成都平原淺層地下水水位動(dòng)態(tài)變化

蔣文武

摘要：文章基于ARCGIS技術(shù)，運(yùn)用水文地質(zhì)學(xué)方法在疊加合成地下水動(dòng)態(tài)類型分區(qū)圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處的位置，分析各個(gè)觀測(cè)孔水位宏觀動(dòng)態(tài)變化特征，將成都平原地下水觀測(cè)點(diǎn)分為中部地下水淺埋區(qū)入滲—蒸發(fā)—開(kāi)采型、中部平原開(kāi)采型、山前側(cè)向補(bǔ)給入滲—徑流型、側(cè)向補(bǔ)給—蒸發(fā)型4大地下水動(dòng)態(tài)類型，在此基礎(chǔ)上分別論述各類型區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特征，提高了對(duì)成都平原地下水資源演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，為未來(lái)布置觀測(cè)孔的選址提供參考依據(jù)。

Abstract： Based on the ARCGIS technology and based on the superposition of dynamic zoning map of groundwater and the location of monitoring points， this paper analyzes the macro dynamic characteristics of each observation hole water level by using the method of hydrogeology. The groundwater observation points in Chengdu Plain are divided into middle groundwater shallow groundwater infiltration- evaporation-mining type， the central plains mining type， the piedmont lateral recharge infiltration runofftype， lateral recharge-evaporation type of four groundwater dynamic types， on the basis of which are discussed in various types of groundwater dynamic changes of characteristics， improve the understanding of the evolution of groundwater resources in Chengdu Plain， and provide a reference for the future location of observation holes.

關(guān)鍵詞：成都平原;淺層地下水;動(dòng)態(tài)分區(qū)

Key words： chengdu plain;shallow groundwater;dynamic region

中圖分類號(hào)：P641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）13-0233-05

0 引言

地下水動(dòng)態(tài)是地下水的數(shù)量和質(zhì)量在降水、地表徑流等自然因素和人類開(kāi)采活動(dòng)等人為因素影響下隨時(shí)間的變化過(guò)程[1]。國(guó)外學(xué)者曾將地下水動(dòng)態(tài)分為氣候組，水文組，與人類活動(dòng)組3個(gè)大組，按照水動(dòng)力特征將潛水動(dòng)態(tài)劃分為分水嶺型、沿岸型、山前型、巖溶型和凍結(jié)型4種類型[2]。我國(guó)學(xué)者王大純?cè)诳紤]地下水動(dòng)態(tài)影響因素的情況下，將地下水動(dòng)態(tài)類型劃分為天然動(dòng)態(tài)類型與人類活動(dòng)影響下兩大類，并將天然動(dòng)態(tài)類型根據(jù)潛水與承壓水所具有的不同補(bǔ)排泄方式以及水資源交替程度分別進(jìn)行劃分[3]。楊玲媛等人將張掖盆地按水文地質(zhì)條件將地下水動(dòng)態(tài)進(jìn)行分區(qū)，并總結(jié)了區(qū)內(nèi)多年地下水水位、儲(chǔ)量的時(shí)空變化規(guī)律[4]。王仕琴等人結(jié)合區(qū)域影響地下水動(dòng)態(tài)類型的主要因素，將華北平原地下水動(dòng)態(tài)分區(qū)[5]。近年來(lái)，成都市區(qū)地下水水位由1～3m下降到10～20m，都江堰供水區(qū)年缺水量達(dá)12億m3[6]。為了地下水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)，在成都平原開(kāi)展了地下水資源評(píng)價(jià)。

在水文地質(zhì)測(cè)繪中，遙感和地理信息系統(tǒng)（GIS）被越來(lái)越多的人運(yùn)用[7]?，F(xiàn)如今，許多人在地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)中應(yīng)用遙感和GIS高效的完成了水文地質(zhì)評(píng)價(jià)[8-11]。因此，本次采用遙感和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，對(duì)成都平原地下水動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析。本文在分析成都平原多年地下水動(dòng)態(tài)資料，在運(yùn)用遙感和地理信息（GIS）的技術(shù)下，考慮研究區(qū)地下水動(dòng)態(tài)特征及其影響因素，通過(guò)加權(quán)疊加整合到GIS平臺(tái)中分析，劃分不同類型地下水動(dòng)態(tài)。對(duì)今后合理開(kāi)發(fā)地下水資源，發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)有著十分重要的意義。

