“十一五”期間河北平原地下水動態(tài)及其影響因素淺析

劉 煜，李玉龍，靳瀟銳，馬百衡

(河北省地質環(huán)境監(jiān)測總站，河北 石家莊050021)

為滿足河北省經(jīng)濟建設快速發(fā)展的需要，在地表水資源嚴重匱乏的現(xiàn)實情況下，不得不加大對地下水資源的開發(fā)強度，使得多地區(qū)長期處于超采狀態(tài)，嚴重干擾了河北平原地下水系統(tǒng)的天然平衡，導致了相關環(huán)境問題的頻頻發(fā)生，如區(qū)域地下水水位下降、地面沉降、地裂縫、海水入侵、咸水下移等。這些問題日益突出，成為制約社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

因此，及時準確地掌握地下水水位動態(tài)，研究其形成歷史和現(xiàn)狀變化規(guī)律，追溯其發(fā)生原因，為解決相應的環(huán)境地質問題提供依據(jù)，十分必要。

1 河北平原水文地質概況

1.1 地下水系統(tǒng)分布

河北平原第四系地下水系統(tǒng)由灤河沖洪積平原、潮白河—薊運河沖洪積平原、永定河沖洪積平原、大清河沖洪積平原、子牙河沖洪積平原、漳衛(wèi)河沖洪積平原、古黃河沖洪積平原等7個地下水系統(tǒng)組成。

第四系松散含水巖通常被劃分為4個含水層組，基本對應于第四系全新統(tǒng)Q4、上更新統(tǒng)Q3、中更新統(tǒng)Q2和下更新統(tǒng)Q1。含水層組底板埋深分別為:第一含水層組40～60 m、第二含水層組120～170 m、第三含水組250～350 m、第四含水組550～650 m。其中第一含水組為潛水，第二含水組為微承壓水，由于人為混合開采的溝通，二者基本融為一體，俗稱“淺層地下水”;第三含水組和第四含水組埋藏較深，均為承壓水，俗稱“深層地下水”。

1.2 地下水開發(fā)利用狀況

河北平原是黃淮海平原的重要組成部分，東臨渤海，拱衛(wèi)京津，地理位置優(yōu)越。該區(qū)面積雖然不到全省面積的一半，但涵蓋了全省80%以上的城鎮(zhèn)和土地，養(yǎng)育著全省70%以上的人口，是全國糧棉油集中產(chǎn)區(qū)之一，在河北省經(jīng)濟發(fā)展中占主體地位。

地下水是河北平原的主要供水源，地下水開采量占水資源總利用量的80%～85%。以2010年地下水開發(fā)利用情況統(tǒng)計，全省年度地下水開采總量約160×108m3左右，其中，山區(qū)地下水開采超過27×108m3，約占總開采量的17%;河北平原地下水開采超過132×108m3，約占總開采量的83%，平原地下水開采中，第四系淺層地下水開采約97.6×108m3，深層地下水開采約32.4×108m3，深部巖溶裂隙水開采約 2.5 ×108m3。

1.3 地下水水位多年變化特征

河北平原區(qū)域地下水動態(tài)經(jīng)歷了天然動態(tài)階段、局部地下水水位下降階段、區(qū)域地下水水位快速下降階段、區(qū)域地下水水位減速下降階段、區(qū)域地下水水位急速下降階段和區(qū)域地下水水位緩速下降階段共六個階段。但從上個世紀70年代后，由于河北平原淺層地下水的開采量持續(xù)增加，降水量減少，地下水水位總體呈下降狀態(tài)，個別豐水年份如1996年強降雨以后有所回升，但整體下降趨勢不變(圖1)。

圖1 石家莊市典型水位監(jiān)測井水位埋深變化曲線

深層地下水不直接受降水作用的影響，主要受人為開采的影響，水位的季節(jié)表現(xiàn)為無明顯的峰值出現(xiàn)，(近50年來，深層地下水水位，主要受人為開采的影響，隨著深層地下水開采量的增加，多年動態(tài)呈下降趨勢。

