近50年衡水市淺層地下水位動態(tài)特征分析

吳景峰，郝躍穎

(河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000)

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近50年衡水市淺層地下水位動態(tài)特征分析

吳景峰，郝躍穎

(河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000)

[摘要]自20世紀(jì)50年代后期，衡水市淺層地下水被大規(guī)模開采利用。依據(jù)衡水市1968～2014年的淺層地下水埋深觀測資料，分析了近50 a來該地區(qū)地下水位的動態(tài)變化過程，得出地下水水位累計下降9.35 m，地下水埋深最大的安平縣達(dá)到32.6 m。選用地學(xué)統(tǒng)計克里格插值法，應(yīng)用Surfer軟件繪制地下水埋深分布圖，著重分析多年來地下水埋深的區(qū)域分布特征及變化規(guī)律。分析了地下水水位降落給生態(tài)環(huán)境帶來的影響，提出了全面加強(qiáng)水源保護(hù)涵養(yǎng)等切實有效的對策措施。

[關(guān)鍵詞]衡水市；淺層地下水；動態(tài)變化；區(qū)域分布特征；對策措施

衡水市處于黑龍港流域，是河北省水資源最匱乏地區(qū)，2014年被國家確定為地下水超采綜合治理試點(diǎn)。國務(wù)院汪洋副總理在2014年4月8日到衡水考察地下水超采綜合治理試點(diǎn)工作時講到“地下水超采治理是保護(hù)資源、改善生態(tài)、保障民生、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，應(yīng)著眼長遠(yuǎn)發(fā)展，著力體制機(jī)制創(chuàng)新，扎實開展試點(diǎn)工作，探索可復(fù)制、可推廣的辦法，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展”?？梢妼Φ叵滤粍討B(tài)特征進(jìn)行分析，對衡水市可持續(xù)發(fā)展意義重大。

1水文地質(zhì)概況

衡水市位于河北省東南部平原，全市皆為平原區(qū)，地勢平坦，總面積8 815 km2。東部海拔高度(黃海)28.0～12.0 m之間，西部海拔30.0～12.0 m之間。地形自西南向東北緩慢傾斜，地面坡降1/4 000～1/10 000。地貌為沖洪積、沖湖積平原區(qū)。由于歷史上黃河、漳河、滹沱河在境內(nèi)多次沖決泛濫，致使區(qū)內(nèi)微地貌比較復(fù)雜，古河床和低矮沙丘、崗坡相互交錯，形成許多條帶狀封閉洼地。土壤大多為壤土、沙壤土、粘性土。

衡水市氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶?、半濕潤半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，氣候干燥，四季分明。多年平均降水量509.7 mm，多年平均蒸發(fā)量1 209.5 mm[1]，干旱指數(shù)在2.36～2.76之間。年平均氣溫12.6℃；一月份最冷，月平均氣溫-4.0℃；7月份最熱，月平均氣溫26.6℃。

淺層地下水位于第一含水組，總厚度50～70 m，含水層巖性以細(xì)粉砂為主。除西北部為淡水外，其余地段均有咸水體，而在咸水體上部分布有條帶狀的淺層淡水，厚度一般10～30 m，個別地段50～70 m。淺層淡水在東部阜城、棗強(qiáng)、景縣、故城四縣較為發(fā)育，中部只有零星分布且厚度較小。淺層地下水由于其埋藏淺，直接接受降水入滲和地表水的入滲補(bǔ)給，降水入滲為其主要補(bǔ)給來源；潛水蒸發(fā)和人工開采為主要排泄方式。

2淺層地下水開采歷史

建國后，全市人民為戰(zhàn)勝旱災(zāi)開屬了大規(guī)模的開發(fā)利用地下水工作，大體可分為四個階段[2]。

1949～1957年為第一階段。為抗御旱災(zāi)發(fā)動拼眾打土磚井、革新提水工具、推廣“小五輪”和“解放式”新型水車，全市的磚井?dāng)?shù)量迅速增加，由2.2萬眼增至10.76萬眼，增加了近四倍，水澆地面積由6.16萬畝增加到99.54萬畝，增加15倍。此階段地下水的開采僅限于淺層水。由于淺層水的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，水質(zhì)水量變化大，尤為突出的是淺層水中有相當(dāng)一部分是咸水、微咸水，其水質(zhì)不宜直接農(nóng)灌和生活飲用，同樣也限制了地下水開發(fā)的速度。

