乾安縣地下水位動態(tài)變化特征及成因分析

王雅男，孫艷玲，張麗玲

吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102

0 引言

研究區(qū)乾安縣地表水資源貧乏。目前，主要取水水源為地下水，隨著近年來居民生活以及工農(nóng)業(yè)用水需求量的增加，研究區(qū)地下水位呈現(xiàn)整體下降趨勢。依據(jù)觀測數(shù)據(jù)，研究區(qū)2016年地下水位與建井始測值相比，平均下降5.77 m。特別是乾安鎮(zhèn)集中開采區(qū)觀測井，年內(nèi)平均地下水位埋深達到16.62 m，與建井始測值相比，下降7.15 m，下降幅度較大。

地下水動態(tài)是外界因素對地下水系統(tǒng)影響的綜合反映，通過地下水動態(tài)的分析，可以了解人類活動和氣候條件對地下水系統(tǒng)影響程度、變化趨勢和變化幅度等，是人類認識自然界的一個重要手段[1-2]。因此，本文選取代表性潛水和承壓水觀測井對地下水位動態(tài)變化特征及影響因素進行分析，對合理開發(fā)利用地下水資源具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省西北部，地處松嫩平原腹部，東與前郭羅斯蒙古族自治縣毗鄰，西南部與長嶺縣相接，西接通榆縣，北與大安市相連，交通條件十分便利。區(qū)內(nèi)地形平坦開闊，地勢西南高東北低。西南多為崗地，中部以沖湖積低地為主，東北部地勢低平，海拔標高130～140 m。

研究區(qū)屬中溫帶干旱—半干旱大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱降雨集中，秋季少雨溫差大，冬季寒冷而漫長。多年平均氣溫 4.6 ℃，降雨量415.53 mm，蒸發(fā)量1 849.01 mm。

研究區(qū)屬于松花江流域，境內(nèi)無江無河，只有73個泡沼，多為堿泡，泡沼蓄水量越來越少，全區(qū)地表水資源是非常貧乏的。目前，主要取水水源為地下水(圖1)。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)簡圖Fig.1 Hydrogeological sketch of the study area

2 地下水賦存特征

研究區(qū)地處松嫩低平原中部，地貌成因類型屬沖湖積低平原。研究區(qū)處于月亮泡段陷盆地的中心部位，由于受地質(zhì)構(gòu)造的控制，白堊系晚期以后，在斷裂構(gòu)造的基底上沉積了第三系的弱膠結(jié)地層和第四系松散堆積物，為地下水的儲存提供了優(yōu)越條件。

研究區(qū)地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水，新近系碎屑巖類裂隙孔隙水兩大類。具體分為四類含水層，分別為第四系松散巖類孔隙潛水、第四系松散巖類孔隙承壓水、新近系泰康組碎屑巖類裂隙孔隙承壓水和新近系大安組碎屑巖類裂隙孔隙承壓水。

近年來，研究區(qū)主要以開采第四系承壓水和新近系泰康組承壓水為主。地下水賦存特征如下：

第四系承壓水在研究區(qū)廣泛分布，含水層主要由白土山組砂、砂礫石組成。埋藏深度約在25～95 m左右，該層巖性顆粒較粗，透水性良好，對地下水的補給匯集和賦存比較有利。含水層厚度由西南向東北逐漸增大，西南部含水層厚度一般大于20 m，東北部含水層厚度一般大于30 m，其他地區(qū)約在5～15 m左右。含水層上覆大青溝組厚層亞黏土隔水層，形成具有開采價值的孔隙承壓含水層。

新近系泰康組承壓水在研究區(qū)普遍分布，含水層主要由砂巖、砂礫巖組層。埋藏深度約25～108 m左右，含水層頂板埋深由東部向西南和中部逐漸增大，該層巖性一般上部顆粒較細，由上至下顆粒變粗，對地下水的補給匯集和賦存極為有利。含水層厚度30～50 m，西南部局部40～76 m，研究區(qū)西南部局部地區(qū)富水性較好，是本區(qū)的主要開采含水層。

3 地下水動態(tài)變化特征及成因分析

3.1 潛水

選取26730047觀測井，位于研究區(qū)西南部，地貌單元為沖湖積低平原微波狀崗地，該井井深12 m，揭穿第四系潛水含水層。研究區(qū)第四系潛水分布廣泛，含水層巖性以砂質(zhì)土為主，地形寬闊平坦，這一含水層巖性結(jié)構(gòu)對接受大氣降雨入滲補給頗為有利，排泄形式為垂直蒸發(fā)為主，地下水動態(tài)類型為降雨滲入—徑流—蒸發(fā)型。

