黃河沖積平原灌溉回滲系數研究

袁錫泰，龔曉潔，余長合，李 娜

(1.河南省地質礦產勘查開發局第一水文地質工程地質隊，河南 鄭州 450045;2.河南省地質調查院，河南 鄭州 450001)

黃河沖積平原灌溉回滲系數研究

袁錫泰1，龔曉潔2，余長合1，李 娜2

(1.河南省地質礦產勘查開發局第一水文地質工程地質隊，河南 鄭州 450045;2.河南省地質調查院，河南 鄭州 450001)

在黃河下游沖積平原，劃分不同的包氣帶巖性組合，通過野外灌溉回滲試驗，科學合理地確定灌溉回滲系數，為平原區淺層地下水資源評價中重要的補給項——農田灌溉回滲量的準確計算提供依據。

農田灌溉;回滲系數;包氣帶;巖性組合

在進行平原區淺層地下水資源評價時，農田灌溉回滲量是一項重要的補給量。科學合理地確定灌溉回滲系數，對正確計算灌溉回滲量、提高平原區地下水資源評價精度具有重要意義。

以往關于灌溉回滲系數的研究，多局限于個別地段。在選取灌溉回滲系數時，往往要參照相鄰或相似地段資料或經驗值，因而具有一定的隨意性，降低了水資源計算精度。鑒于此，本文對黃河沖積平原區(河南部分)包氣帶巖性結構特征進行了研究，將其歸納為三種典型的結構類型，在此基礎上，選擇有代表性的三個地段進行現場灌溉回滲試驗，同時結合已有的成果資料進行分析總結，確定其灌溉回滲系數。

1 包氣帶結構模式的確定

黃河沖積平原區(河南部分)受黃河多次泛濫改道的影響，沉積了巨厚的第四系松散堆積物。包氣帶巖性以粉砂、粉土、粉質粘土為主，一般厚度2～10 m。根據其結構、巖性、組合方式的差異，將包氣帶巖性結構歸納為三種典型的結構類型:單層結構型、雙層結構型、多層結構型。

單層結構型:廣泛分布于黃河沖積平原區，巖性以粉土為主，厚度4～6 m，其中內黃東部一帶巖性為粉砂，厚度6～10 m，呈近南北向條形展布。

雙層結構型:分布于豫北平原的柳青河以北的部分地區及河道帶兩側，包氣帶巖性組合為粉土+粉質粘土或粉土+粉砂，厚度4～10 m。

多層結構型:零星分布于延津、封丘一帶，巖性組合方式為粉土+粉砂+粉土或粉質粘土+粉土+粉砂，厚度6～10 m。

2 灌溉回滲試驗

2.1 試驗場地的選擇及基本情況

在試驗場地選擇過程中，采用測繪、鉆探及室內實驗等手段調查了包氣帶巖性及組合方式，同時根據不同包氣帶結構類型、不同水位埋深、不同植被類型等，結合灌溉水源及環境等影響因素，確定了三個有代表性的試驗區(各區平面布置見圖 1、2、3)，基本情況如下:

試區①:長方形，東西長 108 m，南北寬 17 m，總面積1 836 m2，植被為小麥青苗。試區內外共有觀測孔8眼。包氣帶巖性為:0～1.7 m 為粉土，1.7～3.12m 為粉砂(未揭穿)，水位埋深3.12 m。為雙層結構型，灌溉水源為井水。

試區②:長方形，南北長 54.5 m，東西寬 21.5 m，總面積1 171.75 m2，為菜地。試區內外共有觀測孔10眼。包氣帶巖性為:0～1 m為粉砂，1～2.4 m為粉土(未揭穿)，水位埋深2.15 m。為雙層結構型，灌溉水源為井水。

試區③:長方形，南北寬 44.5 m，東西長 60 m，總面積2 670 m2，種植作物為大豆，試區內外共有觀測孔10眼。包氣帶巖性為:0 ～0.2 m 為粉質粘土，0.2 ～2.4 m 為粉土，2.4～8.5 m 為粉砂，8.5 ～15.3 m 為粉土，水位埋深 8.87 m。為多層結構型，灌溉水源為井水。

為便于計算，在布置觀測孔時，均呈“十”字型通過試區中心布置二條觀測線并延伸到試區外一定距離，試區中心及各邊都布有觀測孔，觀測孔數量以能控制試區內外水位為依據。為消除區域水位變化的影響，各試區均布置了外圍觀測孔。