1958～1962年為第二階段。為解決水量少、水質(zhì)差的突出矛盾，開展了機(jī)井建設(shè)，進(jìn)一步開發(fā)地下水資源，以提高抗災(zāi)能力。開發(fā)利用地下水曾在1958年掀起高潮，機(jī)井?dāng)?shù)量由1957年的200多眼增至1959年的2 000多眼。1963～1980年為第三階段。60年代后期，由于遇到連續(xù)干旱，機(jī)井建設(shè)迅速發(fā)展，每年以1 500～2 000眼的速度遞增。到1980年全市機(jī)井總數(shù)增至4.14萬眼，其中淺機(jī)井2.5萬眼，水澆地面積增至143萬畝，造成地下水位大幅度下降。1981～2014年為第四階段。在這個時期機(jī)井每年以1 000眼的速度遞增。到2010年機(jī)井?dāng)?shù)量達(dá)到7.90萬眼，其中淺機(jī)井5.02萬眼。

3淺層地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

衡水市淺層地下水開采分為全淡區(qū)和有咸水區(qū)的淡水區(qū)。全淡區(qū)面積為577.0 km2，包括安平縣、饒陽縣及深州市的少部分；有咸水的淡水區(qū)主要分布在故城縣、景縣等縣(市)，呈零星型分布。全淡區(qū)地下水開采因成井往往為通天管，深淺地下水開采界限不很明顯[3]。2010年衡水市淺層地下水供水量為(包括少量微咸水)5.25億 m3，占地下水總供水量的35.0%。其中淺層淡水開采4.62億 m3，占淺層水總開采量的88.0%；淺層微咸水開采量0.62億 m3，占淺層水總開采量的12.0%。從用途看，淺層地下水主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，生產(chǎn)和工業(yè)沒有采用淺層地下水。從各縣市用水情況看，安平縣開采量最大為1.06億 m3，武強(qiáng)縣最小為0.07億 m3。但是全市現(xiàn)狀條件下淺層淡水限采量為2.43億 m3，年超采量為2.82億 m3。

4淺層地下水動態(tài)變化

4.1采用的監(jiān)測資料

衡水水文局從1968年開始監(jiān)測地下水水位，監(jiān)測井?dāng)?shù)量經(jīng)歷了由少到多，再到平穩(wěn)期的過程。1968～1971年監(jiān)測井?dāng)?shù)每年不足10眼，1972、1973、1974年分別增至17眼、29眼、53眼，1976年突增到122眼，1980年達(dá)到最高為152眼，直到1985年還為146眼；從1986年開始降至83眼，1987、1988年分別為85、87眼，1989～1997年間保持在70～75眼，1998年至今為60眼左右。在發(fā)展過程中存在部分監(jiān)測井淤積、破壞，采用更換鄰井觀測的情況。為了更精確的反映地下水的變化情況，采用當(dāng)年監(jiān)測井實際站網(wǎng)資料進(jìn)行分析，年份選用1968～2014年，全部為人工觀測基本井，除1981～1987年采用少量逐日監(jiān)測井外，其余為五日監(jiān)測井。地下水監(jiān)測工作按《地下水監(jiān)測規(guī)范》中的要求進(jìn)行觀測整編。

4.2地下水位埋深的年際動態(tài)特征

圖1　衡水市淺層地下水平均埋深及降水量動態(tài)變化圖

從圖1看出，淺層地下水位總體呈下降態(tài)勢，平均埋深從1968年的2.23 m下降到2014年的11.58 m，46年累計下降9.35 m，平均每年下降0.20 m。地下水埋深極小值為1969年1.78 m，極大值為2006年11.96 m，最大下降幅度10.18 m。繪制變化趨勢線，1968～2003年下降比率為0.26，2003～2014年地下水位變化趨于水平線。按月份分析，8月份平均月下降最大達(dá)到10.51 m，2月份平均月下降最小為8.36 m，地下水埋深逐漸增大的趨勢在8、9月表現(xiàn)得最為突出。