依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制26730047觀測井平均地下水位多年動態(tài)變化曲線圖，2016年年內(nèi)降雨量和地下水位埋深對比圖(圖2、圖3)。

圖2 26730047觀測井平均地下水位多年動態(tài)變化曲線Fig.2 Multi-year dynamic change curve of average groundwater level of No.26730047 observation well

圖3 26730047降雨量與潛水水位年內(nèi)(2016年)變化圖Fig.3 Annual (2016) changes of rainfall and phreatic water levels of No.26730047 observation well

根據(jù)圖2所示，從年際來看，潛水年平均地下水位值隨年降雨量變化明顯。從2006年到2010年地下水位呈現(xiàn)下降趨勢，2010年到2013年地下水位有所回升，地下水位的回升隨降雨量增加稍有滯后，從2013年到2016年地下水位呈現(xiàn)下降趨勢，地下水位年際變幅1.64 m。

多年氣象資料顯示，研究區(qū)降雨量大部分集中在7～9月份，蒸發(fā)強度5～6月份為最大，11月份至下年3、4月份的凍結(jié)期蒸發(fā)量少，地下水位有所回升，4月中旬以后由于氣溫回升，風(fēng)多雨少，相對濕度小，蒸發(fā)強度大，水位持續(xù)下降，5～6月份出現(xiàn)全年的最低水位。根據(jù)圖3所示，該井潛水水位依據(jù)氣象變化特征呈現(xiàn)相似變化。從年內(nèi)來看，研究區(qū)4～5月份蒸發(fā)強度大，水位出現(xiàn)低值，7～8月份水位出現(xiàn)高值，年內(nèi)變幅0.12 m。

3.2 承壓水

乾安縣地下水資源主要開采層為第四系白土山組承壓水和新近系泰康組承壓水。選取26731107、26730023、26730020、26730024四眼觀測井為研究對象，分別位于乾安縣中部(26731107)、西南部(26730023)和乾安鎮(zhèn)城區(qū)(26730020、26730024)。

3.2.1 開采型

以乾安鎮(zhèn)城區(qū)為例，選取承壓水(26730020)和潛水(26730024)觀測井，均位于同一位置乾安鎮(zhèn)城區(qū)，分別揭露第四系承壓水含水層和第四系潛水含水層，地下水動態(tài)類型為開采型受人為開采因素影響明顯。

從 26730020觀測井降雨量與地下水位年內(nèi)(2016年)變化圖(圖4)上看，年內(nèi)地下水位動態(tài)變化不規(guī)律，主要受到人為因素影響。4～9月份處于該區(qū)集中開采階段，該區(qū)人口密集，工、農(nóng)業(yè)和居民生活用水需求大，由于開采量大，年內(nèi)地下水位降幅大，7～8月份水位出現(xiàn)最低值19.1 m，9～12月份水位有所回升，年內(nèi)變幅6.87 m。

圖4 26730020觀測井降雨量與地下水位年內(nèi)(2016年)變化圖Fig.4 Annual (2016) change of rainfall and groundwater level of No.26730020 observation well

圖5 26730020和26730024觀測井地下水位多年動態(tài)變化曲線對比Fig.5 Comparison of multi-year dynamic change curves of groundwater level between No.26730020 and No.26730024 observation wells

根據(jù)圖5所示，從年際上看，承壓水和潛水水位動態(tài)變化呈現(xiàn)相似性，承壓水(26730020)地下水位明顯低于潛水(26730024)水位值，承壓水地下水位變幅相對較大。以2016年為例，該觀測井年內(nèi)平均地下水位埋深達到16.62 m，與始測值相比，下降7.15 m，同時，受長期開采影響，第四系承壓水接受上部第四系潛水含水層越流補給現(xiàn)象明顯。從年際上看，在2009和2010年9月地下水位下降幅度達13 m，2009年和2010年屬于降雨量偏少年份，加之受開采因素影響，下降幅度非常大。

3.2.2 越流—徑流型

26731107觀測井位于研究區(qū)中部，該區(qū)地形平坦開闊，屬沖湖積低平原微傾斜平地，徑流條件較好。該井井深84 m，揭露第四系承壓水含水層。地下水動態(tài)類型屬于越流—徑流。