1 研究區(qū)基本情況與地下水水位監(jiān)測(cè)

1.1 成都平原基本概況

成都平原范圍北起安縣秀水，南至蒲江、彭山青龍，西臨都江堰、邛崍市，東界德陽(yáng)、成都，為NNE向，長(zhǎng)約200km，均寬42km，總面積8464km2，狀若菱形，是西南地區(qū)最大的第四系堆積平原[12]。

成都平原坐落于四季分明的暖濕亞熱帶太平洋東南季風(fēng)氣候區(qū)，降雨量豐沛，年均降雨量達(dá)1010mm[13]。但降雨時(shí)間分布極不均一，多集中于6～9月，約占全年降雨總量的50～60%，7、8月更甚，均大于200mm;冬春季節(jié)，即每年的12月～翌年3月降雨最少，約占全年降雨總量的3%。降雨是研究區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給水源之一，也是影響地下水動(dòng)態(tài)的主導(dǎo)因素。另外，該地區(qū)多年平均蒸發(fā)量達(dá)800～950mm，5～8月較大，12～2月較小。

成都平原，周邊為中、低山、丘陵臺(tái)地環(huán)繞，構(gòu)成盆地地貌景觀。平原本部地形平坦，地面高程730～460m，由北西向南東傾斜，地面比降11～3‰[14]，如圖1。

成都平原內(nèi)水系發(fā)育，河流密布，主要可劃分為沱江水系、岷江水系以及西河片區(qū)，各水系從西北部各大小山口流入平原，后呈扇狀分流。沱江水系流經(jīng)平原東北部后最終匯于金堂趙鎮(zhèn)并流出區(qū)外，岷江水系和西河片區(qū)則流經(jīng)平原中部和西南部后匯于新津縣流出區(qū)外[12]。境內(nèi)各水系情況見(jiàn)圖2。

1.2 地下水水位監(jiān)測(cè)

成都平原地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作從1978年開(kāi)始，觀測(cè)點(diǎn)逐年有所調(diào)整，共700余孔第四系潛水井，監(jiān)測(cè)區(qū)面積6473km2?，F(xiàn)有資料相對(duì)完整監(jiān)測(cè)點(diǎn)62個(gè)（圖1），基本控制了成都平原平壩主體。

2 地下水動(dòng)態(tài)影響因素及分區(qū)

2.1 地下水動(dòng)態(tài)影響因素

地下水水位動(dòng)態(tài)的影響因素可以分為兩類：一類是改變地下水的質(zhì)量與數(shù)量（包括自然或人為的補(bǔ)給、排泄和人工回水等）的因素。另一類是僅僅改變含水層的彈性狀態(tài)，包括大氣壓力的改變，疾風(fēng)作用，太陽(yáng)及月亮的引力變化，地面負(fù)載的增減，列車通過(guò)，巖石開(kāi)挖等等，由水量增減所引起的地下水動(dòng)態(tài)的變化主要表現(xiàn)于淺層地下水。除深層開(kāi)采外，第一類則與地下水均衡要素一致，它們與地區(qū)下墊面性質(zhì)、包氣帶厚度及巖性、含水層的水文地質(zhì)條件等有關(guān);第二類則決定于含水層的封閉條件，巖石彈塑性或巖石壓力傳導(dǎo)性質(zhì)，水的物理性質(zhì)等[15]。本文暫不考慮第二類，主要探討第一類變化特征。

2.2 地下水動(dòng)態(tài)分區(qū)