衡水市年降水量系列呈現(xiàn)出較強(qiáng)的獨(dú)立性，降水量呈遞減趨勢[4]。由于受溫帶大陸性季風(fēng)氣候的影響，降雨量時空分布不均。在降水量充足的年份，由于開采量較少，地下水位埋深下降的趨勢緩慢，反之，降水量稀少時，開采量也隨之增加，導(dǎo)致地下水位埋深下降趨勢明顯。因此，地下水位埋深動態(tài)變化與降水量、開采量的多少關(guān)系密切。然而，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水資源開采量不斷增大，盡管期間地下水位有升有降，但是隨著地下水開采量的不斷增大，采大于補(bǔ)，地下水位總體呈不斷下降的趨勢。近十年，由于引黃濟(jì)衡調(diào)水、引石津灌渠水、大量開采深層地下水等回補(bǔ)淺層地下水，從而使2003～2014年地下水位變化趨于平衡。

4.3地下水位埋深的年內(nèi)動態(tài)特征

圖2　衡水市淺層地下水逐月埋深變化過程圖

從圖2看出，衡水市淺層地下水年內(nèi)動態(tài)變化為單峰型。冬春時節(jié)地下水埋深較淺，夏秋時節(jié)地下水埋深較大。1～3月上旬，雖然降水較少，但此時的地下水開采量也較少，故出現(xiàn)了一年中地下水埋深的最低時期。3月中旬至5月中旬正值小麥春灌期，農(nóng)業(yè)灌溉需水量劇增，此時的降水量仍然較少，因此地下水開采量增加，使地下水埋深上升，地下水位不斷下降。由于延遲效應(yīng)，造成6月份地下水埋深最大。從6月份開始降水量增加，6～9月份降水量占全年降水量的75%以上，能夠基本滿足各項農(nóng)作物的灌溉需水，因此農(nóng)業(yè)灌溉需水量相對較少，地下水埋深慢慢下降，地下水位有所回升。11月冬季灌溉開始，由于灌溉時間分散，沒有造成地下水埋深上升。

4.4地下水位埋深的區(qū)域動態(tài)特征

圖3　2014年淺層地下水埋深等值線圖

選用地學(xué)統(tǒng)計克里格插值法，應(yīng)用Surfer軟件繪制地下水埋深分布圖，如圖3所示。由于長期超采，2014年安平縣、饒陽縣西北部、深州市北部被地下水埋深30 m等值線包圍；棗強(qiáng)縣南半部、故城縣南部被地下水埋深12 m等值線包圍，與邢臺交界處達(dá)到24 m；由于衡水湖濕地效應(yīng)和滏東排河常年蓄水補(bǔ)充地下水，桃城區(qū)、冀州市北部、武邑西北部地下水位最小，被地下水埋深4 m等值線包圍。

由于1968～1973年監(jiān)測井少，不易分析各縣(市)的水位變化，故采用1974～2014年的資料分析。如圖4所示，從行政分區(qū)看，淺層地下水水位下降幅度最大的是安平縣和饒陽縣分別為26.82 m、23.52 m，下降幅度最小的是桃城區(qū)和阜城縣分別為2.02 m、2.15 m。2014年最大埋深站點(diǎn)位于安平縣南王莊鄉(xiāng)中角村、東黃城鄉(xiāng)西南黃城村分別為38.76 m、37.52 m。

按照2001-2010年地下水下降速率的大小，劃分地下水超采區(qū)。安平縣、深州市、饒陽縣三縣市交界一帶為嚴(yán)重超采區(qū)；武強(qiáng)縣東南部、武邑縣北部、阜城縣北部、桃城區(qū)中西部、景縣中東部、冀州市西北部、故城縣城區(qū)一帶為未超采區(qū)；其他區(qū)域為一般超采區(qū)。

