摘 要：阐述了淮河平原区浅层地下水高效利用关键技术研究的项目背景、国内外研究现状，提出了研究目标与任务、各专题的研究内容以及预期取得的成果。
关键词：淮河平原区；浅层地下水；高效利用；关键技术
中图分类号 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）15-140-03
Research on the Key Technology of Efficient Utilization of Shallow Underground Water in the Huaihe Plain Area
Wang Bing
（Anhui Huai River Water Resources Research Institute，Anhui Key Laboratory of Water Conservancy and Water Resources，Bengbu 233000，China）
Abstact：The key technologies on efficient use of under ground water in plain of Huaihe river were studied in this paper. And then research target，contents and the expected results were defined，and these could provide the direction for the project.
Key words：Huaihe plain area；Shallow underground water；Efficient utilization；Key technology
1 项目背景
1.1 目的意义 随着国民经济的快速发展，淮河流域非农业用水量急剧增加，水资源日趋紧缺。针对淮河流域平原区地势平坦，排水缓慢，易成涝渍、降水时空分布不均、旱灾多发等特点，如何提高地下水利用量，减少地下水的不当排泄量，减少农业灌溉频次与用水量，节约水资源，显得越来越重要。系统研究农作物生长过程中适宜地下水埋深，研究地下水埋深分布及其对灌溉的影响，科学调控地下水埋深，提高浅层地下水利用率，促进地下水高效利用，确保流域粮食安全有着的重要意义。
1.2 流域概况 淮河流域面积27万km2，该区域气候温和，降雨量适中，土层深厚，光照充足，农业生产条件优越，是我国重要的粮、棉、油生产基地和商品粮基地。淮河以北属暖温带区，以南属北亚热带区，全区年平均气温11～16℃，无霜期200～240d；多年平均降水量883mm，降水量年际变化大、年内分布不均，最大年雨量为最小年雨量的3～4倍，汛期（6～9月）降雨量占全年降水量的50%～80%；多年平均水面蒸发量900～1 500mm。淮河流域年均水资源量为835亿m3，人均水资源占有量500m3/人，仅为全国人均水资源量的20%左右，平均667m2水资源量不足400m3，属水资源严重短缺地区。水资源与土地资源、人口数量和社会经济发展极不协调，已成为流域经济社会可持续发展的制约性因素之一。
水作为基础性的自然资源和战略性的经济资源，对区域社会经济发展具有重要的意义和作用，水安全问题是淮河流域必须优先解决的问题。区域浅层地下水高效利用关键技术研究就是其中的重要课题之一。
2 国内外研究现状
2.1 国外研究现状 随着水资源的日益短缺，世界各国均对水文学基本理论、水资源开发利用、节约保护等一系列问题进行了广泛深入的研究，如“四水转化”水文模型，水资源高效利用一系列理论，节水灌溉理论与技术等。国内外学者对适宜地下水埋深、地下水埋深对作物生长的影响、地表水与地下水联合调度、水文地质参数的研究与确定、地下水资源评价方法与理论等也都进行了广泛深入的研究，国外更加注重对地下水资源保护与水质管理。19世纪主要是基本理论与实验，20世纪随着计算机技术的发展与应用，更侧重对各种水文过程的数字模拟与精确分析计算。在研究手段方面，则采用不同口径不同埋深的地中蒸渗仪、土壤水份探测仪、地下水位自记仪、远传水位计等先进设备，进行高精度模拟试验研究。
