地下水漏斗區(qū)形成機(jī)理研究

孫孝波，孫 珂，翟朋云，董向東

(1.河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局，河南 新鄉(xiāng)453002;2.河南省安陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局，河南 安陽(yáng)455000)

一個(gè)地區(qū)的地下水由于開采破壞了原先的平衡狀態(tài)，當(dāng)?shù)叵麻_采量大于補(bǔ)給量時(shí)，在開采區(qū)附近形成水位持續(xù)下降，當(dāng)埋深到達(dá)8m以上的時(shí)候，就會(huì)形成地下水降落漏斗區(qū)。

1 地下水降落漏斗區(qū)的成因分析

我國(guó)華北平原，在上世紀(jì)70年代以前，由于落后的生產(chǎn)力和生產(chǎn)技術(shù)，形成了農(nóng)業(yè)“望天收”的局面。華北平原上的糧食作物，基本上很少灌溉，特別是井灌區(qū)更是少見(jiàn)。當(dāng)時(shí)常見(jiàn)的井是人工開挖和掏建的磚井，井深都在10 m以內(nèi)，出水量也很小。提水工具多為轆轤、水車等人工提水方式。由于水井和提水工具所限，提水能力一直很低，提水量少之又少，當(dāng)時(shí)地下水的開采量與地下水補(bǔ)給量相比，相差甚多，對(duì)地下水埋深影響不大，平原地區(qū)的地下水埋深普遍在1.5～2.5 m 左右。

到了上世紀(jì)70年代，隨著農(nóng)村電力化的發(fā)展和電動(dòng)工具的發(fā)展，出現(xiàn)了水泵、電動(dòng)水車等先進(jìn)的電動(dòng)提水工具，當(dāng)時(shí)的人工開挖的“磚井”已經(jīng)不能滿足水泵和電動(dòng)水車的提水要求。在此情況下就出現(xiàn)了更為先進(jìn)的打井技術(shù)，當(dāng)時(shí)稱為“打機(jī)井”。這種用鉆頭、鉆稈靠人工推“圍車”來(lái)鉆井的技術(shù)，可以一下子把進(jìn)深打到30 m左右，加上水泥井管的技術(shù)，形成了地道的“機(jī)井”成井技術(shù)。雖然當(dāng)時(shí)的水泵只是離心泵，抽水深度在9 m以內(nèi)，但已經(jīng)完全解決了當(dāng)時(shí)的農(nóng)田灌溉問(wèn)題。大量的抽取井水灌溉相應(yīng)而來(lái)的就是對(duì)地下水的大量開采。

原河南省新鄉(xiāng)地區(qū)水文站1972年正式開展群眾性地下水定點(diǎn)觀測(cè)工作。在1972年抗旱過(guò)程中，地下水水位出現(xiàn)了大面積下降，新鄉(xiāng)水文站在1972年對(duì)上半年的地下水觀測(cè)資料進(jìn)行初步分析，得知從青風(fēng)嶺到郇封嶺，地下水位逐月下降且比較顯著。青風(fēng)嶺地區(qū)，地下水下降一般在1.3～2.3 m;郇封嶺地區(qū)，地下水位下降一般在1.5～2.5 m。

當(dāng)時(shí)通過(guò)對(duì)歷史資料的分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了地下水有逐年下降的趨勢(shì)，在郇封嶺地區(qū)，1965年春，地下水位埋深大于3.0 m的面積僅占6.9%;1966年春達(dá)85.4%;1967年春又升為88.5%;而1972年6月，地下水位埋深全部大于 3.0 m，埋深普遍在5.0～8.0 m 之間，郇封村最大達(dá)9.5 m。

在青風(fēng)嶺中部，武陟、溫縣、孟州一帶，1965年春，地下水位埋深 2.5～3.0 m，其他普遍為 1.5～2.0 m;1966 年春，溫縣、孟州一帶下降到2.5～7.0 m;1967年春溫縣、孟州一帶地下水位埋深為2.5～8.0 m;1972年溫縣、孟州一帶地下水位埋深下降到 5.0～13.0 m。

1973年提出在溫縣的古賢，修武縣的郇封出現(xiàn)兩個(gè)漏斗區(qū)。溫縣的古賢漏斗區(qū)，位于溫縣清風(fēng)嶺(崗地)一帶。漏斗中心在清風(fēng)嶺北側(cè)古賢～張羌村一線，漏斗中心較65年下降7～8 m。

修武縣郇封漏斗區(qū)，位于郇封嶺修武、武陟、獲嘉三縣交界處，漏斗中心位于修武郇封村，漏斗中心較65年下降6～7 m。

這時(shí)河南省新鄉(xiāng)地區(qū)水文站提出了地下水漏斗區(qū)的概念，這也是華北平原上第一次出現(xiàn)降深大于8 m的地下水漏斗區(qū)。

