松嫩平原地下水位動態(tài)特征分析

張梅桂+黃永明+蔡賀+朱巍

摘要：選用松嫩平原地下水位多年動態(tài)監(jiān)測資料，繪制地下水位動態(tài)曲線，論述松嫩平原不同地貌單元及不同含水層地下水位年際及年內(nèi)動態(tài)變化特征，分析探討影響地下水位變化的各種因素，指出人為因素是引起松嫩平原地下水位變化的重要原因之一。合理開發(fā)利用地下水資源，避免地下水位持續(xù)下降，可以有效保護松嫩平原地質(zhì)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：松嫩平原；地下水位；動態(tài)特征；影響因素

中圖分類號： P641.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）18-4306-07

松嫩平原是東北經(jīng)濟區(qū)的主體，是我國主要的糧食產(chǎn)區(qū)和重要的能源、汽車、機械加工制造基地。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對地下水的開發(fā)利用和依賴程度越來越高，從而引發(fā)了一系列的環(huán)境和生態(tài)問題，如地下水位持續(xù)下降、降落漏斗面積不斷擴大、土地荒漠化、水質(zhì)污染趨勢加重等一系列與地下水有關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題[1，2]。根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)一部署，2008-2010年先期在松嫩平原開展了地下水動態(tài)調(diào)查評價及研究工作。通過此項工作，對松嫩平原地下水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)進行調(diào)整、優(yōu)化和完善，并逐步建立起地下水動態(tài)評價體系，實現(xiàn)地下水資源動態(tài)評價，為改善該地區(qū)地下水資源環(huán)境質(zhì)量，保障飲水安全、糧食安全和生態(tài)安全，實施地下水科學(xué)管理提供了地質(zhì)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

松嫩平原位于東北中部，行政區(qū)跨黑龍江省、吉林省和內(nèi)蒙自治區(qū)一少部分。北至黑龍江省的嫩江縣，南至吉林省長嶺縣南部的松遼分水嶺，西側(cè)以大興安嶺東部低山丘陵區(qū)與山前傾斜平原分界線為界，東側(cè)邊界至小興安嶺-長白山山前高平原東緣，總體形狀呈南北長，東西窄的長橢圓形，面積18.7萬km2。松嫩平原為寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，受西伯利亞大陸氣候影響，具有明顯的大陸性氣候特點。

松嫩平原是一個潛水普遍分布，包括古近系依安組，新近系大安組、太康組和第四系承壓水及第四系潛水在內(nèi)的多層疊置結(jié)構(gòu)的大型蓄水盆地[3]。根據(jù)區(qū)域地貌特征和區(qū)域水文地質(zhì)條件可分為東部高平原，中部低平原，西部大興安嶺山前傾斜平原及河谷平原4個水文地質(zhì)區(qū)。東部高平原和西側(cè)的大興安嶺山前傾斜平原，既是山區(qū)基巖裂隙水的排泄區(qū)，又是中部多層承壓水盆地的補給區(qū)。按照主要含水層的上、下疊置關(guān)系，松嫩平原含水層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為單層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)、雙層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)和多層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)3種類型。單層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)主要分布在西部山前傾斜平原，雙層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)主要分布在東部和北部高平原，多層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)主要分布在中部低平原。

通常情況下，地下含水層（含水系統(tǒng)）經(jīng)常與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)、能量與信息的交換，時刻處于變化之中[4]。在與環(huán)境相互作用下，含水層各要素（水位、水量、水化學(xué)成分、水溫等）隨時間的變化稱作地下水動態(tài)。它是地下水系統(tǒng)在外界因素刺激下所形成的一個歷史過程。

通常表現(xiàn)出周期性波動和隨機性變化特征的地下水動態(tài)反映了地下水要素隨時間變化的狀況，是含水層（含水系統(tǒng)）對環(huán)境施加的激勵所產(chǎn)生的響應(yīng)。

1.2 方法

在充分收集利用前人資料的基礎(chǔ)上，通過對重點地區(qū)開展水文地質(zhì)補充調(diào)查，修復(fù)已有受損監(jiān)測井、布設(shè)新增監(jiān)測井并安裝自動監(jiān)測儀，實現(xiàn)對地下水動態(tài)數(shù)據(jù)的自動測量和傳輸。監(jiān)測內(nèi)容主要為地下水水位和水溫，監(jiān)測頻率為5 d/次，也可根據(jù)需要監(jiān)測頻率。