2.2 国内现有工作基础 目前，我国对地下水埋深及其与农作物生长的关系做过相关研究，取得了一些研究成果。扬州大学、安徽省水利科学研究院、淮委水文局等单位在淮河流域可持续发展评价及诊断预警、淮河流域水资源可持续利用、淮河流域浅层地下水开发利用现状评价、淮河流域能量与水分循环和气象水文预报、平原区四水转化数值计算模型研究、浅层地下水利用保护等方面开展过一些研究，并取得了一些阶段性成果，但不够系统。本次从地下水埋深方面，大尺度、全流域地研究地下水利用与节水灌溉问题，在国内外尚未发现有类似的研究。
3 研究目标与任务
3.1 研究目标 通过研究，形成较为完善的区域浅层地下水高效利用关键技术，减少地下水的不当排泄量与农业灌溉用水量，推进区域地下水的高效、可持续利用。具体目标包括以下几个方面：（1）探明流域主要农作物生长和旱涝均衡治理适宜的地下水埋深，提高灌溉效率，促进地下水高效利用；（2）针对该区现状地下水埋深分布特点，明确地下水埋深调整思路；（3）研究地下水埋深调控技术，为河沟拦蓄工程调控的科学运用提供技术支撑。
3.2 研究任务 （1）主要农作物生长适宜的地下水埋深研究：收集已有的实验资料及相关研究成果，并通过专项试验研究，探讨淮河流域平原区主要农作物生长的适宜地下水埋深。专项试验拟采用砂姜黑土和黄潮土两种土壤，种植大豆、玉米、小麦等主要旱作物，通过对地下水埋深的控制进行对比试验，得出大豆、玉米、小麦等主要农作物在砂姜黑土和黄潮土地区的适宜地下水埋深。（2）旱涝均衡治理适宜的地下水埋深研究：将淮河流域平原区划分为若干典型片区，分区计算不同频率暴雨产水量，并根据农作物总体种植结构、农作物耐淹指标，推定合适的农田除涝工程标准；根据区域水系排水出路，在综合考虑上下游、左右岸排水工程标准的基础上，调整不合适的区域农田排水标准；根据排水工程水文效应，计算田块平均地下水埋深；根据区域气象干旱规律，确定分区旱涝均衡治理适宜的地下水埋深。（3）地下水埋深对灌溉的影响研究：收集历史相关干旱年份灌溉资料和相应的地下水埋深资料，结合“主要农作物生长适宜的地下水埋深研究”成果，分析不同地下水埋深对灌溉用水量的影响，并进行专项试验研究，探明砂姜黑土区和黄潮土区主要农作物不同地下水埋深对灌溉用水量的影响。（4）淮河流域平原区地下水埋深调控技术研究：根据淮河流域平原区地下水补排特点及流域各省浅层地下水埋深现状观测数据，利用GIS数字成图技术，分季节绘制现状地下水埋深分布图，在“旱涝均衡治理适宜的地下水埋深研究”的基础上，确定地下水埋深分区调整方案，研究地下水埋深调控的关键技术，开发新型拦蓄调控装置和设施。（5）河沟蓄水工程对地下水调控作用研究：研究河道地表水与地下水补排关系，根据地下水埋深调整分布图，制定河沟调蓄工程调控管理方案。
4 专项课题研究
4.1 主要农作物生长适宜的地下水埋深研究
4.1.1 实验设计 拟在安徽省水利水资源重点实验室进行，在充分利用已有的各种设施设备的基础上，通过本项目的实施，补充、添置部分必需的设施设备进行专项试验，并结合流域内4省已有的相关试验资料，利用砂姜黑土和黄潮土两种土壤，分别种植大豆、玉米、小麦等淮河流域平原区主要旱作物，通过对地下水埋深的控制进行对比试验。
4.1.2 研究内容 根据专项试验资料，分析淮河平原区大豆、玉米、小麦等主要农作物在砂姜黑土和黄潮土地区的适宜地下水埋深。
4.2 代表性典型区旱涝均衡治理适宜地下水埋深研究
4.2.1 典型区划分原则 降雨径流与农业旱涝灾害的分布特点受气候、地形、水资源条件和农业生产状况等多种因素影响，降雨径流大小及其对农业生产影响的评估需分区进行。分析计算的分区依据以下基本原则：①考虑气候和水资源特点，使分区基本能够体现干旱分布规律；②考虑农业类型，使旱情评估能够为农业生产服务；③考虑行政分区，使旱情和旱灾的统计和评估具有可操作性。