圖4　各縣(市)年均淺層地下水埋深對比圖

5地下水位下降引發(fā)的生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題

衡水是我國重要的糧、棉、油主產(chǎn)區(qū)，由于地上水源短缺，人們不斷地抽采地下水，引發(fā)出一系列生態(tài)和地質(zhì)災(zāi)害問題。在淺層地下水分布區(qū)，主要是含水層疏干[5]、形成淺層地下水水位降落漏斗、地面沉降、地裂縫和水質(zhì)惡化。

5.1含水層局部疏干

衡水市淺層水開采區(qū)，上部含水層在重力作用下長期連續(xù)釋水而又得不到充分補(bǔ)給，使水位下降多，回升少，造成上部含水層疏干。衡水市北部的安平縣、饒陽縣、深州市、武強(qiáng)縣、桃城區(qū)西北部，上部淺層水被疏干，疏干深度6～40 m，疏干面積3 045.42 km2。2006～2010年平均疏干厚度2.95 m，5年疏干量6.07億 m3，比2001～2005年增加了1.68億 m3。

5.2淺層地下水位降落漏斗形成

由于長期超采，2014年安平縣、饒陽縣西北部、深州市北部被地下水埋深30 m等值線包圍，漏斗區(qū)面積780 km2，形成嚴(yán)重超采區(qū)。深州縣北半部、棗強(qiáng)縣南半部、安平縣、饒陽縣被地下水埋深14m等值線包圍，漏斗區(qū)面積2 010 km2。

5.3地面沉降、開裂

衡水市地面沉降特點(diǎn)是整體較嚴(yán)重，局部發(fā)展迅速。近十年來，安平縣、深州市累計沉降量大于300 mm的沉降面積為1 677.9 km2，年平均沉降速率30 mm/a。在位于淺層地下水開采區(qū)，地下水位頻繁升降對節(jié)理、裂隙進(jìn)行潛蝕、沖刷，形成地下小空洞，遇有強(qiáng)降水及田間灌溉時，強(qiáng)大水流迅速流入地下，急劇加快沖刷、掏空、搬運(yùn)作用，下部掏空失去穩(wěn)定，從而形成地裂縫。2006～2010 年衡水市共發(fā)生10起地裂縫，其中安平縣4條，深州市1條。安平縣周劉莊地裂縫、郭屯地裂縫主要成因是開采地下水。

5.4水質(zhì)惡化

淺層地下水環(huán)境污染主要是上世紀(jì)80年代至2000年造成，從1994～2003年資料分析結(jié)果，衡水市淺層地下水水質(zhì)普遍較差，絕大多數(shù)為五類水，符合農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)的井占總井?dāng)?shù)的23.6%。2003年以后，淺層地下水的綜合污染指數(shù)也呈逐年上升的趨勢，水質(zhì)逐年惡化。從行政分區(qū)來看，桃城區(qū)、冀州市污染逐步減輕，而安平縣、武強(qiáng)縣污染進(jìn)一步加重。

6對策措施

6.1全面加強(qiáng)水源保護(hù)涵養(yǎng)

通過“控”、“蓄”、“養(yǎng)”，全面加強(qiáng)水源保護(hù)涵養(yǎng)，增強(qiáng)水資源可持續(xù)供給能力?！翱亍本褪且獔詻Q控制地下水超采，劃定禁采和限采范圍、嚴(yán)格用水審批許可、實行總量控制和定額管理，特別要堅決嚴(yán)格限制深水井的開采。“蓄”就是要努力實現(xiàn)雨水洪水資源化，把夏秋季節(jié)的雨水洪水蓄住、留下，用“天上的水”來補(bǔ)充地下水?！梆B(yǎng)”就是要增強(qiáng)水源涵養(yǎng)能力，全面推進(jìn)生態(tài)建設(shè)，努力擴(kuò)大森林、草原、河流、湖泊、濕地、灘涂等面積，構(gòu)建水生態(tài)安全保障體系。

衡水市可對7 000多座坑塘實施清淤擴(kuò)容整治，實施河渠蓄水、水系連通等工程，在輸水渠道沿線及蓄水坑塘周邊，重點(diǎn)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)灌溉工程，確保外調(diào)水和過境水引得來、蓄得住、用得好。景縣全縣有890個坑塘，完工后能蓄水2 500萬到3 000萬 m3，預(yù)計到2020年能蓄水8 000萬 m3。