2 典型地下水水位下降漏斗變化特征

由于地下水開采強度的增大，天然流場破壞，河北平原自20世紀70年代初期開始形成地下水水位下降漏斗，并且逐漸轉化為常年性漏斗。到2010年為止，已經(jīng)發(fā)展為20多個地下水水位降落漏斗。

2.1 淺層地下水水位下降漏斗

主要分布在山前平原城市集中開采區(qū)和山前平原與中部平原交接地帶農(nóng)業(yè)集中開采區(qū)，其中保定市漏斗、石家莊市漏斗、邯鄲市漏斗、寧柏隆漏斗、天臺山漏斗等比較典型。下面以石家莊市漏斗為例介紹淺層地下水水位降落漏斗變化特征。

石家莊地下水水位降落漏斗:開采層組為I+II含水層組，形成于1965年，漏斗中心位于石供027觀測孔，中心水位埋深為7.57 m，漏斗面積為58 km2，1973年漏斗中心轉移為石供053觀測孔;至2002年以后，由于市區(qū)開采井逐漸減少，滹沱河水源地開采井增加，漏斗中心北移至化主孔一帶，漏斗面積和深度則一直處于發(fā)展之中。2009年中心水位埋深為52.79 m，漏斗面積為452.5 km2，漏斗中心水位多年平均下降速率1.0 m/a，面積擴展速率為8.7 km2/a。

由監(jiān)測資料可見，石家莊淺層地下水水位降落漏斗在1975年以前，中心水位下降幅度較小，但漏斗面積擴展較快，漏斗中心水位下降速率為0.772 m/a，漏斗面積擴 展速率為12.9 km2/a;到1985年，漏斗中心水位下降速率加快，可達1.603 m/a，漏斗面積繼續(xù)增大，擴展速率為 7.2 km2/a;到2000年，漏斗中心水位略有回升，漏斗面積的擴展速率也開始減小。2000－2005年漏斗中心水位又快速下降，2006－2010年漏斗中心水位變化不大，個別年份還略有回升，但整體呈緩慢下降趨勢，漏斗面積趨于穩(wěn)定(圖2)。

圖2 石家莊市淺層地下水水位降落漏斗剖面圖

2.2 深層地下水水位下降漏斗

主要分布在中部及濱海平原城市集中開采區(qū)和農(nóng)業(yè)集中開采區(qū)。主要有巨新漏斗、冀棗衡漏斗、滄州漏斗、廊坊市漏斗、青縣漏斗、大城漏斗、唐山市漏斗、寧河唐海漏斗等。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，需水量的增大，深層地下水開采量不斷增大，深層地下水位降落漏斗在深度和廣度上不斷擴大，形成了各漏斗聯(lián)成一片的格局。下面以石家莊市漏斗為例介紹淺層地下水水位降落漏斗變化特征。

冀棗衡深層地下水水位降落漏斗形成于20世紀70年代初期。主要是第三含水組的承壓水位漏斗，東南部已延伸至邢臺、滄州、德州地區(qū)，形成大型的復合型深層水位降落漏斗。漏斗中心2001年以前在衡水市區(qū)衡61孔，2002－2004年漏斗中心移至景縣南部KS1孔，2005年末又移至衡水市區(qū)衡61孔，2009年移到了衡62孔。1975年6月漏斗中心水位埋深為32.68 m，漏斗面積為3 252 km2;到2000年水位埋深達到101 m，由于地表水的大量使用(自1999年4月，衡水湖向市工業(yè)生活供水3 000萬m3/a)，減小了深層地下水的開采量，2001年漏斗中心水位回升了29 m，然后又出現(xiàn)了相對較快的下降趨勢，2005年6月末水位埋深達到最大為101.80 m，2009年6月中心水位埋深為91.24 m，漏斗面積8 815 km2，水位多年平均下降速率2.34 m/a，漏斗面積擴展速率222.52 km2/a，其下降速率為河北平原最快。

3 “十一五”期間河北平原地下水動態(tài)特征

根據(jù)“十一五”(2006—2010年)期間河北平原地下水水位監(jiān)測資料收集，利用MAPGIS繪圖軟件，采用克里金差值法，完成了“河北平原地下水(深層、淺層)2006－2010年水位變差圖”，進行分析總結。