通過對實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并繪制相關(guān)曲線，可以實時掌握松嫩平原地下水動態(tài)變化特征，分析引起地下水動態(tài)變化的影響因素[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 地下水水位多年動態(tài)特征

2.1.1 第四系潛水水位多年動態(tài)特征 1985年以來，隨著松嫩平原人口的增加，國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，需水量不斷加大。1994-2004年的10年間平均每年增加18 900萬m3，地下水開采呈加速趨勢，在降水量沒有足夠補給的情況下，潛水水位出現(xiàn)了明顯的區(qū)域性下降，水位埋深小于5 m的區(qū)域明顯減少。

松嫩平原由于中部低平原的降水量明顯少于東部高平原[5]，蒸發(fā)量高于東部高平原，因此中部低平原地下水下降區(qū)范圍大于東部高平原。對比中部低平原地區(qū)不同年代的潛水水位埋深等值線圖發(fā)現(xiàn)，1985-2004年低平原潛水位下降比較明顯，一般下降幅度為0.5～5.0 m。乾安至大慶地區(qū)下降幅度較大，一般為3.0～5.0 m。據(jù)地下水動態(tài)監(jiān)測資料顯示，1998-2009年間，低平原如白城扇形地孔隙潛水每年以0.75 m的速率逐年下降，洮南區(qū)大通鄉(xiāng)、鎮(zhèn)賚縣套保鄉(xiāng)、長嶺縣東6號等地區(qū)，第四系孔隙潛水以每年0.15～0.30 m的速度逐年下降（圖1）。

長嶺縣太平川、乾安縣大師鄉(xiāng)1998-2004年的6年間，地下水位呈下降趨勢，下降速率為每年0.1～0.5 m；2003-2005年以后，受開采限制的影響，這些地區(qū)地下水位開始企穩(wěn)，并出現(xiàn)回升，上升幅度為0.5～3.0 m（圖2）。

東部高平原潛水含水層在1985-2004年間平均下降1.0～3.0 m。集中開采地段，如長春、哈爾濱、扶余、榆樹、雙城、綏化等部分地區(qū)，水位一般下降了2.0～5.0 m。河谷潛水下降幅度較小，一般為1.0～2.0 m或沒有明顯變化。王府-伏龍泉砂礫石臺地地下水水位下降幅度最大，達5.0～10.0 m， 部分地區(qū)達到10.0～20.0 m。東部高平原的農(nóng)安縣伏龍泉、德惠市萬寶鄉(xiāng)，松拉河間地塊扶余縣北部的新民鄉(xiāng)、伊家店等地，1998-2004年的6年間，地下水位呈下降趨勢，下降速率為每年0.1～0.5 m，其中德惠市萬寶鄉(xiāng)則以平均每年1 m以上的速率下降。2003-2005年以后，這些地區(qū)地下水位開始企穩(wěn)，并陸續(xù)回升，上升幅度為0.5～3.0 m（圖3）。

2.1.2 第四系孔隙承壓水水位多年動態(tài)特征 第四系承壓水水量豐富，水質(zhì)好，為松嫩平原主要開采層，受補給量減少和開采量逐年加大的影響，大部分地區(qū)地下水位呈下降趨勢。水位下降較大的區(qū)主要出現(xiàn)在泰來、乾安、通榆、長嶺西北和前郭西部一帶，水位下降幅度一般在1.0～2.0 m；在泰來、通榆南部、長嶺北部一帶為3.0～5.0 m，局部地帶達10.0 m。其中鎮(zhèn)賚縣城南部的鎮(zhèn)南種羊場和長嶺縣東6號，1998-2009年地下水位呈直線下降趨勢，下降速率為每年0.3～0.5 m（圖4）。通榆縣城區(qū)、長嶺縣太平川、前郭縣南部的深井子鄉(xiāng)、松原市的土城子鄉(xiāng)等地，水位動態(tài)曲線與潛水多年變化相似，1998-2004年間，地下水位呈下降趨勢，下降速率為每年0.1～0.4 m；此后，地下水位開始企穩(wěn)，不再下降，通榆縣城區(qū)、長嶺縣的太平川則呈現(xiàn)回升勢態(tài)（圖5）。松原市八家子鄉(xiāng)受開采影響，地下水位年變幅較大，多年則呈波狀變化，1998-2009年降幅為1.0 m；前郭縣中部的韓家店，由于地下水資源較豐富，第四系孔隙承壓水動態(tài)曲線呈波狀變化。