4.2.2 研究内容 在合理划分的基础上，选择代表性典型区，分区计算不同频率暴雨产水量，并根据区域农作物总体种植结构、农作物耐淹指标，推定合适的农田除涝工程标准；根据代表性典型区区域水系排水出路，在综合考虑上下游、左右岸排水工程标准的基础上，调整不合适的区域农田排水标准；根据排水工程的水文效应，计算代表性典型区分区平均地下水埋深；根据区域气象干旱规律，确定代表性典型区分区旱涝均衡治理适宜地下水埋深。
4.3 地下水埋深对灌溉的影响研究
4.3.1 试验设计 在充分利用已有的各种设施设备的基础上，补充、添置部分必需的设施设备进行专项试验，并结合流域内4省已有的相关试验资料，利用砂姜黑土和黄潮土两种土壤，分别种植大豆、玉米、小麦等淮河流域平原区主要旱作物，通过对地下水埋深的控制进行对比试验，测定不同旱作物与不同地下水埋深的灌溉用水量。
4.3.2 研究内容 根据区域相关调查资料与专项试验资料，结合“主要农作物生长适宜地下水埋深研究”成果，分析不同地下水埋深对灌溉用水量的影响，建立地下水埋深对灌溉用水量影响的关系模型，探明砂姜黑土区和黄潮土区主要农作物种植不同地下水埋深对灌溉用水量的影响。
4.4 地下水埋深调控技术研究 收集地下水补排特点及流域各省浅层地下水埋深现状观测数据，利用GIS数字成图技术，分区绘制雨季和旱季现状地下水埋深分布图，在“旱涝均衡治理适宜地下水埋深研究”的基础上，确定地下水埋深分区调整方案，研究地下水埋深调控的关键技术，开发新型拦蓄调控装置和设施。
4.5 河沟蓄水工程对地下水调控作用研究
4.5.1 水土资源调查 调查内容包括淮河流域主要农作物种植情况，地下水埋深的变化规律等水文资料，砂姜黑土和黄潮土等土壤类型和土壤物理化学性质，降雨、蒸发、蒸腾等气象资料。
4.5.2 建立河沟水位与农田地下水位关系数学模型 利用土壤、水分、大气和植物整合模型，根据当地实际资料进行模型参数拟定和验证，反映河沟蓄水工程对控制区域地下水补给和排除的动态过程。
4.5.3 河沟蓄水工程控制装置和控制设施研究 在通过控制排水沟中水位进行田间水位管理时，需要在控制区域农田排水沟出口建立控制排水设施，对控制设施进行适时管理和控制。农田土壤中水分与排水沟中水分在不同时间和空间的相互流动，都是由于排水沟中的水位与农田地下水位之间存在落差引起的，因此通过控制排水沟水位实现调整农田地下水位是可行的。控制堰高度的原则，一方面应有利于作物的生长，对不同作物以及作物不同的生长阶段，应控制地下水位以保持作物根系层土壤有良好的通气性；另一方面应尽可能减少排水量，充分利用雨水资源。
使用可调式排水沟出口控制堰排水，比非控制排水更能维持农田较高的地下水位，土壤嫌气环境能够降低地下水和土壤水中硝态氮的浓度，在降低排水中可溶性氮、磷浓度的同时减少了排水量，从而有效地减少农田氮、磷的流失。
4.5.4 河沟蓄水工程控制技术研究 河沟蓄水工程对地下水的调控技术和调控装置作用原理：由于排水沟中的水位升降，直接影响到排水沟之间农田的浅层地下水位的升降，因而，通过河沟蓄水工程调控排水沟中的水位，从而实施对地下水位的控制。由于在排水沟出口处建控制闸门或控制堰，排水沟上游的排水沟系是连通的，升高出口控制水位，整个控制区域的排水沟系水位上升，则引起整个控制区域的农田浅层地下水位上升；相反，降低出口处控制水位，则整个控制区域的排水沟系水位下降，整个控制区域的农田浅层地下水位相应下降。也就是说农田浅层地下水位的深度由排水沟中水位控制，农田地下水位即地下水埋深调控，可以通过升降排水沟出口处水位高度来实现。因此，排水沟出口处水位高度的确定，受地下水埋深、土壤类型、降雨和蒸发、排水沟的尺寸大小、作物生长阶段等诸多因素的影响，应综合考虑。
5 预期成果
通过本项目研究，力争取得淮河平原区主要农作物生长及旱涝均衡治理适宜的地下水埋深、地下水埋深对灌溉用水量的影响、地下水埋深调控技术以及河沟蓄水工程调控管理方案等系列成果，形成较为系统、具有地区特色的淮河平原区浅层地下水高效利用的关键技术体系。
参考文献
[1]安徽淮北地区浅层地下水资源调查评价[R].安徽省·水利部淮委水利科学研究院，2004.
[2]刘昌明.水量转化的若干问题[M].北京：科学出版社，1988：3-21.
[3]曹建生，张万军.微灌节水技术与机理研究[J].节水灌溉，2000（6）：5-7. （责编：陶学军）