太原盆地地下水動態(tài)特征分析

王勝利 苗春燕

摘 要：利用多年地下水動態(tài)資料、系統(tǒng)分析了地下水動態(tài)變化規(guī)律、為合理開采地下水資源、環(huán)境治理提供科學的依據(jù)。

關鍵詞：地下水水位；變化規(guī)律；動態(tài)特征分析

中圖分類號：P641.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）18-0147-03

1 研究區(qū)概況

太原盆地位于山西省中部，太行山與呂梁山之間，盆地四周均為丘陵和山區(qū)環(huán)繞。東部山區(qū)屬太行山系，西部山區(qū)屬呂梁山系。盆地總體呈北東向展布，位于東徑111°35′-112°59′，北緯36°50′-38°15′，包括太原市（六城區(qū)、陽曲縣和清徐縣）、晉中市（榆次區(qū)、太谷縣、祁縣、介休市和平遙縣）及呂梁市（文水縣、交城縣、汾陽市和孝義市）盆地區(qū)域，總面積約為6195km2。

太原盆地屬大陸性半干旱氣候區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季多雨，春秋短暫，冬春風沙，晝夜溫差大，日照充足。調查區(qū)12個站多年平均降水量（統(tǒng)計年限1985-2003年）為396-463mm，總的分布規(guī)律是南部多于北部，邊山區(qū)多于盆地中央。多年平均降水量小于400mm的地區(qū)分布于盆地中部沖洪平原區(qū)；靠近邊山的榆次長凝、介休、文水等地，其多年平均降水量在450mm以上；其它地區(qū)多年平均降水量為400-450mm。與上世紀八十年代中期比較，本區(qū)多年平均降水量有減少趨勢。降水量的年內分布不均，夏季最多，秋季次之，冬季最少。夏季（6-8月）降水量最多，占全年降水量55-60%；冬季（12-2月）降水量最小，僅占全年降水量的2-3%；春季（3-5月）降水量占全年降水量的15%左右；秋季（9-11月）降水量占全年降水量的22-28%。但冬季蒸發(fā)少，春旱表現(xiàn)突出。

根據(jù)太原盆地12個站長系列氣象資料，本區(qū)多年蒸發(fā)量為降水量的3.7倍。冬季蒸發(fā)量為降水量的15倍左右，春季為9倍以上。夏季蒸發(fā)量為降水量的2倍左右，冬、春兩季較為干旱。

2 水文地質條件

山西主要由山地、丘陵及山間盆地構成，山地環(huán)繞四周，中部為一系列總體呈舒緩的“S”形且不對稱的新生代斷陷盆地組成，太原盆地是其中之一，盆地周邊輪廓呈不規(guī)則的多邊形，四周為黃土丘陵和基巖山地，山區(qū)碎屑巖、碳酸鹽巖廣布。在構造、風化及地下水等因素的綜合作用下，巖石產(chǎn)生裂隙和巖溶，為地下水儲存創(chuàng)造了條件，山區(qū)因風化、機械破碎等因素形成的碎屑物質被流水攜帶到盆地中堆積起來，形成了巨厚的新生代松散巖層。它們孔隙發(fā)育，互相連通，補給條件好，蘊藏著豐富的孔隙水。

根據(jù)含水介質的組合結構、巖性特征、性質與地下水賦存條件，可將區(qū)內地下水劃分為以下五種類型：碳酸鹽巖裂隙巖溶水、碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙水、碎屑巖裂隙水、基巖裂隙水（包括變質巖和火成巖）、松散巖類孔隙水。

2.1 松散巖類孔隙水動態(tài)特征

近年來，由于受大氣降水及人類活動的影響，太原盆地地下水水位和水量發(fā)生了不同程度的變化。根據(jù)影響地下水位動態(tài)的主要因素、作用程度及地下水位動態(tài)特征，并結合水文地質條件和地下水均衡要素，太原盆地松散巖類孔隙水動態(tài)類型按埋藏深淺大致可劃分為兩類六種，第一類為淺層地下水位動態(tài)，分為水文開采型、入滲—蒸發(fā)型、入滲—開采—徑流型、開采動態(tài)型；第二類為中深層地下水位動態(tài)，分為天然徑流型和徑流開采型。

