河北省衡水市地下水水位動(dòng)態(tài)特征分析

鄧 興，楊木寒，李志杰，韓冬雅，陳 康

河北地質(zhì)大學(xué)，河北 石家莊 050031

0 引言

衡水市位于華北平原的中部，是華北平原地下水超采最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，為了更好地保護(hù)地下水資源，自2014年起衡水市開(kāi)始實(shí)行壓采政策。在各項(xiàng)壓采措施的綜合治理下，截至2016年12月，根據(jù)河北省水文局地下水水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，衡水市深層地下水平均埋深64.47 m，與2015年12月相比上升3.55 m，中心漏斗區(qū)的景縣八里莊一帶水位埋深最大達(dá)到98.46 m，與2014年相比上升21.54 m，地下水超采治理取得明顯成效[1,2]。本論文通過(guò)分析衡水市的氣象、水文、地形地貌、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及多年以來(lái)的地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，深入分析研究區(qū)內(nèi)地下水水位時(shí)空變化特征，歸納總結(jié)了其主要影響因素，以期為衡水市地下水資源合理開(kāi)發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理?xiàng)l件

衡水市位于華北平原中部，地勢(shì)平坦，整體地勢(shì)表現(xiàn)為西南高、東北低，屬于沖洪積、沖湖積平原地貌單元，海拔高程在20 m左右，公路四通八達(dá)，交通便利[3]。

衡水市屬于大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎熱潮濕，多年平均降水量536.3 mm，降水主要集中在夏季。區(qū)內(nèi)發(fā)育的河流主要有滹沱河、滏陽(yáng)河、滏陽(yáng)新河、滏東排河、清涼河、衛(wèi)運(yùn)河等。

1.2 水文地質(zhì)條件

衡水市處于山前堆積平原與沖積平原的交接處，新生代以來(lái)，地殼不斷下降，由于受到基底構(gòu)造的影響，市各地區(qū)的沉積厚度表現(xiàn)出明顯的差異性[4]。

垂直方向上根據(jù)地下水的賦存條件和水動(dòng)力特征，將第四系沉積層分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)含水層組，分別相當(dāng)于地層劃分中的Q4、Q3、Q2、Q1。

第Ⅰ含水組：相當(dāng)于Q4，底板埋深50～70 m，是一套砂泥質(zhì)松散物。

第Ⅱ含水組：相當(dāng)于Q3，底板埋深150～180 m，是一套泥砂質(zhì)松散沉積物。

第Ⅲ含水組：相當(dāng)于Q2，底板埋深350～450 m。是一套以河流沖積、沖洪積為主的泥砂質(zhì)松散沉積物。

第Ⅳ含水組：相當(dāng)于Q1，底板埋深450～600 m，是一套河湖相砂泥質(zhì)沉積物。

2 地下水位動(dòng)態(tài)變化特征

地下水水位的變化是地下水資源量變化最直觀的體現(xiàn)，地下水水位的上升或下降能夠直接反映地下水補(bǔ)給或消耗量的變化[5]。論文依據(jù)地下水位動(dòng)態(tài)影響因素對(duì)地下水位動(dòng)態(tài)類型的年內(nèi)變化特征做出定性分析。