3.1 淺層地下水水位埋深變化特征

3.1.1 河北平原淺層地下水現(xiàn)狀(2010年6月)埋深分布如下

冀東平原淺層地下水埋深分布總體規(guī)律與地形變化趨勢一致，即自西而東，由北往南地下水埋深變化呈現(xiàn)出由深變淺趨勢，山前地區(qū)、唐山平原大部地下水位埋深一般10～15 m，西北部地下水位15～20 m，沿海地區(qū)一般小于2 m。在地下水超采形成的地下水位降落漏斗區(qū)水位埋深較大，唐山漏斗、唐海漏斗中心水位埋深大于35 m，由漏斗中心向外圍埋深逐漸變淺。

京津以南平原淺層地下水埋深分布總體規(guī)律與地形變化趨勢一致，即自西而東地下水埋深變化呈現(xiàn)出由深變淺趨勢，山前地區(qū)地下水位埋深多10～15 m，邯鄲山前地區(qū)小于10 m，東部地下水位較淺，滄州東部地區(qū)水位埋深小于5 m。在中部平原地下水集中開采區(qū)和超采形成的地下水位降落漏斗區(qū)水位埋深較大，如邢臺寧柏隆漏斗中心水位埋深大于60 m，廊坊市霸州漏斗、保定市一畝泉漏斗、石家莊漏斗、邯鄲東部平原肥鄉(xiāng)－曲周漏斗等中心水位埋深大于40 m，由漏斗中心向外圍埋深逐漸變淺。

3.1.2 河北平原淺層地下水水位“十一五”(2006年與2010年對比)五年變化情況如下

冀東平原地下水位多為下降，下降幅度一般在4 m以內，部分地區(qū)下降幅度較大，如豐南、灤南交界地帶下降幅度大于7～10 m，豐潤東南部、西北部以及玉田東北等地下降幅度4～7 m。水位回升區(qū)主要分布在濱海區(qū)，回升幅度大部分在2 m以內，唐海沿海大于2 m。唐山市區(qū)、玉田西部也出現(xiàn)小范圍水位回升區(qū)，回升幅度多在4 m以內，唐山市區(qū)北郊水廠一帶回升幅度較大，最大達20.5 m。

京津以南平原地下水位也大多呈下降狀態(tài)，回升區(qū)域主要分布在東部。下降區(qū)下降幅度山前地區(qū)較大，向東有減少趨勢，山前地區(qū)南部下降幅度相對大于北部，邢臺寧柏隆漏斗區(qū)下降幅度較大，一般大于7 m，最大38.84 m(寧57)，其它地區(qū)一般小于7 m，部分地區(qū)如保定中部等地下降幅度較小，局部出現(xiàn)回升?；厣齾^(qū)水位回升幅度大多在2 m以內，局部大于2 m，但范圍一般不大。

3.2 深層地下水水位埋深變化特征

3.2.1 河北平原深層地下水現(xiàn)狀(2010年6月)埋深分布

冀東平原深層地下水埋深分布總體規(guī)律是東、西部淺，中部深，而東西部又是自山前向南埋深由深變淺再變深的變化。西部山前地區(qū)水位埋深10～20 m，向南小于10 m，再到10～20 m。東部山前地區(qū)水位埋深20～30 m，向南10～20 m，再到20～30、30～40及40～50 m。中部受漏斗影響，埋深較大，漏斗中心區(qū)水位埋深大于60 m。