2.2 淺層孔隙水動態(tài)特征

淺層孔隙地下水水位動態(tài)主要受大氣降水、人工開采、側向徑流等因素的制約，是多種因素綜合影響的結果，表現(xiàn)為水位隨季節(jié)及氣象呈周期性變化。一般每年的3、4月份開始進入枯水季節(jié)，這期間降水稀少，農(nóng)田灌溉需大量開采淺層地下水，致使水位迅速下降，一直持續(xù)到6、7月份；7月進入雨季，地下水開采量有所減少，降水入滲集中，致使水位急劇回升，由于降水入滲的滯后補給及側向徑流的補給作用，使地下水位高水位期一直持續(xù)到次年的1、2月份，并出現(xiàn)全年的最高水位。本區(qū)的動態(tài)類型可概括為以下幾種類型。

（1）水文開采型：主要分布于汾河沖積平原區(qū)，水位埋深一般小于5m，淺層水水位動態(tài)主要受降水、汾河流量、春灌解凍和開采的影響，一般每年出現(xiàn)2次高水位，即3月和10月。12月至1月水位較低。近年來少有集中開采，水位年變幅很小，一般小于2m，地下水水位動態(tài)較為穩(wěn)定而稍有下降。

（2）入滲—蒸發(fā)型：主要位于地下水埋深較小的沖洪積平原區(qū)，地下水徑流微弱，開采強度較小時，水位動態(tài)主要受降水、地表水灌溉入滲和潛水蒸發(fā)制約，次降水或灌溉后較快獲得補給，水位上升，隨后受蒸發(fā)而緩慢消退，一般水位比較穩(wěn)定，過程線呈波浪型。

（3）入滲—開采—徑流型：主要分布于開采強度中等，補給條件較好的傾斜平原區(qū)，其水位埋深在10m左右，明顯受開采、降水、地表水灌溉影響，地下水位過程線呈V字型或U字型。一般前一年冬灌停止后水位逐漸上升至當年春灌前的3-4月，出現(xiàn)高水位值，春灌（3-6月或4-7月）為一年內開采強度最大時期，開采量占全年開采量的50-80%，該時段水位急劇下降，出現(xiàn)年內水位最低值。雨季由于獲得補給，開采量減少，水位恢復上升，年內水位動態(tài)下降恢復過程明顯。

（4）開采動態(tài)型：主要位于開采強度大的城區(qū)及漏斗區(qū)，地下水主要受開采的控制，水位下降速率達1-5m/a，并呈逐年下降趨勢。降水量、開采量的增減只改變地下水下降速率，并沒有改變其下降趨勢，地下水位過程線反映的是連續(xù)下降。該類淺層水井主要分布在深層水位下降漏斗區(qū)或漏斗邊緣，雖然淺層開采量小，但由于大量抽取深層水，使深層水水位遠低于淺層水水位，且深淺層水之間隔水層不良，加之人為的破壞，使得淺層水越流補給深層水，導致淺層水位逐年降低，部分淺層水被疏干。

2.3 中深層孔隙水動態(tài)特征

中深層孔隙水水位動態(tài)受側向徑流、淺層水越流補給和人工開采的綜合制約，水位變化不直接受降水和蒸發(fā)的影響。按其動態(tài)特征可劃分為天然徑流型和徑流開采型兩種類型。

（1）天然徑流型：主要位于徑流條件較好的黃土臺塬和傾斜平原區(qū)，中深層孔隙水開采量較小，年水位變幅較小，一般在1-4m。其特征是地下水埋深較大，降水入滲有一定的影響，但不顯著，地下水動態(tài)曲線為一條波動不大的曲線。

（2）徑流—開采型：主要分布在東、西山傾斜平原中部，如太原市TS003觀測孔，由于長期受開采影響，補給條件不太好，其年內水位呈緩慢下降趨勢，從歷年水位過程線來看，水位一直處于下降趨勢。