2.1.3 新近系裂隙孔隙承壓水水位多年動態(tài)特征

受開采影響，地下水位大部分呈下降趨勢，地下水位下降范圍占80%以上。其中通榆、鎮(zhèn)賚、長嶺、前郭和乾安等地地下水位在1998-2009年的12年間呈現(xiàn)逐年下降趨勢，下降速率為每年0.2～0.5 m（圖6）。

2.2 地下水水位年內(nèi)動態(tài)特征

2.2.1 潛水地下水動態(tài)變化特征 第四系孔隙潛水廣泛分布于松嫩平原，水位埋藏較淺，一般在3.0～10.0 m。受氣候條件和開采影響，東部高平原區(qū)和西部低平原區(qū)地下水位隨季節(jié)變化表現(xiàn)出明顯的區(qū)別。

1）低平原區(qū)潛水水位動態(tài)特征。低平原區(qū)第四系潛水主要分布于松嫩平原的西部，地勢平坦低洼，水位埋藏淺，受氣候因素影響較大，在春季氣候干旱少雨，蒸發(fā)作用強烈，地下水水位下降迅速，枯水期出現(xiàn)在4～5月，水位下降幅度大，持續(xù)時間短，到6月以后地下水接受大氣降水降雨的補給，水位迅速上升；8～10月出現(xiàn)豐水期，因地勢平坦、低洼，地下水徑流較緩慢，豐水期持續(xù)時間長。地下水水位動態(tài)曲線波峰平圓，地下水水位動態(tài)成因類型主要為降水滲入-蒸發(fā)-徑流型（圖7）。在低平原大部分地區(qū)第四系潛水2008年豐水期水位埋深為3.0～6.0 m。局部地段水位埋深為6.0～9.0 m。地下水水位高程在120.0～150.0 m。2009年枯水期水位埋深為4.0～7.0 m。局部地段水位埋深為7.0～10.0 m。2009年枯水期與2008年的豐水期地下水水位相比，齊齊哈爾、林甸、杜蒙、泰來、依安、哈爾濱的部分地區(qū)地下水水位呈下降趨勢，下降幅度在0.6～2.0 m。富裕、訥河的局部地區(qū)地下水水位呈上升趨勢，上升幅度在0.4～0.9 m。

2）河谷平原潛水水位動態(tài)特征。每年年初地下水不斷向河水排泄，水位不斷地下降，加之河谷平原區(qū)水位埋藏淺、蒸發(fā)作用較強烈，2～5月水位達到低谷，出現(xiàn)枯水期，枯水期持續(xù)時間長，進入6月雨季來臨，地下水接受大氣降雨滲入和河流側(cè)向滲入補給，地下水水位大幅度升高，8～9月地下水水位上升到峰值，出現(xiàn)豐水期，豐水期持續(xù)時間短，9月后水位持續(xù)下降，水位動態(tài)曲線呈波谷平圓，波峰較尖，花江河地下水水位動態(tài)成因類型主要為滲入-徑流型-蒸發(fā)型（圖8）。嫩江河谷2008年豐水期潛水水位埋深為1.4～9.0 m；松花江河谷潛水水位埋深為2.6～8.5 m。2009年枯水期松谷潛水水位埋深為2.9～8.8 m。

2.2.2 第四系承壓水水位動態(tài)特征 高平原區(qū)承壓水地下水水位動態(tài)主要受氣象和人類開采因素的影響，也呈現(xiàn)以年為周期的變化特征，由年初開始地下水水位急劇下降，5月或6月形成最低值，灌溉季節(jié)過后，開采量減少，加之大氣降水的入滲和側(cè)向逕流的補給地下水位又急劇回升，至9、10月上升到最高水位，隨后地下水水位逐漸下降至年底，高水位的形成時間比其它地貌單元滯后1個月左右。水位動態(tài)成因類型主要為徑流型，在城鎮(zhèn)，由于受開采地下水的影響，水位動態(tài)成因類型為開采-徑流型（圖9）。

