小浪底水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)黃河影響帶地下水位埋深變化

王 利，焦紅軍，楊德貴，王 寬

（1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，鄭州 450001；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450045）

黃河是下游平原地表水、地下水的分水嶺，黃河影響帶［1-4］河水和地下水聯(lián)系密切，黃河水側(cè)向補(bǔ)給是地下水資源量中重要的補(bǔ)給源.影響帶內(nèi)，黃河以南地下水自西北向東南徑流；黃河以北地下水自西南向東北徑流，東壩頭以下地下水流向逐漸變?yōu)槲鞅?；影響帶外，由于受西部山區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給，黃河北側(cè)地下水自西南向東北側(cè)流，黃河南側(cè)自西向東逐漸變?yōu)闁|南方向.黃河影響帶內(nèi)水力坡度為1/1000～1/2000，黃河影響帶外水力坡度為1/5000～1/7000，和地形坡降相近.

小浪底水庫(kù)于1999年10月25日下閘蓄水運(yùn)行以來(lái)，至2019年已投入運(yùn)用20年.多年來(lái)水庫(kù)攔沙及黃河調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，黃河下游河道發(fā)生明顯沖刷，河道斷面形態(tài)全面調(diào)整，下游河道排洪能力增加，河槽萎縮得以改善［5-13］.由于河道持續(xù)沖刷，斷面形態(tài)趨于窄深，同流量水位下降［14-17］，地下水補(bǔ)給基準(zhǔn)面降低，使黃河下游影響帶淺層地下水位下降，埋深增加.研究黃河小浪底水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)下游地下水位變化，對(duì)于下游兩岸濕地保護(hù)［18-21］，科學(xué)開(kāi)發(fā)利用黃河影響帶地下水資源［22-25］，支撐黃河流域生態(tài)文明建設(shè)，推動(dòng)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展具有十分重要的意義.本文以黃河下游河流影響帶2003年、2010年、2019年三期地下水位統(tǒng)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析研究小浪底水庫(kù)運(yùn)用以來(lái)河南黃河影響帶地下水位變化趨勢(shì).研究區(qū)位于河南黃河下游河流影響帶，西起西霞院，東到臺(tái)前縣張莊，南、北以黃河側(cè)滲影響帶為界，總面積8296 km2，其中河流影響帶面積7909 km2，河道面積387 km2.具體分為6段：西霞院—伊洛河口段，311 km2；伊洛河口—花園口段720 km2；花園口—夾河灘段3439 km2；夾河灘—高村段1682 km2；高村—孫口段1558 km2；孫口—陶城埠段199 m2；南側(cè)以孟津—滎陽(yáng)的黃土臺(tái)塬及丘陵前緣至鄭州—開(kāi)封—蘭考和山東省分界.北側(cè)以孟州市—溫縣縣城—武陟縣城—延津縣城為界，向東沿柳青河、金堤河為界.

1 河道下切與黃河水位降低

1.1 河道沖淤變化

小浪底水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)，黃河下游河床整體處于侵蝕下切，沖淤變化主要表現(xiàn)在河槽擺動(dòng)地段.1999年10月—2018年10月各典型斷面中，開(kāi)封柳園口沖刷強(qiáng)烈，河床下切較大，過(guò)水?dāng)嗝嫦虑猩疃?.65 m，其余斷面平均下切深度在2.44～3.77 m，見(jiàn)表1.其中1999年10月—2004年10月開(kāi)封柳園口以上沖刷強(qiáng)烈，河床下切較大，過(guò)水?dāng)嗝嫫骄虑猩疃仍?.83～3.61 m；開(kāi)封柳園口以下河段沖刷較弱，平均下切深度在1.63～1.39 m［26］.

表1 典型斷面（1999年10月—2018年10月）沖淤變化及水位對(duì)比表Tab.1 Comparison table of erosion-deposition variation and water level of typical sections from October 1999 to October 2018

2004年10月—2009年10月高村以上河段沖刷較弱，平均下切深度在0.08～0.52 m；高村以下沖刷強(qiáng)烈，河床下切較大，過(guò)水?dāng)嗝嫫骄虑猩疃仍?.94～0.97 m.2009年10月—2018年10月開(kāi)封柳園口、夾河灘沖刷強(qiáng)烈，下切了2.18、1.26 m；而伊洛河口則淤積了0.84 m.