2.4 碳酸鹽巖類巖溶裂隙水動態(tài)特征

地下水動態(tài)觀測資料表明，巖溶地下水一般均處于區(qū)域性緩慢下降狀態(tài)，水位下降幅度各含水巖系大小不一，泉水流量也呈逐年衰減趨勢。在一個泉域內巖溶地下水從補給到排泄區(qū)動態(tài)變化規(guī)律性明顯。補給區(qū)巖溶地下水水位埋深一般大于300m，水位變化幅度隨季節(jié)的變化，一般汛期水位上升，枯水期水位下降，年水位變幅8-15m，大者可達20m左右；逕流區(qū)水位埋深150-300m，受降水季節(jié)變化不太明顯，水位變化具滯后期，多在汛期1-2個月后水位上升，上升期短于下降期，年水位變幅2-5m；排泄區(qū)水位年自然變幅一般小于1m，因人為影響因素加劇，水位變幅增大。

（1）蘭村泉域巖溶水：1957年前泉水最大流量為4.5m3/s，1957年蘭村水廠投產(chǎn)，1957-1969年間同期水位標高基本穩(wěn)定在814m。1970-1981年水位下降1.3m，1982-1986年水位下降2.2m，年均下降0.44m，1987年以來巖溶水位呈直線下降狀態(tài)。1987-2006年20年水位下降34.4m，下降速率為1.72m/a，原因除蘭村水源地開采量增加外，與西張水源地孔隙水的超采襲奪了部分巖溶水資源有關，另外與東山棗溝水源地的開采巖溶水也有關。08年開始由于開采量小于補給量，水位有較好地恢復，呈回升趨勢。

（2）晉祠泉域巖溶水：天然狀態(tài)下由山區(qū)向邊山山前地帶徑流，在晉祠形成徑流排泄中心。難老泉水出露標高為802.59m，1954-1958年，泉流量最大2.18m3/s，最小1.72m3/s。從六十年代初到七十年代末，太化在泉域內晉祠后山鑿井10眼，開采量0.08m3/s；邊山一帶有工農(nóng)業(yè)開采井44眼，泉水流量減少至0.66m3/s，致使圣母、善利兩泉斷流；八十年代以來，有巖溶水開采井58眼，開采量達1.157m3/s；加上西山礦務局白家莊礦701工程排水，排水量達1.53 m3/s，同時還有各級各類煤礦297個，排水量達0.76m3/s，導致巖溶水位普遍下降2-3m，至1994年4月30日，難老泉斷流，1996年水位低于泉口3m。晉祠泉開采量與泉流量關系見圖1。

（3）太原東山巖溶水：1987年棗溝水源地投產(chǎn)后，巖溶水位即開始大幅度下降，如TY010觀測孔，1988-2008年水位下降33m，年均下降1.57m；09年6月至11年底地下水出現(xiàn)回升，上升了6m。此外，巖溶水關井壓采前后水位下降速率是不同的，關井壓采后水位下降速率減緩。2001年平均水位標高784.81m，2003年平均水位標高780.27m，2年水位下降4.54m，下降速率為2.27m/a，2007年平均水位標高778.13m，4年水位下降2.14m，下降速率0.54m/a，水位下降減緩。就其原因，一是開采結構的調整，二是關井壓采，深層孔隙水水位升高，其與巖溶水水位差減小，巖溶水向上越流量減少造成。

2.5 影響地下水位動態(tài)主要因素分析

地下水動態(tài)在天然狀態(tài)下受大氣降水和蒸發(fā)控制，但在開采條件下，則受自然與人為因素的影響。根據(jù)本區(qū)水文地質條件及地下水開發(fā)利用狀況，地下水動態(tài)主要受開采和降水的控制，雨季開采量小，地下水位回升；而枯期開采量大，地下水位下降；部分地區(qū)集中過量開采地下水，形成降落漏斗。下面主要討論降水量及開采量對地下水位的影響。