低平原第四系承壓水主要分布于齊齊哈爾市西南部、大慶市及松原市西部，含水層分布穩(wěn)定，水位埋藏較深，水位變化較第四系孔隙潛水小，明顯滯后于第四系孔隙潛水。低平原第四系孔隙承壓水水位動態(tài)變化受水文氣象因素的影響較第四系孔隙潛水相對較小，但具有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，補給、徑流、排泄條件不同，水位動態(tài)特征具有明顯的差異。在泰來和杜蒙一帶，地下水水位變幅較小，水位動態(tài)曲線較平緩，枯、豐水期水位差相對較小，而在其他地區(qū)枯、豐水期水位差相對較大，第四系孔隙承壓水水位自年初開始下降，在6～8月達到低谷，出現(xiàn)枯水期，至9月以后水位逐漸上升，在10～11月達到峰值，出現(xiàn)豐水期，12月后水位緩慢下降，水位動態(tài)曲線波峰、波谷明顯，水位動態(tài)成因類型主要為徑流型（圖10）。在城鎮(zhèn)，由于受開采地下水的影響，地下水曲線出現(xiàn)波動，水位動態(tài)成因類型為開采-徑流型（圖11）。

新近系承壓水呈條帶狀分布于訥河-齊齊哈爾-泰來-大安一帶。該含水層埋藏深，受自然因素影響較小，受人類開采因素的影響，地下水水位波動較大，其地下水動態(tài)類型為開采-徑流型（圖12）。

3 小結(jié)與討論

3.1 討論

松嫩平原地下水的動態(tài)變化是在一定時期內(nèi)，各種自然因素和人為因素隨時間綜合影響的直接結(jié)果。影響松嫩平原地下水動態(tài)的因素主要有氣候、水文、地形地貌、地質(zhì)、土壤和生物、人類活動等因素[6-10]。

1）氣候因素。氣候變化是影響地下水動態(tài)的主要因素。松嫩平原在近60年時間內(nèi)氣候變化的總體特征呈現(xiàn)氣溫逐漸升高，降水量緩慢下降。它的作用緩慢、持久，影響面廣，具有季節(jié)性和多年周期性等特點。

2）水文因素。水文因素對地下水動態(tài)的影響，主要發(fā)生在河谷平原沿河一帶，如松花江、嫩江、呼蘭河、阿什河、拉林河等河谷兩側(cè)，是局部性的。對地下水的影響程度，主要取決于地表水與地下水之間的水力聯(lián)系情況，以及地表水與地下水之間的水位差，并跟隨地表水位波動而上升或下降。

3）地形地貌因素。地形地貌等控制了地下水形成、分布的整體格架，松嫩平原四周高中間低的地貌形態(tài)，形成了其總體的地下水補給、徑流、排泄的規(guī)律；地貌特征的差異性形成了地下水賦存規(guī)律的差異性。地形地貌控制地下水位埋深，而水位埋深大小直接影響降水滲入補給的強弱。

4）地質(zhì)因素。地質(zhì)因素對地下水動態(tài)的影響并不反映在周期上，而是反映在形成特征方面。地質(zhì)構(gòu)造決定了地下水的埋藏條件；巖性影響下滲、貯存和徑流強度。這些條件的變化，造就了地下水動態(tài)在空間上的變異性。

5）土壤和生物因素。土壤和生物因素一方面通過影響下滲和蒸發(fā)間接影響地下水的動態(tài)，另一方面還對地下水的化學(xué)成分產(chǎn)生一定影響。

6）人為因素。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和對水資源需求的增加[11]，人為因素對地下水動態(tài)的影響越顯突出。人為因素對地下水動態(tài)的影響有兩方面的作用。一是人們?yōu)榱碎_發(fā)利用和控制地下水動態(tài)所采取的一系列措施，如打井抽水、人工回灌等，是針對地下水有目的有計劃的活動；另一方面活動雖然其出發(fā)點并不是針對地下水動態(tài)的，但活動本身派生出對地下水動態(tài)影響的效果來，如灌溉農(nóng)田、工礦企業(yè)用水、各種排水工程、引水蓄水工程等，這類活動對地下水的影響廣泛而深刻、持續(xù)時間長，并會隨國民經(jīng)濟的發(fā)展而不斷擴大。

3.2 小結(jié)

