肇州縣地下水動態影響因素分析

李治軍，李 鐸，胡仁強，趙 悅

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

中國水資源嚴重短缺，特別是北方糧食主產區水資源供需矛盾尖銳[1]。近年來，隨著經濟社會的發展，各省市對水資源的需求量更是在不斷增加[2]。我國容易開發的水資源多已被利用，受用水量和調水成本的限制，農業需水對地下水依賴程度越來越強[3]；另一方面，農業生產用水效率低和缺水程度加劇的現實，要求我們必須加快發展現代節水高效農業，提高農田水的糧食轉化能力，解決我國用水安全和糧食安全問題[4]。黑龍江省的糧食與農業土地資源豐富，是我國的商品糧基地。全省糧食產量達到全國糧食產量的1/9，面積約1.6×107hm2；但是區域農業土地的水資源畝均占有量僅為338 m3，僅為全國平均水平的1/3，全省用水主要為農業用水，占到89.6%以上，現代農業的快速發展加劇了對水資源的需求量。肇州縣位于黑龍江省西南部，地表水資源量較少，農業以及生產生活用水主要依靠開采地下水。隨著肇州縣農業的發展，對農田灌溉的需水量不斷增大，致使對地下水開采量逐年加大,破壞地下水均衡。在未來可預見的一定時期內，地下水將是肇州縣供水的主要來源。對地下水的合理開發、加強保護，并做到可持續利用，是一項重要而艱巨的任務[5]。

對于肇州縣地下水資源，李巖[6]通過計算與評價，指出肇州縣的灌區需水量遠大于地下水開采量，必須合理的開采地下水并采取節水措施和擴建水源地才能保證肇州縣的正常用水。齊鵬[7]依據地下水監測井數據分析指出肇州縣的區域含水層邊界為強開放邊界，表明逐年增長的地下水開采量是肇州縣地下水埋深增加的關鍵性因素。據相關文獻顯示，關于肇州縣地下水方面的文獻大多集中在地下水安全評價與優化管理、地下水安全開采量等方面，對于肇州縣地下水的承載力分析也有部分文獻涉及，但關于肇州縣地下水動態的研究較少。鑒此，本文選用了肇州縣2000—2012年的降水、蒸發、地下水開采，以及地下水觀測等資料分析肇州縣地下水動態影響因素，以期增加對肇州縣地下水位動態變化規律的了解，為地下水資源可持續利用和保護提供重要的參考依據。

1 研究區概況

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交界，南部與肇源縣接壤，北部與安達市相連。全縣面積2445 km2。肇州縣屬于低山丘陵平原區，海拔高度在134～578 m之間，平均海拔150 m左右，農業區平均海拔167 m左右。全縣境內為沖積性平原，地勢較為平坦。肇州縣地處于中高緯度地帶，屬于大陸性季風氣候，四季冷暖干濕變化分明。春、秋季多風少雨，夏季高溫多雨，冬季氣候寒冷干燥[8]。

肇州縣的經濟產業以農業為主，農業人口所占比例達到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。由于肇州縣地表無江河，所以農業用水來源主要為開采地下水，肇州地區的水文氣象條件和水源條件決定了該區農業種植種類，為松嫩平原中典型的旱田作物。肇州縣所處地區氣候干燥，尤其在春季和初夏降水量小，蒸發強度大，地表水資源主要來源于大氣降水，全區境內賦存地下水，對地下水的觀測數據分析發現，研究區地下水徑流流向為東北向西南，地下水的徑流方向與松遼盆地區域方向基本一致。

2 區域地下水循環特征

2.1 地下水補給

肇州縣的地下水補給以垂向補給為主，以側向補給為輔。肇州縣地下水的垂向補給主要為大氣降水和地表水體入滲補給潛水，潛水通過弱透水層越流補給承壓水。在肇州縣內的第4系的覆蓋物大面積暴露于地表或者上覆層很薄，所以在研究區內直接受大氣降水及地表水入滲補給。在豐水期內可通過地表水入滲對地下水進行直接補給。肇州縣的含水層邊界大都屬于強開放邊界含水層，具有良好的透水性，并且外部環境與含水層有著較強的水力聯系，肇州縣上游方向的地下水通過強開放邊界地下側向過流斷面入滲進行側向補給。

2.2 地下水排泄

受到人類活動的影響，研究區內的地下水排泄主要有三種方式：人類開采、蒸發排泄和側向流出。人類開采是肇州縣地下水排泄的主要途徑，肇州縣水資源的開發利用主要集中在地下水資源的開發，地下水人工開采主要用于生活用水、農田灌溉和生產用水等。 潛水蒸發也是肇州縣淺層地下水排泄的重要途徑，且蒸發量的大小與強度均受到當地地形地貌、氣象條件以及潛水埋藏深度的影響。地下水的儲存量在受到蒸發和人工開采的消耗下，剩余的儲存量通過排泄邊界向下游側向流出。