2 漏斗區(qū)的發(fā)展演變

上世紀(jì)八十年代，隨著平原地區(qū)地下水開采量的增加，兩個(gè)漏斗區(qū)迅速發(fā)展，面積大幅擴(kuò)大，地下水埋深進(jìn)一步增大，很多地方出現(xiàn)了“吊泵”抽不出水現(xiàn)象，后來(lái)通過(guò)把離心泵換成潛水泵才解決了繼續(xù)抽水的井灌情況。1981年青風(fēng)嶺漏斗向西布滿孟州市平原區(qū)，向北達(dá)到沁陽(yáng)與溫縣交界，向東與東北方向到達(dá)武陟沁南洼地，并越過(guò)沁河與擴(kuò)張的修武郇封漏斗相連。至此兩漏斗區(qū)連成一體，包括孟州、沁陽(yáng)、溫縣、武陟、修武等縣市，構(gòu)成溫、孟，沁、武、修武漏斗區(qū)，漏斗中心較65年下降12～18 m。1982年豫北大水，地下水得到大量回補(bǔ)，漏斗區(qū)有所縮小，構(gòu)成一體的漏斗區(qū)重新分成兩個(gè)漏斗區(qū)。1985年漏斗區(qū)面積減少到315 km2，而到1990年面積達(dá)到498 km2，然后就逐年增加到2000年增加到最大為1149 km2。地下水降落漏斗面積變化情況見(jiàn)圖1。

漏斗區(qū)所涉及的行政區(qū)是焦作市的修武、武陟、溫縣和孟州市，地下水的開采層為淺層地下水。漏斗形成的初始年份為1973年，漏斗區(qū)最大年份是2000年面積1 149 km2，占全焦作市平原區(qū)面積的40.5%。漏斗區(qū)呈一寬約16 km的帶狀分布，大致平行于黃河走向。漏斗中心位于溫縣的楊壘～林肇一帶，2000年末漏斗區(qū)中心地下水埋深為21.95 m，最深時(shí)曾達(dá)25.21 m。上世紀(jì)九十年代漏斗區(qū)面積擴(kuò)展速率65.1 km2/a，地下水位下降速率為 0.36 m/a。

圖1 地下水漏斗區(qū)面積變化曲線

上世紀(jì)九十年代到2000年，漏斗區(qū)發(fā)展速度加快，漏斗面積迅速擴(kuò)大，到2000年，面積達(dá)到1 149 km2。

青風(fēng)嶺漏斗區(qū)自1965～2000年逐年增加達(dá)到最大范圍。地下水埋深在加大，范圍也在加大，還有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。郇封嶺漏斗區(qū)自1965～1985年逐年增加，1985年達(dá)到最大范圍，1990～2000年略有回補(bǔ)，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

從圖上可以看出，漏斗區(qū)面積逐年增加，而且還在繼續(xù)增加。僅1980年到1985年漏斗面積減小了55 km2，這是因?yàn)?982年豫北大水對(duì)該區(qū)地下水進(jìn)行了有效地補(bǔ)給造成的。2005年漏斗區(qū)面積732 km2，比2000年面積大幅減少主要是由于2000年到2004年降雨量較大，且均勻，有利于地下水補(bǔ)給所致。在開采量加大的基礎(chǔ)上，2010年漏斗區(qū)面積重新增加到1122 km2，與2000年漏斗區(qū)面積持平。

3 地下水漏斗區(qū)形成的機(jī)理

地下水開采率是指該區(qū)地下水實(shí)際開采量與地下水資源量或地下水可開采量之比值。平原區(qū)地下水開采率A1指實(shí)際開采量占地下水資源量的百分比，可開采率A2指實(shí)際開采量占地下水可開采量的百分比。A1、A2的值越大說(shuō)明地下水的開采利用程度越高。

1980年以來(lái)，地下水漏斗區(qū)所屬地焦作市平原區(qū)淺層地下水開采利用一直維持很高的程度，開采率在75%以上，可開采率在90%以上。1995年由于干旱，地下水開采率最大，A1、A2分別為139.8%和167%。各代表年份焦作市平原區(qū)地下水開采情況見(jiàn)圖2。

圖2 焦作市平原區(qū)地下水開采利用情況統(tǒng)計(jì)圖

2000年各縣級(jí)行政區(qū)中溫縣的開采率最高為187%。淺層地下水可開采率大于100%的縣市依次是孟州市、溫縣、和武陟縣，可開采率分別為 207.8%、204.4%、136.2%，這些開采率大的縣正是漏斗區(qū)里的縣。

表1 焦作市行政分區(qū)平原區(qū)淺層地下水開采率表

其它各代表年份各縣區(qū)的地下水開采率和可開采率見(jiàn)表1，從表中可以看出，1980年以來(lái)武陟縣、溫縣、孟州市的地下水開采利用程度一直維持較高的水平，年年超采;市區(qū)及其它縣市1980年的開采利用程度較低，1985年以后有所提高，但各年都沒(méi)出現(xiàn)超采現(xiàn)象。這也是為什么青風(fēng)嶺漏斗區(qū)會(huì)出現(xiàn)在溫縣與孟州市，郇封嶺漏斗區(qū)會(huì)出現(xiàn)在武陟附近的主要原因。

4 結(jié)語(yǔ)

一個(gè)地區(qū)的地下水由于人工開采破壞了原先的平衡狀態(tài)，當(dāng)?shù)叵麻_采量大于其補(bǔ)給量時(shí)，在開采區(qū)附近形成地下水水位持續(xù)下降，當(dāng)?shù)叵滤_采率大于100%時(shí)，地下水開發(fā)利用程度一直維持在較高水平是導(dǎo)致地下水位的持續(xù)下降、地下水降落漏斗面積不斷擴(kuò)大的主要原因。

［1］周志祥，等.地下水水位降落漏斗演化特征與控制.油氣田地面工程［J］.2007，26(11)6.

［2］王剛，朱月立.聊城市西部地下水漏斗區(qū)水位預(yù)報(bào)探討.水資源與水工程學(xué)報(bào)［J］.1999，02.

［3］何平.廊坊市地下水超采現(xiàn)狀及對(duì)策分析.地下水［J］.2009，4.