2.1 淺層地下水水位動(dòng)態(tài)類型

2.1.1 降水入滲蒸發(fā)型

該類型主要分布在深州、武邑西部、桃城區(qū)、冀州、景縣南部等地區(qū)，淺層地下水水位動(dòng)態(tài)變化主要受降水入滲補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄的影響，如圖1所示，將水位變化的年內(nèi)變化特征分四個(gè)階段進(jìn)行分析：第Ⅰ階段，地下水埋深從年初下降至5月中旬，在此期間無(wú)有效降水量存在，地下水受不斷增強(qiáng)的蒸發(fā)作用影響，導(dǎo)致地下水埋深不斷加大；第Ⅱ階段，地下水埋深不斷上升至8月中旬，自五月中旬開(kāi)始有效降水量不斷加大，蒸發(fā)作用自6月中旬后開(kāi)始減小，蒸發(fā)對(duì)地下水的排泄量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于降水對(duì)于地下水的補(bǔ)給量，地下水埋深不斷減??；第Ⅲ階段，地下水埋深不斷下降至10月中旬，在此階段期間，有效降水量減小，9月份無(wú)有效降水量存在，蒸發(fā)作用對(duì)地下水的影響大于降水入滲對(duì)地下水的影響，地下水埋深增大；第Ⅳ階段，10月份有效降水量增大，蒸發(fā)量持續(xù)減小，降水的影響大于蒸發(fā)作用，水位埋深減小，此后由于11、12月份無(wú)有效降水量的存在，蒸發(fā)作用成為主要的影響因素，地下水埋深下降至年末，見(jiàn)圖1(a)、1(b)。

圖1(a) 2016年桃城區(qū)淺層地下水位監(jiān)測(cè)井W1埋深、降水量對(duì)比曲線

2.1.2 降水入滲開(kāi)采型

該類型主要分布于地下水位埋深相對(duì)較大的地區(qū)，受蒸發(fā)作用影響較小。如圖2所示，將水位變化的年內(nèi)變化特征分為六個(gè)階段進(jìn)行分析：第Ⅰ階段，1—2月，地下水開(kāi)采較小，地下水埋深緩慢減?。坏冖螂A段，2—4月，降水量較小，農(nóng)業(yè)灌溉需水量大，地下水埋深迅速加大；第Ⅲ階段，從4月份開(kāi)始，降水量增加，農(nóng)業(yè)開(kāi)采量減小，地下水埋深隨著降雨入滲不斷補(bǔ)充，水位埋深減小，地下水水位上升；第Ⅳ階段，6—9月，水位變化比較平穩(wěn)，這一階段內(nèi)雖然降水量較大，但是由于其它開(kāi)采增加所以地下水水位保持平穩(wěn)，無(wú)明顯的上升或下降趨勢(shì)；第Ⅴ階段，9月末—11月，降水量減少，又由于春灌開(kāi)采與其它開(kāi)采因素的影響，地下水水位呈持續(xù)下降趨勢(shì)；第Ⅵ階段，11月以后，幾乎沒(méi)有農(nóng)業(yè)開(kāi)采，地下水位開(kāi)始緩慢上升至年末，見(jiàn)圖2。

圖1(b) 2016年桃城區(qū)淺層地下水位監(jiān)測(cè)井W1埋深、蒸發(fā)量對(duì)比曲線

圖2 2018年景縣淺層地下水位監(jiān)測(cè)井W2埋深、降水量對(duì)比曲線

2.1.3 農(nóng)業(yè)灌溉-降水入滲蒸發(fā)型

該類型主要分布于衡水市的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，如圖3所示，將水位變化的年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化特征分為三個(gè)階段進(jìn)行分析：第Ⅰ階段，1月—3月初，降水量均小于20 mm，地下水無(wú)開(kāi)采，水位緩慢下降；第Ⅱ階段，3—8月，地下水水位持續(xù)上升，由于3月—至5月農(nóng)業(yè)灌溉量較大，入滲量不斷加大，再加上5月之后降水量不斷增大，所以地下水水位不斷上升；第Ⅲ階段，8月之后，降水量大量減少，地下水水位開(kāi)始緩慢下降至年末，見(jiàn)圖3。

圖3 2016年趙圈鄉(xiāng)淺層地下水位監(jiān)測(cè)井W3埋深、降水量對(duì)比曲線

2.2 深層地下水水位動(dòng)態(tài)類型

深層地下水為承壓淡水，以側(cè)向徑流補(bǔ)給和越流補(bǔ)給為主，漏斗中心以周邊徑流為主，地下水開(kāi)采是主要的排泄途徑，其動(dòng)態(tài)類型主要分為兩種：越流補(bǔ)給開(kāi)采型、側(cè)向徑流-越流補(bǔ)給開(kāi)采型。