1.2 花園口水文站黃河水位變化趨勢(shì)

小浪底水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)，黃河年平均水位呈下降趨勢(shì)，自2000年的92.70 m，下降到2016年89.33 m，累計(jì)下降了3.36 m，2018年黃河下游主要控制水文站實(shí)測(cè)徑流量與多年均值（1987—2000年）比較全部偏大，其中花園口徑流量大69.4%，河水位達(dá)90.39 m，上升了1.06 m，見(jiàn)圖1.

圖1 花園口水文站年平均流量與黃河水位變化圖Fig.1 Annual average discharge and water level change of the Yellow River at Huayuankou hydrological station

2 黃河影響帶地下水位埋深變化及趨勢(shì)

2.1 黃河影響帶區(qū)域地下水位變化

小浪底水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)，下游黃河水位下降，引起黃河影響帶兩側(cè)地下水位降低.2003年與2001年枯水期相比，黃河影響帶開(kāi)封以上地下水位以下降為主，降幅一般在0.5～1.2 m；開(kāi)封以下地下水位以上升為主，升幅一般在0.4～1.0 m［26］.2003年6月—2019年10月，黃河影響帶地下水位總體繼續(xù)下降，降幅一般在1.24～4.87 m，其中花園口—高村之間下降幅度較大，平均降幅達(dá)4.25～4.87 m，見(jiàn)表2.

表2 2003—2019年地下水水位埋深變化及下降值Tab.2 Change and declined value of buried depth of groundwater level from 2003 to 2019單位：m

2.2 下游兩側(cè)影響帶分段地下水位變化

根據(jù)2003年6月、2010年6月、2019年10月三期的黃河下游兩側(cè)地下水位統(tǒng)測(cè)資料，繪制的地下水位埋深分區(qū)見(jiàn)圖2～圖4.可以看出地下水位埋深逐年加大，水位埋深小于2 m的區(qū)域基本消失；水位埋深大于8 m的區(qū)域逐漸增加，從孟州到武陟逐步增加到延津、封丘一帶，到2019年封丘以西，黃河兩側(cè)基本都大于8 m，僅在北岸武陟的人民勝利渠周邊存在有小于8 m的區(qū)域.下面分段具體說(shuō)明地下水水位埋深變化規(guī)律.

2.2.1 西霞院—伊洛河口段 位于山前洪積扇部位，為地下河，河道長(zhǎng)55 km，面積311 km2，其中北岸193 km2，南岸118 km2.含水層在沖積扇的頂部以漂卵石、砂卵石為主，平均厚度40～50 m，自頂部向東顆粒變細(xì)，厚度變大，至溫孟灘一帶為含礫粗砂、粗砂、中砂等.兩岸分布有河南黃河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，北岸有吉利白坡、送莊、孟州等水源地，南岸有白鶴、神北等水源地.由于兩岸地下水開(kāi)采，地下水位埋深普遍大于4 m.2019年10月與2003年6月相比，埋深大于8 m區(qū)域黃河北岸由113 km2，擴(kuò)大到193 km2，黃河南岸由13 km2，擴(kuò)大到118 km2，即該段地下水位埋深均大于8 m；相對(duì)應(yīng)，埋深4～8 m區(qū)域，黃河南北兩岸分別由104 km2和80 km2都縮小到0，見(jiàn)圖5.

圖2 2003年地下水位埋深分區(qū)圖Fig.2 The zoning map of buried depth of groundwater level in 2003

圖3 2010年地下水位埋深分區(qū)圖Fig.3 The zoning map of buried depth of groundwater level in 2010

2.2.2 伊洛河口—花園口段 位于山前洪積扇及黃河沖積扇交匯部位，為地下河，河道長(zhǎng)60 km，面積720 km2，其中北岸621 km2，南岸受黃土臺(tái)塬控制，灘地較少，僅99 km2.含水層埋藏在60 m以淺，巖性為中砂、中粗砂、含礫中粗砂等.北岸有溫縣關(guān)白莊水源地、南岸有鞏義灘小關(guān)、鄭州九五灘等水源地.2019年10月與2003年6月相比，埋深大于8 m區(qū)域：北岸由198 km2擴(kuò)大到562 km2，南岸由22 km2縮小15 km2；埋深小于2 m南岸由10 km2縮小到消失，見(jiàn)圖6.

