長(zhǎng)江中游四湖地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)與潛在威脅分析

長(zhǎng)江中游四湖地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)與潛在威脅分析

通過大壩建設(shè)對(duì)水庫(kù)和長(zhǎng)江中心、下游甚至河口周圍生態(tài)環(huán)境的影響非常復(fù)雜。長(zhǎng)江中游平原地區(qū),包括江漢平原、洞庭湖和鄱陽湖區(qū),自然資源豐富,開發(fā)歷史悠久,是我國(guó)糧棉油和多種經(jīng)濟(jì)作物的重要生產(chǎn)基地。但該地區(qū)地勢(shì)低洼,湖泊眾多,河流縱橫,洼地相間,大小湖泊星羅棋布。致使該地區(qū)土壤潛育化沼澤化十分普遍,成為限制該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的一個(gè)重要因素。中國(guó)科學(xué)院受國(guó)家科委委托,組織有關(guān)單位科技人員,從“六五”至“八五”期間,針對(duì)長(zhǎng)江對(duì)中游沿岸平原地下水動(dòng)態(tài)影響、土壤潛育化沼澤化的形成、發(fā)展趨勢(shì)以及綜合改良措施等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,為今后三峽工程開發(fā)和治理提供科學(xué)依據(jù)和途徑。1影響土壤潛育化—長(zhǎng)江對(duì)中游平原湖區(qū)地下水動(dòng)態(tài)影響定位觀測(cè)三峽水庫(kù)建成動(dòng)行后,由于1～4月水庫(kù)下泄流量增加,壩下長(zhǎng)江中游水位將調(diào)高1～1.5m,這就有可能抬高沿江平原的地下水位,進(jìn)而加重沿江平原地區(qū)土壤潛育化—沼澤化。但究竟能使地下水位抬高多少?影響范圍有多大呢?在影響土壤潛育化沼澤化的眾多因素中,長(zhǎng)江的影響占多大比重呢?我們選擇了長(zhǎng)江中游四湖地區(qū)作重點(diǎn)研究區(qū)域。通過地質(zhì)勘察和長(zhǎng)期地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè),查肖了長(zhǎng)江與承壓水有著密切的水力聯(lián)系,承壓水與潛水亦有密切聯(lián)系。我們進(jìn)一步選擇了不同的分析方法,對(duì)龍口地區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)江水位、承壓水位、潛水位、降水量和蒸發(fā)量長(zhǎng)達(dá)5～6年的觀測(cè)資料進(jìn)行了分析。并對(duì)不同方法得出的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。1.1承壓水與開壓水間的聯(lián)系經(jīng)線性相關(guān)分析得出的結(jié)果為:其中:S為觀測(cè)點(diǎn)到長(zhǎng)江的距離,單位:km;△H為長(zhǎng)江水位的變化,單位:m;△Y為相應(yīng)的承壓水位的變化。根據(jù)此式,可由長(zhǎng)江水位的變化和距離估算出相應(yīng)的承壓水位的變化。1～4月長(zhǎng)江水位抬高1m,則可使承壓水位在0～0.3km處抬高1～0.22m;在0.30～2.25km處,抬高0.22～0.05m;在2.25～5.25km處,抬高0.05～0.06m;在5.25～7.4km處,抬高0.06m。長(zhǎng)江對(duì)四湖地區(qū)承壓水的影響范圍和強(qiáng)度也可用地下水相對(duì)水位變幅K描述。K即是地下水水位變幅與河流同期的水位變幅的比值,0<K<1。在龍口地區(qū),K值為由此可推知,沿長(zhǎng)江0～2km一帶,即當(dāng)0<S<2km時(shí),K≥0.1,可以認(rèn)為長(zhǎng)江對(duì)承壓水的動(dòng)態(tài)有強(qiáng)烈的影響;當(dāng)2<S≤7.8km時(shí),0.05<K≤0.1,可認(rèn)為有明顯的影響;當(dāng)7.8<S≤21km時(shí),0.02<K≤0.05,仍然有影響;S>21km時(shí),可認(rèn)為基本上沒有影響。承壓水與長(zhǎng)江水位的相關(guān)系數(shù)(判定系數(shù))亦隨著遠(yuǎn)離長(zhǎng)江逐漸減小,從0.906逐漸減小到0.159,說明長(zhǎng)江與承壓水的聯(lián)系程度隨著距離的增大而逐漸變小。