论鸭河口水库水资源平衡及供水目标环境影响
目录
1 鸭河口水库概况
2 取水水库水资源平衡分析
3 供水目标环境影响分析
3.1 新野县自然地理及地质概况
3.2 灌区基本情况及需水量
3.3 发展井灌对地下水位的影响
3.4 发展井灌对地下水水质的影响
3.5 发展井灌对土壤次生盐渍化的影响
3.6 地下水资源可持续利用建议
[关键词] 水资源平衡 供水目标 替代工程 地下水水位 地下水水质 土壤次生盐渍化
1 鸭河口水库概况
鸭河口水库地处伏牛山及其支脉五朵山环抱的山陵之中,坝址在南召县东台头村鸭河入白河的交汇口处,上距南召县城35km,下距南阳市38km,距焦枝铁路4km。鸭河口水库属多年调节大型水库,水库控制流域面积3030km2,最高库水位时水库面积110km2,洄水长度25km,直接入库河流有6条,最大河流为白河,其次有鸭河、留山河、黄鸭河、松河、空山河等。水库汇流区多年平均降雨量800mm左右,其中70%集中在6~9月份。据统计,多年平均入库径流量为10.93亿m3,50%年径流量为9.73亿m3,75%年径流量为6.12亿m3。鸭河口水库原有调度运用是以防洪、灌溉为主,兼顾工业及城市用水,并结合水利发电、水产养殖、旅游等。1996年随着《南阳市中心城区总体规划》的实施,鸭河口水库被划为南阳市饮用水源地,其功能相应调整为以城市供水为主。
2 取水水库水资源平衡分析
鸭河口水库建库时规划功能仅为防洪与灌溉,在80年代除险加固工程设计时,将水库供水结构进行了调整,除农业用水外,计划分别向鸭河口电厂和城市各供水3500万m3/a。供水保证率按用水户的不同要求进行控制,电厂用水为97%,城市用水为90%~95%,农业用水为50%~60%。供水首先满足电厂及城市用水,最后是农业用水。鸭河口水库供水现状见表现状情况下由鸭河口水库直接灌溉的面积为199.8万亩,本工程一期工程设计供水能力为12.5万m3/d,年需水3500万m3,由于已列入计划内供水,调整用水结构后灌溉面积不变;本工程二期工程设计供水能力为12.5万m3/d,总规模达到25万m3/d,年需水增加3500万m3。为保证城市供水,灌溉面积则降低为191.5万亩。综上所述,南阳市城市供水工程一期不会造成鸭河口水库供水失衡,但二期工程完工后,将对鸭河口水库水资源平衡造成一定影响,即在传统灌溉模式前提下,为保证工业用水和本工程用水,农业灌溉面积将减少8.3万亩。
3 供水目标环境影响分析
由于南阳市城市供水工程的兴建,鸭河口水库将减少农灌面积8.3万亩,根据《占用农业灌溉水源补偿办法》的有关规定,应对减少的农灌面积投资兴建相应的等效替代工程,以确保市建设与农业灌溉的协调发展。替代工程的选择确定,要以因地制宜、切实可行为原则。考虑到鸭河口灌区范围内地下水储量丰富的优势,南阳市初步决定在渠灌的远端,即新野县境内,以井灌代替现在的渠灌。但是,开采地下水可能会造成区内地下水位下降,继而形成地下水降落漏斗,引起地面沉降以及地下水水质恶化等问题。本文就新野县境内发展井灌对地下水的影响进行研究。
3.1 新野县自然地理及地质概况
气象、水文新野县属亚热带半湿润气候,据新野县气象站多年统计资料,区内年平均降水量可达800mm以上,历史上曾有全年降水量多达1322mm的记录。从年内降水量分配情况来看,多集中于年中时段,占全年降水量的一半以上。区内有白河自城区西北向南蜿蜒流过,在城区北有老白河汇入白河干流。白河常年流量为150m3/s,枯水季节流量8m3/s,最大洪水流量6210m3/s。白河是境内低缓平原地下水的补排路径。
地质、地貌新野县位于南阳盆地的中心,属于秦岭褶皱带之东延部分。区域地层主要为元古界变质岩和新生界沉积岩层。元古界变质岩为片岩系,巨厚,与太古界成不整合接触。新生界由老至新,依次为老第三系、新第三系(上新统)、第四系。其中,老第三系厚度巨大,不整合元古界基底之上,主要为砂岩、泥岩等;新第三系主要为泥岩、砂砾岩互层,与老第三系呈不整合接触,一般厚达500m;第四系为更新统加全新统平原组,一般厚90m,为棕黄、灰黄色粘土层及砂砾层。新野县境内地貌形态大体可分为低缓平原与岗地两大类型,鸭河口水库灌区绝大部分位于低缓平原区内。