1）松嫩平原潛水地下水水位動態(tài)類型主要表現(xiàn)為降水滲入-蒸發(fā)-徑流型，直接受水文氣象及人為因素的影響。該地下水位變化大，并具有明顯的季節(jié)性和周期性的變化規(guī)律，雨季的早晚或持續(xù)時間的長短，直接控制著潛水豐水期形成的早晚和豐水期持續(xù)時間的長短。潛水水位年變幅的大小與降水量的多少成正相關(guān)，同時也和開采量的多少具有相關(guān)關(guān)系。

2）松嫩平原第四系承壓水地下水動態(tài)類型主要表現(xiàn)為徑流型和開采-徑流型。該含水層主要接受側(cè)向徑流補給，受自然因素影響較小，季節(jié)性和周期性變化不明顯，人工開采地下水是其動態(tài)變化的主要影響因素。

3）松嫩平原新近系承壓水地下水動態(tài)類型主要表現(xiàn)為徑流型和開采-徑流型，其動態(tài)變化特征及影響因素同第四系承壓水類似。

4）自然環(huán)境是影響松嫩平原地下水位動態(tài)的主要因素；同樣，人為因素也對地下水動態(tài)變化起著重要的作用。合理開發(fā)松嫩平原地下水資源，減少人工因素對松嫩平原地下水動態(tài)的影響，可以更好地保護松嫩平原脆弱的地質(zhì)環(huán)境。

參考文獻

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3.2 小結(jié)

1）松嫩平原潛水地下水水位動態(tài)類型主要表現(xiàn)為降水滲入-蒸發(fā)-徑流型，直接受水文氣象及人為因素的影響。該地下水位變化大，并具有明顯的季節(jié)性和周期性的變化規(guī)律，雨季的早晚或持續(xù)時間的長短，直接控制著潛水豐水期形成的早晚和豐水期持續(xù)時間的長短。潛水水位年變幅的大小與降水量的多少成正相關(guān)，同時也和開采量的多少具有相關(guān)關(guān)系。

2）松嫩平原第四系承壓水地下水動態(tài)類型主要表現(xiàn)為徑流型和開采-徑流型。該含水層主要接受側(cè)向徑流補給，受自然因素影響較小，季節(jié)性和周期性變化不明顯，人工開采地下水是其動態(tài)變化的主要影響因素。

3）松嫩平原新近系承壓水地下水動態(tài)類型主要表現(xiàn)為徑流型和開采-徑流型，其動態(tài)變化特征及影響因素同第四系承壓水類似。

4）自然環(huán)境是影響松嫩平原地下水位動態(tài)的主要因素；同樣，人為因素也對地下水動態(tài)變化起著重要的作用。合理開發(fā)松嫩平原地下水資源，減少人工因素對松嫩平原地下水動態(tài)的影響，可以更好地保護松嫩平原脆弱的地質(zhì)環(huán)境。

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3.2 小結(jié)

1）松嫩平原潛水地下水水位動態(tài)類型主要表現(xiàn)為降水滲入-蒸發(fā)-徑流型，直接受水文氣象及人為因素的影響。該地下水位變化大，并具有明顯的季節(jié)性和周期性的變化規(guī)律，雨季的早晚或持續(xù)時間的長短，直接控制著潛水豐水期形成的早晚和豐水期持續(xù)時間的長短。潛水水位年變幅的大小與降水量的多少成正相關(guān)，同時也和開采量的多少具有相關(guān)關(guān)系。

2）松嫩平原第四系承壓水地下水動態(tài)類型主要表現(xiàn)為徑流型和開采-徑流型。該含水層主要接受側(cè)向徑流補給，受自然因素影響較小，季節(jié)性和周期性變化不明顯，人工開采地下水是其動態(tài)變化的主要影響因素。

3）松嫩平原新近系承壓水地下水動態(tài)類型主要表現(xiàn)為徑流型和開采-徑流型，其動態(tài)變化特征及影響因素同第四系承壓水類似。

4）自然環(huán)境是影響松嫩平原地下水位動態(tài)的主要因素；同樣，人為因素也對地下水動態(tài)變化起著重要的作用。合理開發(fā)松嫩平原地下水資源，減少人工因素對松嫩平原地下水動態(tài)的影響，可以更好地保護松嫩平原脆弱的地質(zhì)環(huán)境。

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