相關(guān)分析還表明,在四湖地區(qū)大部分地段,潛水與承壓水的聯(lián)系是相當(dāng)密切的,它們之間有很強(qiáng)的補(bǔ)排關(guān)系。潛水位Y與承壓水位X有簡(jiǎn)單線性相關(guān)關(guān)系:Y=ax+b.如在龍口L12孔組有:Y=0.84x+3.85,L17孔組有:Y=0.75x+6.01;在石碼頭Ⅱ-1孔組有:Y=0.7x+6.92,在Ⅱ-2孔組有Y=0.70x+6.42。1.2峽水庫(kù)運(yùn)行影響承壓水的主要因素為了研究影響地下水動(dòng)態(tài)變化的眾多因素中那一個(gè)是主要的,那一個(gè)是次要的,我們分別對(duì)月平均承壓水位、月平均長(zhǎng)江水位、月降水量、月蒸發(fā)量以及月平均潛水位、月平均承壓水位、月降水量、月蒸發(fā)量作了兩組四變量自回歸分析,建立了相應(yīng)MVAR模型。結(jié)果表明:(1)承壓水對(duì)于模型的最佳階數(shù)均不高于3,即三個(gè)月,表明模型為季節(jié)性模型;同時(shí),在不同地段,影響承壓水位動(dòng)態(tài)變化的主導(dǎo)因素是不同的。在龍口地區(qū),距長(zhǎng)江寬約8km的范圍內(nèi),承壓水動(dòng)態(tài)主要受長(zhǎng)江的補(bǔ)給和水力傳遞;在長(zhǎng)江與內(nèi)荊河之間的中間地帶L6,L7,L8及L12孔一帶,由于地勢(shì)低洼,地下水位長(zhǎng)期過高,且離長(zhǎng)江和內(nèi)荊河相對(duì)遠(yuǎn)些,地下潛水位動(dòng)態(tài)主要受人為影響(如排灌等)的控制,降水、蒸發(fā)和長(zhǎng)江都是較次要的因素;在靠近內(nèi)荊河一帶,內(nèi)荊河的影響是主要的,其次是降水和蒸發(fā)。(2)對(duì)于潛水,除L4-1孔組最佳階數(shù)等于3外,其余各孔組最佳階數(shù)均為1。6個(gè)孔組的計(jì)算結(jié)果均顯示出潛水與承壓水有極強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。綜上所述,用不同方法的分析得出結(jié)論是:(1)長(zhǎng)江對(duì)沿岸平原地下水影響程度隨著距離的增大而逐漸減弱。(2)在不同地段,影響承壓水動(dòng)態(tài)的主導(dǎo)因素是不同的。在沿長(zhǎng)江0～3km一帶,長(zhǎng)江是控制承壓水位的主要因素,降水的影響次之;在3km以遠(yuǎn)的洼地中央地帶,長(zhǎng)江的影響逐漸減弱,降水與蒸發(fā)的直接影響較明顯,主要受人工排灌的控制;而在緊靠?jī)?nèi)荊河一帶,內(nèi)荊河的影響是主導(dǎo)因素。(3)在大部地段,承壓水與潛水的聯(lián)系十分密切。(4)因此,三峽水庫(kù)運(yùn)行后,1～4月長(zhǎng)江水位抬高對(duì)地下水的影響,0～3km一帶影響強(qiáng)烈,3～8km一帶有明顯影響,8～12km一帶影響微弱,21km以遠(yuǎn)無影響。一般影響范圍10～15km。(5)對(duì)承壓水的影響必然涉及到潛水,從而將加重部分地區(qū)的土壤潛育化—沼澤化。2“四水”對(duì)土壤潛育、沼氣影響的評(píng)價(jià)及其發(fā)展趨勢(shì)2.1沼公土水土流失源地洞庭湖和四湖地區(qū)地勢(shì)低平,有許多大小湖泊及其周圍地區(qū)的碟型洼地組成的泛濫平原,由于長(zhǎng)江及其支流每年夾帶大量泥沙在此沉積,加上人類耕墾,促使地面與湖底逐漸淤高,湖泊逐漸封淤,水面縮小,湖泊沼澤化趨勢(shì)明顯,大大減弱了調(diào)蓄能力,澇漬災(zāi)害頻繁,土壤潛育化普遍發(fā)生,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不利的影響。由于受泛濫的影響,地形由沿江河地區(qū)向湖洼地區(qū)逐漸傾斜變低,土壤類型呈有規(guī)律分布,由灰潮土到水稻土,水稻土中有滲育水稻土演化為潴育水稻土,地形低洼、排水不良地段為潛育水稻土,濱湖灘地為沼澤土。由于地形高低而土壤水分狀況不同,“四水”對(duì)土壤的影響也不一樣,故其土壤類型和特性也都不同,直接影響了土壤肥力與耕作復(fù)種指數(shù)的高低,適種作物有旱作、有水旱輪作、只能種植水稻,而沼澤土只能生長(zhǎng)濕生性植物或挺水植物。