2.5.1 降水量影響因素

降水量是地下水的主要補給來源，降水量的大小直接或間接影響地下水位的升降變化。淺層水反映較為敏感。近幾十年來，降水量偏少，地下水補給量減少，開采量逐年增加，區(qū)域地下水位也呈持續(xù)下降趨勢；在采取相關措施減少地下水開采量條件下，地下水水位才逐步實現(xiàn)止降回升。項目區(qū)多年年內降水主要集中于汛期6-8月，據(jù)統(tǒng)計占全年降水量的55-60%，一般年份從5月開始降水逐漸增多，到7月出現(xiàn)降水高峰，之后降水逐漸減少。因淺層水補給較為充分，淺層水水位從6月開始水位升高，到8月出現(xiàn)最高水位，之后水位也逐漸降低；相反，降水量偏少的月份，其地下水水位也偏低，水位動態(tài)與降水動態(tài)極其相似，只是水位動態(tài)滯后降水約1個月。這充分顯示了降水對地下水動態(tài)的影響特征。

2.5.2 開采量影響因素

地下水開采是地下水的主要消耗途徑之一，開采量的大小直接影響地下水位的升降變化。據(jù)資料統(tǒng)計，80年代以來太原盆地地下水開采量呈遞增趨勢，過量抽取地下水使地下水資源得不到有效的補給和恢復，從而造成區(qū)域地下水位持續(xù)下降。

近年來，太原盆地采取了關停自備井、禁采地下水和循環(huán)利用等一系列措施，減少了地下水開采量，地下水位持續(xù)下降的趨勢得到遏制，開始平穩(wěn)回升。2003年太原盆地實行引黃入晉，太原市分三期實施關井壓采工程，累計關閉自備井396眼，壓縮地下水開采量35.3萬m3/d。實行關井壓采后，太原市孔隙地下水開采量由20多萬立方米/年壓縮了16萬m3/a，基本實現(xiàn)采補平衡，地下水資源得到涵養(yǎng)，地下水位持續(xù)回升。2008年以來，太原盆地地下水水位每年平均上升約1m，汾河流域地下水每年平均上升3-4m。目前，汾河全河段已實現(xiàn)全年不斷流，流域水生態(tài)環(huán)境明顯改善，地下水位最高回升16.17米。斷流10年的清徐縣平泉村“不老泉”于2011年9月份復流，晉源區(qū)天龍山瀑布景觀重現(xiàn)。

3 結論與建議

（1）淺層孔隙地下水水位動態(tài)主要受大氣降水、人工開采、側向徑流等因素的制約，是多種因素綜合影響的結果，表現(xiàn)為水位隨季節(jié)及氣象呈周期性變化。

（2）深層孔隙水水位動態(tài)受側向徑流、淺層水越流補給和人工開采的綜合制約，水位變化不直接受降水和蒸發(fā)的影響，由于深層孔隙水的大量開采，水位呈下降趨勢；2003年、2008年兩次關井壓采以來，關井壓采區(qū)域地下水水位得以較好恢復。

（3）巖溶地下水一般均處于區(qū)域性緩慢下降狀態(tài)，水位下降幅度各含水巖系大小不一，泉水流量也呈逐年衰減趨勢。

在本次監(jiān)測的基礎上，應該進一步加強地下水的監(jiān)測工作，每年開展一次地下水水位、水量、水質統(tǒng)測，以掌握太原盆地地下水動態(tài)變化規(guī)律，應該在已有的監(jiān)測站網(wǎng)的監(jiān)測基礎上，逐步來完善地下水技術方面和新的監(jiān)測網(wǎng)站的檢測，提高太原盆地地下水動態(tài)監(jiān)測水平和預測能力，這是今后地下水動態(tài)監(jiān)測的主要目的。

綜上所述，在地下水過量開采與區(qū)域性干旱氣候的影響下，太原盆地內的地下水位持續(xù)下降，在采取相關措施減少地下水開采量條件下，地下水水位逐步實現(xiàn)止降回升，所以太原盆地地下水動態(tài)主要受地下水開采的影響，其次是降水影響。

參考文獻

[1]地下水動態(tài)監(jiān)測規(guī)程（中華人民共和國地質礦產(chǎn)行業(yè)標準）Dzt0133-1994[S].

[2]中國地質出版局.水文地質手冊（第二版）[M].地質出版社，2012.