或者上覆層很薄，所以在研究區(qū)內(nèi)直接受大氣降水及地表水入滲補(bǔ)給。在豐水期內(nèi)可通過(guò)地表水入滲對(duì)地下水進(jìn)行直接補(bǔ)給。肇州縣的含水層邊界大都屬于強(qiáng)開(kāi)放邊界含水層，具有良好的透水性，并且外部環(huán)境與含水層有著較強(qiáng)的水力聯(lián)系，肇州縣上游方向的地下水通過(guò)強(qiáng)開(kāi)放邊界地下側(cè)向過(guò)流斷面入滲進(jìn)行側(cè)向補(bǔ)給。

2.2 地下水排泄

受到人類(lèi)活動(dòng)的影響，研究區(qū)內(nèi)的地下水排泄主要有三種方式：人類(lèi)開(kāi)采、蒸發(fā)排泄和側(cè)向流出。人類(lèi)開(kāi)采是肇州縣地下水排泄的主要途徑，肇州縣水資源的開(kāi)發(fā)利用主要集中在地下水資源的開(kāi)發(fā)，地下水人工開(kāi)采主要用于生活用水、農(nóng)田灌溉和生產(chǎn)用水等。 潛水蒸發(fā)也是肇州縣淺層地下水排泄的重要途徑，且蒸發(fā)量的大小與強(qiáng)度均受到當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?、氣象條件以及潛水埋藏深度的影響。地下水的儲(chǔ)存量在受到蒸發(fā)和人工開(kāi)采的消耗下，剩余的儲(chǔ)存量通過(guò)排泄邊界向下游側(cè)向流出。

3 地下水動(dòng)態(tài)影響因素分析

地下水動(dòng)態(tài)是在自然和人為因素影響下，地下水水位、水溫、水量和水質(zhì)等隨時(shí)間的變化過(guò)程[9]。地下水位的動(dòng)態(tài)變化，是反映含水層中地下水資源量變化的一個(gè)指標(biāo)。地下水位的上升、下降可直接反映地下水補(bǔ)給和排泄量的變化[10]。地下水動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的原因主要是由于地下水補(bǔ)給與排泄不均衡引起的，研究地下水動(dòng)態(tài)的影響因素是為了了解地下水變化趨勢(shì)、變化幅度以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水系統(tǒng)影響程度[11]，有利于地下水資源的合理規(guī)劃、利用，為旱灌區(qū)的水資源評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供參考[12]。

根據(jù)肇州縣實(shí)際情況，肇州縣地下水動(dòng)態(tài)影響因素大體可以分為兩類(lèi)：氣候因素和人為因素，其中氣候因素主要有大氣降水、蒸發(fā)等；而人為因素主要為人工開(kāi)采等。

3.1 降水量

大氣降水作為肇州縣地下水的主要補(bǔ)給源，對(duì)地下水的影響是最為直接的。大氣降水通過(guò)影響徑流進(jìn)而影響地下水位的動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)降水量增多時(shí)，地下水通常會(huì)受到大氣降水的補(bǔ)給，反之，當(dāng)降水量減少時(shí)，地下水位會(huì)受到缺少降水、徑流的補(bǔ)給以及更多的開(kāi)采的影響。根據(jù)研究區(qū)實(shí)測(cè)的降水量資料，編制肇州縣多年降水量統(tǒng)計(jì)表(見(jiàn)表1)，結(jié)合地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)繪制了2000—2012年肇州縣降水量對(duì)地下水水位的影響曲線圖(見(jiàn)圖1)。

表1 肇州縣多年降水量統(tǒng)計(jì)表 mm

圖1 2000—2012年肇州縣降水量對(duì)地下水水位的影響曲線圖

通過(guò)表1、圖1可以得出，研究區(qū)多年(2000—2012年)平均年降水量為411.4 mm，年最大降水量為2005年642.8 mm，年最小降水量為2001年236.4 mm。降水量年際變化較大。在