隨著水利條件的改善,土壤排除積水,沼澤—潛育水稻土逐步脫潛育,在人為培肥措施下,最終形成肥沃的潴育水稻土,地下水位也將由低于30cm降至80cm以下,土體構(gòu)型由Ag-G型向A-Pg-G,A-P-Wg-G,A-P-W-Bg型演化;旱季氧化還原電位由小于200mV逐漸提高到300mV,甚至500～600mV。四湖與洞庭湖地區(qū)土壤沼澤、潛育化的演變是在自然因素和人為耕墾綜合影響下發(fā)生不斷的變化。我們根據(jù)1991年1月份衛(wèi)星磁帶,經(jīng)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)繪合成彩色圖象(比例尺為1/250000),然后在典型地段進(jìn)行土壤調(diào)查核對(duì),并參考當(dāng)?shù)赝寥榔詹槌晒麍D件,編繪到相同比例尺的地形圖上,形成土壤現(xiàn)狀分布圖二幅(四湖、洞庭湖地區(qū)),經(jīng)量算與典型地段相核實(shí),計(jì)算出潛育水稻土15.9萬hm2,沼澤土8.4萬hm2。2.2地下水位受影響的程度三峽建壩后,“四水”對(duì)該地區(qū)土壤的影響將發(fā)生較大的變化?？菟陂L(zhǎng)江增泄量的提高影響1～4月份四湖地區(qū)潛水位或多或少都有所抬升,潛水位起落幅度變小,改變了地下水動(dòng)態(tài)的長(zhǎng)期性態(tài),對(duì)土壤潛育化程度本來就十分嚴(yán)重的四湖地區(qū)來說,總體上是不利的。至于其對(duì)土壤潛育化沼澤化的影響程度,不同地段有所差異。一方面取決于1～4月份潛水位抬高的幅度,另一方面取決于該地段原來的潛水位埋深。其中,以沿長(zhǎng)江0～10km原來潛水位埋深又小于0.5m的地帶受影響的程度最深,如江陵縣沿江2～5km一帶,石首市的江北部分,監(jiān)利縣大垸農(nóng)場(chǎng)和朱河周圍區(qū)域,洪湖市龍口至新灘口沿江2～8km一帶。其他潛水位埋深大于1m的近岸地帶,雖然潛水位抬高的幅度亦較大,但二者疊加達(dá)不到0.5m,對(duì)土壤潛育化基本上無影響。在江陵縣資市、熊河一帶,監(jiān)利西北至洪湖小港農(nóng)場(chǎng)沿內(nèi)荊河以南5～10km寬的廣大區(qū)域,雖然離長(zhǎng)江稍遠(yuǎn),約7～20km,建壩后潛水位抬高幅度不大,約0.06～0.02km,但由于其原來的潛水位埋深就已小于0.5m。由于土壤演化對(duì)地下水位的升落極為敏感,故其影響不容忽視。枯水期長(zhǎng)江增泄量的提高也將影響洞庭湖地區(qū)的低洼圩垸田,尤以東部與“三口”地區(qū)最為明顯,影響土壤脫潛育進(jìn)程,對(duì)旱作物引起漬害,根據(jù)建壩后枯水期流量的變化,計(jì)算出洞庭湖地區(qū)主要水文站水位的變化,并依據(jù)“四水”對(duì)土壤的影響特點(diǎn),在編制土壤圖的基礎(chǔ)上編制了土壤潛育化、沼澤化潛在威脅圖,據(jù)量算沼澤化潛在威脅面積為9.8萬hm2,潛育化潛在威脅面積61.5萬hm2。3潛育化、沼澤化模式下土壤改良措施洞庭湖和四湖地區(qū)低洼圩垸田的低產(chǎn)土壤主要是潛育水稻土,分布廣,面積大,是阻礙該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的重要因素,因此,改良這些低產(chǎn)土壤,成為該地區(qū)提高生產(chǎn)力的一項(xiàng)極其重要的任務(wù)。為此,我們?cè)谠摰貐^(qū)進(jìn)行了有關(guān)的改土培肥試驗(yàn)示范工作,為不同類型潛育化和沼澤化土壤的改良利用提供和積累了經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)不同類型潛育化、沼澤化土壤應(yīng)因地制宜,改良利用。首先要采取水利工程改良措施,搞好流域性骨干工程的同時(shí)搞好農(nóng)田水利配套工程,包括加固圍堤,聯(lián)圩并圩,田、林、路、橋、溝、渠、閘、涵、站等配套,達(dá)到既能抗御洪澇災(zāi)害,又能灌能排,控制地下水位,這將為建成高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田打下基礎(chǔ),特別是原來的一熟漚田的產(chǎn)量將成倍增加。在采取生物改良措施中,對(duì)重潛育土壤應(yīng)退田還湖(塘),種植水生經(jīng)濟(jì)植物,或者采取壟稻溝魚和稻魚鴨優(yōu)化種養(yǎng)模式;對(duì)中等潛育土壤主要