地下水動(dòng)態(tài)類型分區(qū)主要從地形地貌、地下水埋深、開(kāi)采模數(shù)及河流湖泊因素，利用四種要素進(jìn)行疊加得到地下水動(dòng)態(tài)分區(qū)圖（圖5）。共劃分了312個(gè)不同類型的地下水動(dòng)態(tài)分區(qū)，但對(duì)目前有限的地下水監(jiān)測(cè)孔來(lái)說(shuō)，分析過(guò)于復(fù)雜。

本次從監(jiān)測(cè)孔代表地下水動(dòng)態(tài)類型的角度，選取空間分布上差異較大的影響因素，將對(duì)水位動(dòng)態(tài)變化有明顯影響的因素進(jìn)行加權(quán)疊加，主要影響因素包括：影響徑流補(bǔ)給條件的地形地貌條件（圖1）、影響入滲以及蒸發(fā)的地下水埋深（圖3）、區(qū)域開(kāi)采潛力、地下水集中開(kāi)采漏斗區(qū)（圖4）以及河流湖泊（圖2），確定分區(qū)圖。采用專家打分法[16]，根據(jù)不同分區(qū)對(duì)地下水動(dòng)態(tài)影響程度的不同，確定影響程度級(jí)別（表1），級(jí)別3表示影響程度最小，級(jí)別2稍大，級(jí)別1影響程度大。在ArcMap 10.0軟件中將各分區(qū)加權(quán)疊加，可以得到地下水動(dòng)態(tài)影響因素分區(qū)疊加圖（圖5）。圖5中斑塊綜合了幾種影響因素，根據(jù)監(jiān)測(cè)孔所在位置和地下水動(dòng)態(tài)特征可將地下水動(dòng)態(tài)分為四個(gè)大的類型：即中部地下水淺埋區(qū)入滲—蒸發(fā)—開(kāi)采型動(dòng)態(tài)（a）、山前側(cè)向補(bǔ)給入滲—徑流型動(dòng)態(tài)（b）、中部平原開(kāi)采型動(dòng)態(tài)（c）、側(cè)向補(bǔ)給—蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)（d）（圖5）。

3 成都平原地下水動(dòng)態(tài)變化

通過(guò)以上地下水的動(dòng)態(tài)分區(qū)，結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處的位置，分析各個(gè)觀測(cè)孔水位宏觀動(dòng)態(tài)變化特征，以下僅選取了各區(qū)內(nèi)部分典型觀測(cè)孔作為代表分別論述各類型區(qū)地下水宏觀動(dòng)態(tài)變化特征。

3.1 中部地下水淺埋區(qū)入滲—蒸發(fā)—開(kāi)采型動(dòng)態(tài)

位于中部沖洪積平原區(qū)地下水位埋深較淺的區(qū)域，地下水開(kāi)發(fā)利用程度較低，因此地下水水位動(dòng)態(tài)受到降水入滲和蒸發(fā)排泄的雙重作用。最低水位出現(xiàn)在地下水蒸發(fā)強(qiáng)烈，且降水量較少的枯水季節(jié)，到了夏季，地下水水位受降水的補(bǔ)給迅速抬升。如42號(hào)監(jiān)測(cè)孔，地下水水位在每年的10月至次年的4月，處于最低值，6～8月，地下水水位受降雨的補(bǔ)給迅速抬升。此外42號(hào)監(jiān)測(cè)孔水位在2006、2007年突降，這與成都市區(qū)附近修建地鐵，有密切關(guān)系。該地下水動(dòng)態(tài)類型為入滲—蒸發(fā)—開(kāi)采型。

3.2 山前側(cè)向補(bǔ)給入滲—徑流型動(dòng)態(tài)

位于山前沖洪積扇以及山前沖洪積平原地帶，屬于山區(qū)至平原區(qū)的過(guò)渡帶。如1號(hào)監(jiān)測(cè)孔，最低水位出現(xiàn)在每年2～5月。6～8月降水量增大，由于地形坡度較大，含水層滲透性好，該區(qū)地下水水位受到山區(qū)含水層側(cè)向補(bǔ)給的作用明顯，水位上漲，加上山前徑流條件好，高水位可以持續(xù)至翌年1月份。水位變幅及方差大，如位于1號(hào)孔水位變幅和方差最大分別為6.49m和0.92m。監(jiān)測(cè)孔位于山前沖洪積扇地帶，入滲能力強(qiáng)，地下水埋深較大，地形坡度大，徑流量大，因此地下水水位波動(dòng)性大。該地下水動(dòng)態(tài)類型為入滲—徑流型。