京津以南平原深層地下水埋深分布總體規(guī)律由山前向東埋深增大趨勢，北部、南部山前水位埋深淺于中部山前地區(qū)，漏斗中心地區(qū)埋深較大。保定以北山前地區(qū)水位埋深10～20 m，向東水位埋深依次增大，廊坊漏斗、廊坊市大城漏斗區(qū)水位埋深大于50 m，滄州市漏斗中心區(qū)水位埋深大于90 m。石家莊山前地區(qū)水位埋深40～50 m，向東在石家莊北部平原有一條帶水位埋深較淺并與保定地區(qū)相連接，東部冀棗衡漏斗區(qū)水位埋深較大，漏斗中心水位埋深大于100 m。邢臺市區(qū)山前水位埋深20～30 m，北部山前水位埋深較大，一般大于60 m，向東至巨新漏斗水位埋深最大，達100余 m，并與冀棗衡漏斗連成一片。邯鄲南部山前地區(qū)水位埋深20～30 m，東南部30～40 m，邯鄲市山前地區(qū)水位埋深50～60 m，東部漏斗區(qū)水位埋深大于60 m。

3.2.2 河北平原深層地下水“十一五”期間水位變化情況(2006年與2010年對比)

冀東平原深層地下水絕大多數(shù)地區(qū)表現(xiàn)為下降，僅東南沿海和唐海縣城及以東呈條帶狀分布的小范圍地區(qū)水位出現(xiàn)回升?；厣齾^(qū)水位上升幅度多在2 m以內，局部大于2 m，最大為15.52 m(樂24－3)。下降區(qū)下降幅度西部多在4 m以內，中部及東北部多大于4 m，最大下降13.12 m(豐南32－3)。

京津以南廣大平原地區(qū)深層地下水以降為主，降幅大多在7 m以內，南部平原相對較大，許多地區(qū)下降幅度超過10 m，最大下降26.94 m(巨51)，辛集、青縣北部等地下水降幅也超過20 m。石家莊以北至高碑店山前水位下降幅度相對較小，一般小于4 m，保定市滿城－徐水山前一帶下降幅度小于2 m。水位回升較集中的地區(qū)出現(xiàn)在東北部滄州－廊坊一帶，其它零星分布于大名東南、南宮、衡水、保定等地?；厣齾^(qū)水位上升幅度一般小于7 m，滄州等部分區(qū)域上升幅度較大，最大上升 22.56 m(滄 20 －3.2)。

總體來說，“十一五”期間河北平原地下水位以下降為主，主要表現(xiàn)為山前平原及淡水分布區(qū)的淺層地下水水位下降，中東部有咸水區(qū)的深層地下水水位下降，水位下降幅度與人工開采地下水狀況密切相關。

4 河北平原地下水動態(tài)影響因素分析

根據(jù)地下水動力場特征，結合地下水補給、徑流、排泄條件變化的分析，認為人類經(jīng)濟活動和孜爾安條件的改變，是影響河北平原地下水動態(tài)變化的兩大因素。認為因素主要是當?shù)厝丝谠鲩L、經(jīng)濟發(fā)展、城市化進程的提高一級水利工程的建設等，自然因素主要是河北平原氣溫升高，降水量減少。

4.1 人為活動因素分析

(1)“十一五”期間，河北省保持了經(jīng)濟平穩(wěn)較快發(fā)展的良好態(tài)勢。2010年，全省生產(chǎn)總值突破2萬億元，年均增長比上年增長12.2%，人均生產(chǎn)總值由2005年的1.47萬元提高到2.87萬元。農(nóng)業(yè)方面，大力發(fā)展集約型農(nóng)業(yè)，現(xiàn)有耕地面積8 852萬畝，糧食總產(chǎn)量達到2 975.9萬 t，增長2.3%，創(chuàng)歷史最高水平。工業(yè)方面，全部工業(yè)增加值9 554億元，比上年增長13.5%。規(guī)模以上工業(yè)增加值達到8 182.8億元，增長16.5%，較2005年增加1倍。城鎮(zhèn)化建設方面，五年間，河北省城市化進程不斷加快。到2010年，全省建成區(qū)面積1 641.4 km2，城鎮(zhèn)化率1953年的11.6%提高至2010年45%，城市道路面積 26 619.8 ×104km2。

另據(jù)統(tǒng)計，河北平原總人口從上世紀五十個代2 510萬人增加到2010年5 793萬人，人口增加，用水量也相應增加，據(jù)資料顯示，城市生活用水由1950年的2.18%增加到2010年的6.1%;農(nóng)村生活用水由5.5%增加到6.5%。