2.2 灌溉回滲試驗

2.2.1 試驗前的準備工作

試驗前，各試區均進行了孔組非穩定流抽水試驗和雙環滲水試驗，分別求取了水位變動帶給水度及垂向滲透系數，預測了自灌水開始后的水位抬升時間。

一般于試驗前3 d開始觀測試區自然水位，待水位穩定后即進行輸水灌溉，灌水定額參考當地農灌實際澆地用水量，灌溉水源為試區外圍民井。灌水后及時進行水位觀測，觀測頻率為每2小時1次，區域觀測每天2次。

2.2.2 試驗過程

試區①、②觀測結果見表1、表2，試區③由于水位埋深較大，歷時26 d未觀測到灌溉回滲影響。

2.3 灌溉回滲試驗成果

2.3.1 回滲系數計算方法

回滲系數計算采用水位上升值法，即根據各觀測孔水位上升高度繪制地下水浸潤曲線，計算出灌溉回滲量(Qh)，然后除以總灌溉水量(Qz)，求得灌溉回滲系數(β)。其中灌溉回滲量包括試區內儲存量(Qc)和試區外擴散量(Qs)二部分，計算公式為:

式中:Δh為試區內平均水位升幅(m);R為試區各邊擴散距離(m);A為試區各邊邊長(m);Δh'為試區各邊水位升幅(m)

2.3.2 試驗成果

試區①:根據表1水位觀測資料繪制地下水浸潤曲線，得到各邊擴散距離見表3。

表1 試區①灌水前后水位變化表

表2 試區②灌水前后水位變化表

表3 灌水后各邊擴散距離

則計算出灌溉回滲量 =9.117 3 m3，灌溉回滲系數=8.29﹪

試區②:根據表2水位觀測資料繪制地下水浸潤曲線，得到各邊擴散距離見表3。

則計算出灌溉回滲量 =13.67 m3，灌溉回滲系數=11.02﹪

試區③包氣帶巖性以粉質粘土、粉土為主，水位埋深大于8 m，經過26 d延續觀測，未觀測到灌水回滲影響，推測灌溉回滲系數小于5﹪。

將本次試驗成果與已有資料匯總于表4。

表4 灌溉回滲系數選值表

由上表可以看出，對于砂性土類，如粉土或粉土+粉砂等，在灌溉定額為80～40 t/畝、水位埋深＜2 m、2～4 m和＞4 m時，井灌回滲系數取值范圍分別為 0.30 ～0.15、0.15 ～0.10 和0.10 ～0.05，渠灌回滲系數取值范圍分別為 0.30 ～0.20、0.20～0.10和 0.10～0.05;對于粘性土類如粉質粘土 +粉土等，在灌水定額80～60 t/畝、水位埋深＜4 m、4～8 m和＞8 m時，井灌回滲系數分別為 0.15 ～0.10、0.10 ～0.05、0.05 ～0，渠灌回滲系數分別 0.20 ～0.10、0.10 ～0.05、0.05 ～0。

2.3.3 影響因素分析

根據本次試驗資料及前人取得成果分析，灌溉回滲系數的大小與灌區植被、土質、水位埋深、灌水定額等關系密切，尤其受土質及水位埋深影響較大，總體來看有以下規律:

①在包氣帶巖性、水位埋深、灌水定額相同時，植被越密，回滲系數越小;

②在水位埋深及灌水定額相同時，巖性顆粒越粗，回滲系數越大;

③同一地段，灌溉回滲系數隨灌水定額增加而增大;

④在巖性、灌水定額等相同時，埋深越大，回滲系數越小;

⑤埋深小于4 m時，在同一地段，地表水灌溉回滲系數略大于井灌回滲系數;

⑥同一地段，灌溉回滲系數一般小于降水入滲系數。

3 結語

本次試驗對河南省黃河沖積平原區面積大、分布范圍廣泛的包氣帶巖性結構進行了總結，并概括為三種具有代表性的結構類型;通過試驗確定了黃河下游沖積平原(河南部分)在不同條件下的灌溉回滲系數取值范圍，選擇的試驗地段具有區域代表性，其成果可作為本區灌溉回滲系數選取的依據并可為相似條件地區參考。

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1004－1184(2012)05－0169－02

2012－07－20

袁錫泰(1969－)，男，河南鄢陵人，工程師，主要從事水質檢測方面工作。