3 地下水動態影響因素分析

地下水動態是在自然和人為因素影響下，地下水水位、水溫、水量和水質等隨時間的變化過程[9]。地下水位的動態變化，是反映含水層中地下水資源量變化的一個指標。地下水位的上升、下降可直接反映地下水補給和排泄量的變化[10]。地下水動態產生的原因主要是由于地下水補給與排泄不均衡引起的，研究地下水動態的影響因素是為了了解地下水變化趨勢、變化幅度以及人類活動對地下水系統影響程度[11]，有利于地下水資源的合理規劃、利用，為旱灌區的水資源評價和經濟發展提供參考[12]。

根據肇州縣實際情況，肇州縣地下水動態影響因素大體可以分為兩類：氣候因素和人為因素，其中氣候因素主要有大氣降水、蒸發等；而人為因素主要為人工開采等。

3.1 降水量

大氣降水作為肇州縣地下水的主要補給源，對地下水的影響是最為直接的。大氣降水通過影響徑流進而影響地下水位的動態變化，當降水量增多時，地下水通常會受到大氣降水的補給，反之，當降水量減少時，地下水位會受到缺少降水、徑流的補給以及更多的開采的影響。根據研究區實測的降水量資料，編制肇州縣多年降水量統計表(見表1)，結合地下水動態數據繪制了2000—2012年肇州縣降水量對地下水水位的影響曲線圖(見圖1)。

表1 肇州縣多年降水量統計表 mm

圖1 2000—2012年肇州縣降水量對地下水水位的影響曲線圖

通過表1、圖1可以得出，研究區多年(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，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，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，并且肇州縣降水量有著微弱的下降趨勢，所以降水量可作為影響地下水動態的因素之一。

3.2 地下水開采量

肇州縣因其境內無天然江河，所以主要的生活生產用水都通過開采地下水獲取。根據研究區實測資料，編制肇州縣多年地下水開采量統計表(見表2)，結合地下水動態數據繪制了2000—2012年肇州縣地下水開采量對地下水水位的影響曲線圖(見圖2)。

表2 肇州縣多年地下水開采量統計表 萬m3

圖2 2000—2012年肇州縣地下水開采量對地下水水位的影響曲線圖

從表2、圖2可以得出，研究區多年平均開采量為5627萬m3，年最小開采量為2000年4641萬m3，

年最大開采量為2012年6593萬m3。隨著全縣經濟與農業逐步發展，從而導致地下水開采量逐年增大，地下水水位呈現明顯的整體下降趨勢。通過分析得到，引起地下水水位呈下降趨勢的關鍵性因素為逐年增大的地下水開采量，所以地下水開采量是影響地下水動態的因素之一。

3.3 蒸發量

肇州縣屬于干旱、半干旱季風氣候，且區域內水面和沼澤濕地較為發育，降水量小，蒸發強度大。根據實側資料編制肇州縣多年蒸發量統計表(見表3)，結合地下水動態數據繪制肇州縣蒸發量對地下水水位的影響曲線圖(見圖3)。

表3 肇州縣多年蒸發量統計表E601 mm

圖3 肇州縣蒸發量對地下水水位的影響曲線圖

從表3、圖3可以得出，研究區多年平均蒸發量為866.9 mm，年最小蒸發量為2000年的697.1 mm，年最大蒸發量為2012年的1020.6 mm。從肇州縣長期的觀測數據來看，該縣的蒸發量年際變化幅度不大，比較均衡，但蒸發量總體呈上升趨勢，在一定程度上增大了肇州縣地下水排泄量，導致地下水水位呈整體下降的趨勢，所以蒸發量是影響肇州縣地下水動態的因素之一。

4 結 論

通過水文氣象、自然地理等方面對肇州縣的區域概況進行了梳理，并對肇州縣的水文地質條件以及地下水補給、徑流、排泄條件進行了分析，得出肇州縣的循環特征為：地下水補給以垂向補給為主，以側向補給為輔；地下水排泄方式主要為地下水開采、潛水蒸發與側向排出。

通過對肇州縣2000—2012年的降水、蒸發、地下水開采等觀測資料，系統的分析了降水量、開采量以及蒸發量對于地下水動態的影響，得出肇州縣的降水量、開采量和蒸發量是影響肇州縣地下水動態的關鍵因素。