水利工程論文-華北平原有咸水區雨洪控制利用摘要：華北平原有咸水區，水資源短缺，深層地下水嚴重超采，生態環境惡化。在這個地區開發利用咸水，騰出地下庫容，能夠減少潛水蒸發與雨洪徑流，增大降雨入滲，把時空分布不均的天然降雨轉化為可利用的水資源。該文總結了農村用微咸水灌溉，抗旱增產，調控地下水埋深，增大雨洪回灌，淡化地下水質的經驗。提出了城區雨洪控制利用的建議。關鍵詞：有咸水區咸水開發利用調控地下水埋深減少雨洪徑流增大降雨入滲1大氣降水與四水轉化特點黃河以北的華北平原，屬季節性干旱半濕潤大陸性季風氣候區。大氣降水到達地面后，在下墊面條件共同作用下，一部分形成地表水，一部分滲入到土壤，在重力作用下，其中一部分形成了地下水，大部分被攔截成為土壤水。大氣水、土壤水、地下水、地表水在一定條件下相互轉化（圖1）。大氣降水與四水轉化關系有以下特點：1.1年際降水量變化大華北平原多年平均降水量500600mm。氣候為過渡帶，降水很不穩定，降水量年際變化很大。常有連豐、連枯水年，豐、枯水年交替。少水年，降水可小于400mm，呈現半干旱甚至干旱地區特點。多水年，降水量可大于800mm，呈現濕潤氣候特點。海河東部平原南皮縣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），最大與最小相差4.5倍。1.2年內降水集中干濕季分明在季風氣候影響下，降雨集中在夏季（7、8月份），其余時間為旱季。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）雨量較少，分別占全年降水量的11和13；冬季（12月2月）雨量稀少，僅占2。形成春旱夏澇、秋冬又旱、旱澇交替的特點。1.3蒸發量大于降水量據德州、新鄉、安陽、保定、南皮等氣象站分析，全年蒸發量與降水量之比為3.13.9。南皮多年平均蒸發量2138.6mm，為年降水量的3.9倍。最大年蒸發量2659.2mm。冬春兩季的蒸發量最大，為降水量的1638倍。1.4四水轉化運動以垂向排補為主華北平原地勢平坦，大部分平原地下水水力坡降都很小，含水層巖性顆粒較細，地下水、土壤水水平向運動很小，水分運動和交換主要是豎向入滲補給、土壤蒸發、潛水蒸發和人工開采排泄。降雨和灌溉入滲量約占平原淺層地下水總補給量的84，若計入河渠側向補給，豎向補給量達94。總排泄量中人工開采和潛水蒸發的豎向排泄量達99.4。1.5包氣帶是四水轉化的主要場所多年平均降水量的8轉化為地表徑流，20.6轉化為淺層地下水，71.4轉化為包氣帶土壤水，若計入潛水蒸發量，則由包氣帶向大氣轉化的水量約為降水量的78左右。2開發地下咸水灌溉，增大雨洪利用華北平原東部廣泛分布有2g/L的淺層地下咸水（圖2），總面積8.39萬km2。地下咸水長期棄置不用，占據著淺層地下水的地層空間，影響這個地區蓄納雨水及地表淡水，而且蒸發濃縮，成為土地鹽堿的根源。這個地區長期以來靠開采深層地下水支撐工農業生產，由于嚴重超采，已引起地面沉降、上部咸水層下移、深層地下水質變差等生態環境問題。為了克服水資源嚴重短缺對農業生產的威脅，自上世紀70年代開始開發微咸水發展灌溉。在季風氣候及排水條件下，用微咸水灌溉的連作小麥、玉米，比不灌的旱作可增產12倍，而并未發生土壤積鹽，地下水還有所淡化。80年代應用咸水灌溉成果，引進聯合國IFAD貸款，建立南皮農業開發項目區，建設機井灌渠排溝，大面積開發咸水，使灌溉面積增加一倍，鹽堿地面積改好一半，農業產值及人均收入翻了兩番。華北地區已開發利用咸水6.6億m3,其中河北平原為3億m3。咸水大量開發利用，改變了四水轉化條件，使大氣降水更多地轉化為可利用的水資源。開發利用咸水，所以能夠增大雨洪利用，綜合治理旱澇堿咸，促使生態環境良性循環。這是由于：2.1調控地下水埋深在臨界動態地下水埋深動態是大氣降水、地表水、土壤水、地下水之間消長轉化的集中反映。調控合理的地下水埋深，是增大雨洪利用的關鍵。不同季節需要調控的地下水埋深臨界動態：旱季在防治鹽堿的地下水臨界深度（23m），盡量減少潛水蒸發，防止土壤返鹽；雨季前在防澇蓄雨深度（46m），盡量增大降雨入滲，減少地表徑流，增強伏雨洗鹽及淡化地下水的作用；雨季在作物的抗濕深度（0.51m）,即在2日內將降雨形成的地表積水排出,并將因降雨抬高的地下水位回降到作物抗濕深度以下（圖3）。大量開發利用咸水，騰出地下庫容,能夠調控地下水埋深在臨界動態。南皮項目區建立前地下水年開采量600萬m3,建項目區后到1987年達到1380萬m3。汛前6月地下水埋深至1988年全部調控在3m以下，與1985年同期比較，23m的減少了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，已調控到地下水臨界動態指標（圖4）。2.2減少潛水蒸發潛水蒸發量與地下水埋深密切相關。在輕砂壤土地區，地下水埋深為1m時，其潛水蒸發量大于地下水埋深為2.5m時的6倍。調控地下水埋深在臨界動態，可以大量減少潛水蒸發。南皮項目區按19841986年平均水位埋深計算可采量為433.85萬m3，而按19861988年地下水埋深調控在臨界動態（2.55m）計算可采量為1322.39萬m3，即可從潛水蒸發中奪取888.54萬m3可利用的水資源。2.3增大降雨入滲降雨滲入地下，除補給土壤水外，其余轉化為地下水成為可利用的水資源。在平水年雨季降水434mm情況下，降雨入滲補給地下水量最大值相應的雨季前埋深在4.5m左右。在雨季前地下水埋深2.54.5m范圍內，每降深1m，降雨入滲補給地下水量增加226mm。雨季前地下水埋深大于4.5m時，降雨入滲將隨埋深增大而減少。在枯水年及豐水年，降雨入滲補給最大值相應雨季前埋深分別在5.5m及4m左右（表1，圖5）。南皮項目區地下水埋深處于臨界動態，增大了降雨入滲對地下水的補給。1986年10月至1987年9月，1987年10月至1988年9月，降雨入滲系數分別達到25和21。19861987年盡管由于雨季前干旱，大量開采地下水，但經過雨季降雨補充，地下水位上升1.75m，扣除當年開采及潛水蒸發水量，可采量模數增加85230m3/km2/a，為秋季及來年春季抗旱增補了地下水源。2.4減少徑流流失春季抗旱灌溉，大量提取淺層地下水包括微咸水，能在雨季前騰出地下庫容，增大降雨入滲，減少地表徑流，預防漬澇災害發生。同時使天然降雨盡多地轉化為可利用的水資源。觀測研究表明，徑流量隨地下水位下降而減少。19741977年，雨季前地下水埋深在1.12.5m，次降雨量和前期影響雨量（PPa）=156244mm，徑流深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條件下，R減少了1724mm。雨前地下水埋深在15m范圍，每降深1m，地表徑流減少1225mm。1987年降水736mm