地下水水位埋深的變化受開采量的影響十分明顯。經(jīng)濟的增長、人口的增加、城市化進程的加快，都加大了水資源的開發(fā)利用程度。地下水作為河北平原的主要供水水源，開采強度不斷加大，開采層位不斷加深，開采量常年高于補給量，實際開采量常年高于可開采量，長期過量開采地下水資源導致河北平原地下水水位的持續(xù)下降，隨著地下水開采量的增加，地下水水位埋深逐漸加大的趨勢十分明顯。(見圖3、圖4)

圖3 河北省地下水資源量及開采量對比(2006－2010年)

圖4 河北平原典型監(jiān)測井開采量與水位埋深關系對比圖

(2)此外，建國以來，河北省開展了大規(guī)模的水利工程建設，先后建成大、中、小型水庫1 063座，總庫容115.7億 m3。這些水庫控制山區(qū)來水的90%，改變了地表徑流的特征，造成了河北平原有河皆干的局面，雖然有些河流在豐水年的汛期有短時間的地表徑流通過，但由于時間短暫，不能充分補給地下含水層，使得原先常年接受地表水補給的沿河地帶，不能有效的獲得甚至根本得不到地表水的補給，造成沿河地區(qū)地下水水位常年下降。

4.2 氣候變化因素分析

氣候變化是影響河北省水資源最主要的自然因素，主要表現(xiàn)為氣溫升高和降水量的減少。

氣溫方面:根據(jù)有關資料，近45年，河北省平均溫度顯著上升，平均增速達到0.3℃/10a。其中冬季增暖幅度最大，夏季變化不明顯，而且20世紀60年代最冷，70、80年代開始增溫，20世紀90年代至今達到最暖(見表1)。氣溫的升高提高了蒸發(fā)量，無論水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)，還是潛水的蒸發(fā)，氣溫的升高都會使水的消耗量增加，增加了農(nóng)業(yè)的旱情，使農(nóng)業(yè)的需水量增加。由于氣溫的升高變化，在河北平原常常會出現(xiàn)高溫天氣，城市生活用水量也增加，造成水資源供需矛盾日趨加劇。

表1 河北省年平均氣溫10年際變化

降水方面:在氣候因素中，降水對淺層地下水資源變化起明顯作用，根據(jù)對河北平原典型監(jiān)測點地下水位和降水資料的對比分析，降水的多少對水位變化影響明顯(見圖5)。據(jù)資料統(tǒng)計，河北平原從二十世紀50年代至今，降水量呈線性下降，下降速率27.4 mm/10年(見圖6)。受降水量影響，河北省水資源總量從2003到2010年呈逐年減少趨勢，地下水資源量也逐年減少。降水是河北平原地下水的主要補給來源，年降水量的減少，則淺層地下水補給量減少，從而導致主要靠淺層地下水越流補給的深層地下水補給量減少。

圖5 石家莊市城市代表監(jiān)測點地下水位與降雨量關系曲線

圖6 河北省降水量十年際變化

5 結語

“十一五”期間河北平原地下水水位埋深整體呈下降趨勢，文章從人為活動因素和氣候變化因素兩個方面，結合地下水補徑排條件，闡述了地區(qū)地下水位下降的影響因素，為解決區(qū)域下水下降、地面沉降等環(huán)境地質問題提供了可靠詳實的依據(jù)。

［1］朱延華，劉淑芬，郭永海.河北平原地下水動力環(huán)境演化規(guī)律及影響因素［J］.地球科學.1995，20(4).

［2］陳永紅，張英愛，郭曉軍，等.河北省近45年溫度變化的特征分析［J］.山東氣象.2009(2).

［3］河北省經(jīng)濟年鑒［Z］.2011(27).

［4］中國水資源公報［Z］.(2006－2010).

［5］中國地質環(huán)境監(jiān)測院.華北平原地下水動態(tài)調查評價報告［R］.2010.

［6］河北省地質環(huán)境監(jiān)測總站.河北嚴重缺水地區(qū)地下水監(jiān)測成果報告［R］R.2012.