水文地质条件由于新野位于南阳盆地中心,处于大气降水下渗径流汇集地,因而县境内蕴藏着丰富的地下水。境内含水岩系为新生代沉积层,其中以第四系更新统及上更新统湖积层含水性能最好,主要分布在低缓平原区,埋深2m以下。其岩性主要为黄色亚粘土、粘土及粉细砂、中粗砂互层结合,含水层由2~3层砂层组成,总厚度约8~12m。该含水层组贴近地表,由于地表岩性多松散,孔隙发育,故易于接受大气降水直接入渗,按其水力特征可归结为松散孔隙潜水。本次替代工程拟自该含水层中取水。
富水性新野县分为极富水区和强富水区两个区域:极富水区:分布在白河以东、老白河以南的广大地区。含水层岩性为中砂或粗砂,在100m范围内有砂层4~6层,砂层总厚度22~40m,多连续分布,局部为透镜状,其形状东西部偏高,中部偏低,南北向近于水平。其厚度均大于20m,局部大于40m。单井出水量按降深10m计算,大于150m3/h。本次替代工程涉及到的灌区初步选在极富水区。强富水区:呈南北长条状,降深5m时,单井出水量可达75m3/h。
地下水补给来源、排泄方式本区地下水的主要来源为大气降水入渗,其次为地表水渗漏、农田灌溉回渗与深层地下水超流域补给等。区内地下水排泄方式有地表蒸发、植物蒸腾、人工开采及地下径流,主要排泄方式为人工开采。
3.2 灌区基本情况及需水量
灌区基本情况新野县鸭河口水库灌区设计灌溉面积94.06万亩,目前有效灌溉面积28.22万亩,主要分布在唐白河流域,灌区年均用水量855万m3。本次替代工程涉及到的灌区总面积为8.3万亩,主要分布在白河•40•第29卷第1期 潘轶敏等•鸭河口水库水资源平衡及供水目标环境影响研究 2004年2月流域。
灌区需水量替代工程涉及到的灌区以旱作物为主,作物种植结构比例为小麦0.70,玉米0.60,棉花0.30,水稻0.10,复种指数为1.70,渠系利用系数为0.45。灌区代表作物的灌溉定额见表3。根据灌区代表作物灌溉定额,结合作物种植结构、复种指数、渠系利用系数,经过计算,当P=75%时,灌区需水量为3689万m3/a,当P=50%时,灌区需水量为2850万m3/a。考虑到新野县年降雨量较丰富,较少遭遇旱灾,并类比新野现有井灌地区用水量,研究认为本次替代工程涉及到的灌区年均用水量取2850万m3比较适宜。
3.3 发展井灌对地下水位的影响
地下水位下降的主要原因:一是过量开采。地下水开采量长期大于地下水可开采资源(开采含水层的天然补给量),地下水系统的天然均衡遭到破坏,造成地下水位在区域或局部的持续下降。即是在空间上和时间上集中使用地下水及地下水资源管理不善所产生的恶果;二是对开发区水文地质条件的认识与地下水资源评价不符合实际情况;三是一些人为因素造成水文地质条件的改变。在开采地下水的作用下,改变或破坏了含水层的补给关系,使水文地质条件变得更加复杂。经分析认为,本次替代工程发展井灌,每年约开采2850万m3地下水,使开采区一定范围的地下水位在开采期有所下降,但不会导致开采区及附近地下水位的持续下降。这主要是因为替代工程不是集中开采地下水。灌区仅是根据灌溉制度和农作物生长情况,在作物生长周期的某些特定阶段抽取地下水,每次抽水持续时间短,年内大部分时间属于停采状态。从新野县气象条件和水文地质条件来看,灌区内降雨量丰富,水文地质条件优越,含水层结构松散、孔隙度大、透水性好,而且灌区内有白河穿过,在年内长时间的停采期间,特别是汛期,丰富的大气降水以及河、渠的垂直入渗补给完全可以补偿所开采的2850万m3地下水量。
3.4 发展井灌对地下水水质的影响
发展井灌对地下水水质的影响包括两个方面,一是由于抽取地下水加大了地表水的补给速率,如果地表水被污染,就会影响地下水水质;二是由于地下水的过量开采可能导致由于矿体、矿化地层及其他自然因素发生变化而引起地下水某些组分富集或贫化现象,使井水水质总硬度、总碱度不断提高。第一类影响的特点是污染物随着被污染的地表水不断地经包气带渗入含水层,主要污染潜水层。它对地下水污染程度的大小,主要取决于包气带的地质结构、物质成分、厚度以及渗透性能等因素。一般说来,颗粒细小紧密、渗透性差,则污染慢;反之,颗粒粗大松散、渗透性能良好,则易受污染。本次替代工程涉及到的灌区地表岩性多松散,孔隙发育,易受污染。因此应采取有效措施防止此类污染的发生。防止的根本途径是治理污染源。当地环保部门应该严格地以法律为依据,按照”清洁生产、达标排放”的原则对各排污企业进行管理,不仅要保证各污染源达标排放,更要尽量减少企业在现有经济、技术条件下的排污量。另外,对排污沟渠也应采取措施,禁止向渗井、渗坑排放污水,防止地下水污染蔓延。第二类影响易发生在地下水资源严重缺乏及地下水过量开采的地区,而本次替代工程涉及到的灌区地下水资源丰富,并且不存在过量开采的问题,因此,评价认为灌区地下水水质不易发生第二类变化。但为了防患于未然,应设观测井对该区地下水水质进行监测,以便发现问题,及时采取措施。