深層地下水位變化的年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化特征分為四個(gè)階段進(jìn)行分析：第Ⅰ階段，年初開(kāi)采量較小，地下水水位緩慢上升至3月份；第Ⅱ階段，3月份春灌開(kāi)始，地下水水位迅速下降，6、7月份用水量較大，導(dǎo)致開(kāi)采增加，水位持續(xù)下降至7月底；第Ⅲ階段，7—9月份，降水量較大，農(nóng)業(yè)開(kāi)采較小，水位緩慢上升至9月底；第Ⅳ階段，9月底秋冬灌溉開(kāi)始，水位出現(xiàn)小幅度的下降之后復(fù)轉(zhuǎn)為上升至年末，見(jiàn)圖4。

圖4 2018年深州深層地下水位監(jiān)測(cè)井4埋深、降水量對(duì)比曲線

3 地下水位動(dòng)態(tài)影響因素

通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，認(rèn)為影響衡水市地下水動(dòng)態(tài)變化的因素主要有：氣象、人工開(kāi)采。其中影響面最廣的是氣象因素，其次為人工開(kāi)采。

3.1 氣象因素

衡水市位于華北平原中部，屬于干旱、半干旱的溫帶大陸性氣候，大氣降水和蒸發(fā)是淺層水的重要補(bǔ)給和排泄方式，因此研究區(qū)內(nèi)水位埋深小于5 m的地區(qū)是受該因素影響最為強(qiáng)烈的地區(qū)，由于潛水面接近地表面，降水入滲和蒸發(fā)直接影響著潛水的水位變化。衡水市市區(qū)周邊以及景縣、故城、阜城東部一帶潛水的地下水埋深較淺，一般小于5 m，是受氣象因素影響最為強(qiáng)烈的地區(qū)。

3.2 人工開(kāi)采

衡水市是華北平原重要的農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉用水開(kāi)采量巨大，除小部分地區(qū)開(kāi)采淺層地下水以外，大部分地區(qū)都以開(kāi)采深層淡水為主，所以開(kāi)采灌溉對(duì)于地下水動(dòng)態(tài)變化影響較大。例如冀棗衡地區(qū)長(zhǎng)期大量開(kāi)采深層地下水，導(dǎo)致深層地下水水位不斷下降，形成了區(qū)域性的降落漏斗。

綜上所述，衡水市地下水位動(dòng)態(tài)變化的影響因素是多方面的，每一種影響因素都有各自的獨(dú)特性，但是又相互協(xié)調(diào)，互相影響。因此，衡水市地下水水位的動(dòng)態(tài)變化是多種因素綜合作用的結(jié)果。

4 結(jié)論

根據(jù)衡水市2016—2018年實(shí)測(cè)以及收集的地下水位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合降水、蒸發(fā)、地形地貌、地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀等資料，系統(tǒng)探討了地下水位埋深的年內(nèi)變化情況，分析了水位埋深變化的原因，得出以下結(jié)論：

(1)衡水市淺層地下水動(dòng)態(tài)類型主要分為三種，分別是降水入滲蒸發(fā)型、降水入滲開(kāi)采型、農(nóng)業(yè)灌溉-降水入滲蒸發(fā)型。降水入滲蒸發(fā)型主要分布于具有咸水分布的城市地區(qū)；降水入滲開(kāi)采型主要分布于安平、饒陽(yáng)等全淡水以及微咸水開(kāi)采區(qū)；農(nóng)業(yè)灌溉-降水入滲蒸發(fā)型分布于所有的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)。

(2)衡水市深層地下水動(dòng)態(tài)類型主要分為兩種，分別是越流補(bǔ)給開(kāi)采型、側(cè)向徑流-越流補(bǔ)給開(kāi)采型。越流補(bǔ)給開(kāi)采型分布于除安平、饒陽(yáng)以外的有咸水分布區(qū)；側(cè)向徑流-越流補(bǔ)給開(kāi)采型主要分布于地下水降落漏斗周邊，由于降落漏斗的存在，地下水徑流速度較快。

(3)衡水市地下水水位動(dòng)態(tài)影響因素主要為氣象、人工開(kāi)采，其中氣象因素影響范圍最廣泛。