圖6 26731107觀測井地下水位多年動態(tài)變化曲線Fig.6 Multi-year dynamic change curve of groundwater level in No.26731107 observation well

該區(qū)承壓水含水層除在平原周邊出露區(qū)直接接受大氣降雨入滲補給，以側(cè)向徑流方式補給研究區(qū)外，還接受第四系潛水的垂直越流補給，補給條件良好，排泄方式除消耗與人工開采外，主要以側(cè)向徑流形式排泄出境。根據(jù)圖6所示，地下水位埋深較淺3.0～4.0 m，從2007～2015年間看，地下水位變化較為平緩，同時與潛水水位動態(tài)變化呈現(xiàn)一致性，即枯水季節(jié)地下水位最低，豐水季節(jié)地下水位出現(xiàn)高值。根據(jù)圖7所示，在2016年，地下水位下降幅度較大，受到人為開采因素影響明顯，年內(nèi)變幅達到18 m。

圖7 26731107觀測井地下水位年內(nèi)(2016年)動態(tài)變化曲線Fig.7 Annual (2016) dynamic change curve of groundwater level of No.26731107 observation well

3.2.3 徑流-開采型

26730023觀測井位于研究區(qū)西南部，該井揭露新近系泰康組承壓水含水層，地下水埋藏較深，地下水動態(tài)類型屬于徑流—開采型。

新近系泰康組承壓水含水層補給來源主要是在松嫩平原周邊的廣大外圍區(qū)域，新近系泰康組的出露區(qū)直接接受大氣降雨補給后，以側(cè)向徑流的方式進入研究區(qū)，排泄方式除消耗于人工開采外，主要以側(cè)向徑流形式排泄出境。根據(jù)圖8所示，地下水位受氣象因素影響小，水位高值一般出現(xiàn)在4～5月份，水位埋深較大，水位低值出現(xiàn)在8～9月份，水位年內(nèi)變幅由2014年0.82 m變化至2016年2.05 m。

圖8 26730023觀測井地下水位動態(tài)變化曲線Fig.8 Multi-year dynamic change diagram of groundwater level of No.26730023 observation well

總體上看，近3年地下水位呈現(xiàn)階梯式下降趨勢。水位高值出現(xiàn)在4～5月份，水位低值出現(xiàn)在8～9月份，多年呈現(xiàn)周期性變化。可見近年來，由于居民生活用水需求的增加，新近系泰康組承壓水作為居民生活用水的主要開采層，地下水位也隨著開采量的增加呈現(xiàn)了下降趨勢。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)潛水地下水位動態(tài)變化受氣象、含水層巖性、地質(zhì)水文地質(zhì)條件等自然因素影響明顯。從多年氣象資料來看，全區(qū)4～5月份蒸發(fā)強度較大，潛水水位出現(xiàn)最低值，降雨量多集中在7～8月份，潛水位出現(xiàn)高值，地下水位動態(tài)變化類型為降雨滲入-徑流-蒸發(fā)型。從年際上看，2006～2016年間，2006年該區(qū)地下水位埋深值5.06 m，2016年地下水位埋深值6.70 m，整體上呈現(xiàn)下降。

(2)研究區(qū)承壓水地下水位動態(tài)變化類型主要為越流-徑流型和開采型。在乾安鎮(zhèn)集中開采區(qū)，地下水位受開采量影響，地下水位波動明顯，年內(nèi)水位變幅大，地下水位動態(tài)變化受人為因素影響明顯。

(3)地下水位動態(tài)變化特征的影響因素復(fù)雜，同時受到自然因素和人為因素綜合影響，使地下水位動態(tài)發(fā)生周期性、趨勢性和隨機性的變化[3-4]。研究區(qū)潛水水位動態(tài)變化受氣象因素影響明顯，承壓水位動態(tài)變化受開采因素影響明顯。承壓水位與始測值相比，下降幅度比潛水大。

(4)依據(jù)觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)近年來深層地下水在逐步得到開發(fā)利用，深層地下水動態(tài)變化受到人為因素影響明顯。為使地下水資源得到永續(xù)利用，從原因入手，應(yīng)合理控制地下水開采量，特別是在集中開采區(qū)內(nèi)，應(yīng)該合理布置深層開采井，避免由于長期開采引發(fā)的地下水質(zhì)污染、地面沉降等一些列環(huán)境地質(zhì)問題。