3.3 中部平原開(kāi)采型動(dòng)態(tài)

主要分布于開(kāi)采量大德陽(yáng)降落漏斗一帶，此區(qū)域地表硬化程度較高，地下水埋深較大，降雨影響很小，水位的變化與開(kāi)采量大小關(guān)系密切。地下水水位與降雨量變化趨勢(shì)無(wú)明顯關(guān)聯(lián)，人為開(kāi)采影響特征明顯，如61號(hào)監(jiān)測(cè)孔，在1～3月開(kāi)采量較小，水位持續(xù)上升，在3月水位最高，到4月需水量增大，水位大幅度下降，5～6月開(kāi)采量減小，隨著降雨量的增加水位開(kāi)始回升，7月用水量增大，即使降雨量增加，地下水水位下降。到8月開(kāi)采量減小，水位開(kāi)始回升。地下水水位動(dòng)態(tài)屬于開(kāi)采型。

3.4 側(cè)向補(bǔ)給—徑流型動(dòng)態(tài)

位于沱江影響帶附近，沱江直接對(duì)兩岸的地下水產(chǎn)生補(bǔ)給，地下水水位隨著沱江水位的變化而變化。例如11號(hào)觀測(cè)孔，距離沱江近，且含水層滲透性強(qiáng)，每年的1月至6月水位受沱江補(bǔ)給，持續(xù)上漲，隨著農(nóng)業(yè)以及灌溉回滲補(bǔ)給作用會(huì)有一些小的波動(dòng)，7月至9月，水位隨沱江水位出現(xiàn)緩落的現(xiàn)象，至10月水位再次上漲，全年共出現(xiàn)兩個(gè)峰值。地下水位的大幅變化主要發(fā)生在洪水季節(jié)，其他時(shí)間在沱江不斷流的情況下可以得到常年的補(bǔ)給，水位變幅和方差分別為6.05m和0.37m。地下水動(dòng)態(tài)為側(cè)向補(bǔ)給—蒸發(fā)型。

4 總結(jié)

①成都平原地下水動(dòng)態(tài)受水文氣象、地質(zhì)、水文地質(zhì)以及人類活動(dòng)等因素的影響，整體上體現(xiàn)為入滲—蒸發(fā)—開(kāi)采排泄型，地下水動(dòng)態(tài)變化與水均衡的影響一致。

②本次研究綜合地下水動(dòng)態(tài)主要影響因素，利用ArcMap10.0軟件將各影響因素進(jìn)行疊加，得到綜合分區(qū)圖。根據(jù)綜合分區(qū)圖個(gè)影響因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)影響程度，結(jié)合研究區(qū)監(jiān)測(cè)孔所在位置，以及地下水動(dòng)態(tài)變化特征，將成都平原地下水分為4個(gè)大的動(dòng)態(tài)類型區(qū)，即中部地下水淺埋區(qū)入滲—蒸發(fā)—開(kāi)采型動(dòng)態(tài)、中部平原開(kāi)采型動(dòng)態(tài)、山前側(cè)向補(bǔ)給入滲—徑流型動(dòng)態(tài)、側(cè)向補(bǔ)給—蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)類型區(qū)。

③由于研究區(qū)受區(qū)域地質(zhì)、開(kāi)采、水位埋深、水文地質(zhì)等諸多因素影響，導(dǎo)致水位變化具有明顯差異性。因此，將研究區(qū)地下水動(dòng)態(tài)進(jìn)行分區(qū)，分析不同分區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特征可提高對(duì)研究區(qū)地下水資源演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，為未來(lái)布置觀測(cè)孔的選址提供參考依據(jù)。

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