6.2提高節(jié)水意識，積極推進(jìn)水價改革

要高度重視體制機(jī)制創(chuàng)新，積極推進(jìn)水價改革，使水價反映水資源稀缺程度。要充分利用市場機(jī)制，調(diào)動社會力量參與地下水超采治理，促進(jìn)各行各業(yè)節(jié)約用水，建設(shè)節(jié)水型社會。要真正落實最嚴(yán)格的水資源管理制度，重點(diǎn)實行地下水開采總量控制，制定地下水控制水位。要重點(diǎn)加強(qiáng)超采區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測，建立健全地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，提高科學(xué)管理水平。加大宣傳，提高全民節(jié)水意識。

根據(jù)衡水市桃城區(qū)用水實際，以總量控制定額管理為核心，以農(nóng)業(yè)節(jié)水為重點(diǎn)，以水價調(diào)節(jié)為手段，提出了“一提一補(bǔ)”節(jié)水激勵機(jī)制[6]。“一提一補(bǔ)”節(jié)水激勵機(jī)制體現(xiàn)了多用水受罰、少用水受獎的激勵節(jié)水理念，充分利用價格杠桿，調(diào)動了農(nóng)戶節(jié)水積極性，使農(nóng)戶從“要我節(jié)水”變?yōu)椤拔乙?jié)水”，為農(nóng)業(yè)水價改革探索了一條新途徑。

6.3多方開源，調(diào)水補(bǔ)源

要解決地下水超采問題，多方調(diào)水才能從根本上解決問題。衡水市可從黃河、石津渠、長江、衛(wèi)運(yùn)河四處調(diào)水。采用位山引黃線路年均可從黃河引水5 000萬 m3，石津渠每年可引水1.3億 m3，引江調(diào)水年均可供水3億 m3，在衛(wèi)運(yùn)河水量充配的情況下也可引水。

6.4調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，推進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)用水占社會總用水量的70%以上，小麥又占農(nóng)業(yè)用水量的近70%。應(yīng)積極調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，適當(dāng)壓減冬小麥面積，改種玉米、棉花、花生、油葵、雜糧等低耗水農(nóng)作物，鼓勵改種青貯玉米、苜蓿等飼草作物，還可推廣節(jié)水60%的抗旱節(jié)水新品種小麥，但應(yīng)根據(jù)農(nóng)業(yè)的實際情況來定?？蛇M(jìn)行咸淡混澆[7-8]、微噴滴灌、覆膜滴灌等節(jié)水做法，通過擴(kuò)挖農(nóng)村廢舊坑塘集雨，設(shè)施蔬菜棚室配建集雨池等措施，合理利用“天上水”。

總之，衡水市徹底改善用水環(huán)境的道路還很漫長。但有黨和國家的大力支持，有人民群眾的理解，一定能夠使區(qū)域生態(tài)用水環(huán)境實現(xiàn)根本轉(zhuǎn)變。

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Analysis of Shallow Groundwater Dynamic Characteristics in Hengshui City in Recent 50 Years

WU Jing-feng，HAO Yue-ying

(Hengshui Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Hebei province，Hengshui 053000，China)

Abstract:Since 1950s. According to the Observational data of shallow groundwater depth in Hengshui City from 1968 to 2014, It’s the analysis of groundwater level dynamic processin in the region in recent 50 years. It's a conclusion that the groundwater level dropped by 9.35m, that the groundwater depth reached 32.6m in Anping County. Using geostatistics Kriging interpolation method, application of surfer software drawing groundwater buried depth distribution map. Analysis of regional distribution characteristics and variation of groundwater depth over the years. Analysis of the impact of the groundwater level fall to the ecological environment, and put forward the effective measures to strengthen the protection of water resources, and so on.

Key words:Hengshui；shallow groundwater；dynamic change；regional distribution characteristics and Countermeasures

[中圖分類號]P641.74

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)02-0078-03

[作者簡介]吳景峰(1978-)，男，河北正定人，高級工程師，主要從事水文資料整編、水文水資源分析計算工作。

[收稿日期]2015-10-28