2004—2005年間肇州縣年降水量上升了260.2 mm，與此同時(shí)，地下水水位上升了1.0 m，在2005—2006年間肇州縣年降水量下降了359.2 mm，與此同時(shí)，地下水水位下降了0.9 m。受降水量影響，地下水水位年際變化較大，且總體水位呈降低的趨勢(shì)，并且肇州縣降水量有著微弱的下降趨勢(shì)，所以降水量可作為影響地下水動(dòng)態(tài)的因素之一。

3.2 地下水開(kāi)采量

肇州縣因其境內(nèi)無(wú)天然江河，所以主要的生活生產(chǎn)用水都通過(guò)開(kāi)采地下水獲取。根據(jù)研究區(qū)實(shí)測(cè)資料，編制肇州縣多年地下水開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)表(見(jiàn)表2)，結(jié)合地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)繪制了2000—2012年肇州縣地下水開(kāi)采量對(duì)地下水水位的影響曲線圖(見(jiàn)圖2)。

表2 肇州縣多年地下水開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)表 萬(wàn)m3

圖2 2000—2012年肇州縣地下水開(kāi)采量對(duì)地下水水位的影響曲線圖

從表2、圖2可以得出，研究區(qū)多年平均開(kāi)采量為5627萬(wàn)m3，年最小開(kāi)采量為2000年4641萬(wàn)m3，

年最大開(kāi)采量為2012年6593萬(wàn)m3。隨著全縣經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)逐步發(fā)展，從而導(dǎo)致地下水開(kāi)采量逐年增大，地下水水位呈現(xiàn)明顯的整體下降趨勢(shì)。通過(guò)分析得到，引起地下水水位呈下降趨勢(shì)的關(guān)鍵性因素為逐年增大的地下水開(kāi)采量，所以地下水開(kāi)采量是影響地下水動(dòng)態(tài)的因素之一。

3.3 蒸發(fā)量

肇州縣屬于干旱、半干旱季風(fēng)氣候，且區(qū)域內(nèi)水面和沼澤濕地較為發(fā)育，降水量小，蒸發(fā)強(qiáng)度大。根據(jù)實(shí)側(cè)資料編制肇州縣多年蒸發(fā)量統(tǒng)計(jì)表(見(jiàn)表3)，結(jié)合地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)繪制肇州縣蒸發(fā)量對(duì)地下水水位的影響曲線圖(見(jiàn)圖3)。

表3 肇州縣多年蒸發(fā)量統(tǒng)計(jì)表E601 mm

圖3 肇州縣蒸發(fā)量對(duì)地下水水位的影響曲線圖

從表3、圖3可以得出，研究區(qū)多年平均蒸發(fā)量為866.9 mm，年最小蒸發(fā)量為2000年的697.1 mm，年最大蒸發(fā)量為2012年的1020.6 mm。從肇州縣長(zhǎng)期的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，該縣的蒸發(fā)量年際變化幅度不大，比較均衡，但蒸發(fā)量總體呈上升趨勢(shì)，在一定程度上增大了肇州縣地下水排泄量，導(dǎo)致地下水水位呈整體下降的趨勢(shì)，所以蒸發(fā)量是影響肇州縣地下水動(dòng)態(tài)的因素之一。

4 結(jié) 論

通過(guò)水文氣象、自然地理等方面對(duì)肇州縣的區(qū)域概況進(jìn)行了梳理，并對(duì)肇州縣的水文地質(zhì)條件以及地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件進(jìn)行了分析，得出肇州縣的循環(huán)特征為：地下水補(bǔ)給以垂向補(bǔ)給為主，以側(cè)向補(bǔ)給為輔；地下水排泄方式主要為地下水開(kāi)采、潛水蒸發(fā)與側(cè)向排出。

通過(guò)對(duì)肇州縣2000—2012年的降水、蒸發(fā)、地下水開(kāi)采等觀測(cè)資料，系統(tǒng)的分析了降水量、開(kāi)采量以及蒸發(fā)量對(duì)于地下水動(dòng)態(tài)的影響，得出肇州縣的降水量、開(kāi)采量和蒸發(fā)量是影響肇州縣地下水動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵因素。