3.5 发展井灌对土壤次生盐渍化的影响
根据研究资料表明,土壤积盐存在一个临界的潜水埋深(称为临界深度),当潜水位在临界深度以下时,则不存在土壤积盐现象,也就不会发生土壤盐渍化;当潜水位在临界深度以上时,由于存在潜水蒸发量,故存在土壤积盐现象。潜水位距地面越近,蒸发愈强烈,土壤积盐速度愈快,因而土壤盐渍化也越•41•严重。积极开发浅层地下水,适当降低地下水位,使其稳定在返盐水位以下,即地下水临界深度以下,有利于防止土壤次生盐碱化的产生。对于盐碱地,由于浅层地下水位下降,可以使其脱盐变为良田。以河北省为例,该地区在1980年盐碱地改良面积占原有盐碱地面积的比重仅为17%左右,以后由于适度开采区内浅层地下水,至1995年,盐碱地改良面积所占比重提高到了62%,而且目前尚未改造好的盐碱地也基本成为轻度盐碱地。本次替代工程涉及到的灌区由于白河侧渗以及丰富的降水量,地下水埋深较浅,易发生土壤次生盐渍化。因此,替代工程的实施,适度地降低地下水位,能有效地防止区域土壤次生盐渍化问题。
3.6 地下水资源可持续利用建议
为了减少灌溉用水量,保证区内水资源的可持续利用,灌区应该发展节水灌溉新技术,即用最少量的水投入,取得尽可能多的农作物产量。灌溉用水由水源到被作物吸收利用,一般要经历从水源到田间的输水、储存在田间转化为土壤水、经作物根系吸收通过生理活动到形成产量这三个过程。在这个过程中,水的损失可分为三部分:①水从水源到田间入口过程中的输水损失;②水进入田间后的储水损失,包括深层渗漏和田间蒸发;③水从作物根系到形成产量过程中的储水损失,主要是无效蒸腾。节水灌溉就是通过采取各种相关技术与方法,将水从水源到被作物吸收利用全过程的损失减少到最低限度。评价从以下灌溉的各个环节提出相应的节水措施,以最大限度地提高水的利用率和利用效益,保护地下水资源。
对灌区实施渠系防渗衬砌,减少渠系渗漏统计资料表明,对灌渠实施渠系防渗衬砌后,可使渠系水利用系数提高0.2~0.4,减少渠道输水损失50%~90%。我国已取得混凝土衬砌、塑料薄膜衬砌、现浇混凝土U型渠防渗和机械化施工等成功经验,并提出复合防渗、季节型冻区采用梯形渠道坡角抛物线形断面等措施,以改善渠道衬砌防渗性能。该项技术在我国已经成熟,并已得到大面积的推广。
积极发展喷、微灌技术喷、微灌是当今最先进的节水灌溉技术,与传统地面灌溉方法相比,一般可节水30%~50%,增产10%~30%,并且还具有省工、省地、不受地形限制等许多优点。若本次替代工程涉及到的灌区灌溉方式由地面灌溉改为喷、微灌方式,按平均节水30%计,每年可节水855万m3,节水效益显著。
平整田地、开展田间工程改造据资料表明,地面灌溉用水损失中,因田间工程不配套,耕地不平整等引起的用水损失约占30%左右,说明田间节水有较大潜力。近年来,我国北方不少省、市、自治区都很重视田间工程改造工作,收到节水又增产的良好效果。因此,评价建议灌区因地制宜开展田间工程改造、平整土地、减少深层渗漏,以提高灌水均匀度,减少用水损失。
重视节水农业技术的应用各种节水工程只有与相应的节水农业技术相结合,才能发挥综合优势,达到节水、高产、优质、高效的最终目标。常用的节水型农业技术措施包括抗旱节水品种、秸秆覆盖、少耕免耕、节水增产栽培、农业结构调整等,这些措施都具有投资少、节水增产效果显著、技术成熟等特点。
加强灌溉用水管理工程是基础,管理是关键,严格而有效的管理能极大的提高灌溉效益。广西近年因重视节水灌溉管理而节水25亿m3,增产稻谷7亿kg,相当于增加耕地2.333万hm2。
[摘要] 根据鸭河口水库功能及供水现状,对预测年南阳市供水工程建成投产后鸭河口水库水资源平衡进行了计算,分析替代工程兴建对地下水水位、水质、土壤次生盐渍化的影响,并提出了地下水资源可持续利用对策措施与建议。
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