圖4 2019年地下水位埋深分區(qū)圖Fig.4 The zoning map of buried depth of groundwater level in 2019

圖5 西霞院—伊洛河口段地下水位埋深分區(qū)面積變化Fig.5 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Xixiayuan section to Yiluohekou section

圖6 伊洛河口—花園口段地下水位埋深分區(qū)面積變化Fig.6 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Yiluohekou section to Huayuankou section

2.2.3 花園口—夾河灘段 位于黃河沖積扇及沖積平原的軸部，為地上懸河，臨背差一般3～8 m，河水直接補(bǔ)給地下水.含水層為含礫中粗砂、中砂、中細(xì)砂、細(xì)砂，厚度80～100 m.北岸黃河影響帶范圍為20～25 km，南岸10 km以內(nèi)［1-2］，是黃河下游河水側(cè)滲補(bǔ)給地下水最大的地段.兩岸有河南新鄉(xiāng)黃河濕地鳥(niǎo)類國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、鄭州黃河、開(kāi)封柳園口濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，是我國(guó)重要的內(nèi)陸濕地生態(tài)系統(tǒng).該段堤距5～20 km，河道長(zhǎng)105 km，面積3439 km2，其中北岸堤外1453 km2，堤內(nèi)473 km2，南岸堤外1125 km2，堤內(nèi)387 km2.2019年10月與2003年6月相比，地下水位埋深大于8 m區(qū)域：北岸堤外由1 km2擴(kuò)大到1257 km2，堤內(nèi)由4 km2擴(kuò)大到268 km2；南岸堤外由66 km2擴(kuò)大到697 km2，堤內(nèi)由58 km2擴(kuò)大到247 km2.埋深小于2 m區(qū)域：北岸堤外由124 km2到消失；南岸堤外由55 km2縮小到26 km2，見(jiàn)圖7.

圖7 花園口—夾河灘段地下水位埋深分區(qū)面積變化Fig.7 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Huayuankou section to Jiahetan section

2.2.4 夾河灘—高村段 位于沖洪積扇前沿部位，為懸河段，河水直接補(bǔ)給地下水.含水層為二至四層砂層，以細(xì)砂、粉砂為主，層底板埋深75～100 m，砂層厚度30～50 m.該段堤距20 km左右，河道長(zhǎng)73 km，面積1682 km2，其中北岸堤外1283 km2，堤內(nèi)74 km2，南岸到山東省分界，堤外235 km2，堤內(nèi)91 km2.2019年10月與2003年6月相比，埋深大于8 m區(qū)域：北岸堤外從無(wú)發(fā)展到516 km2，堤內(nèi)從無(wú)發(fā)展到1 km2；南岸堤外由133 km2擴(kuò)大到153 km2，堤內(nèi)從無(wú)發(fā)展到12 km2.埋深小于2 m區(qū)域：北岸堤外由80 km2到消失，堤內(nèi)由4 km2到消失，見(jiàn)圖8.

圖8 夾河灘—高村段地下水位埋深分區(qū)面積變化Fig.8 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Jiahetan section to Gaocun section

2.2.5 高村—孫口段 位于黃河沖洪積平原，為懸河段，河水補(bǔ)給地下水.含水層為一至三層砂層，以細(xì)砂、中細(xì)砂、粉砂為主，厚度一般10～40 m，底板埋深40～80 m.北岸有濮陽(yáng)李子園水源地，濮陽(yáng)縣黃河濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū).該段河道長(zhǎng)120 km，面積1558 km2，均分布在北岸堤外，南岸為山東省.2019年10月與2003年6月相比，埋深大于8 m區(qū)域從無(wú)發(fā)展到56 km2；埋深小于2 m區(qū)域由527 km2縮小到52 km2.埋深2～4 m區(qū)域從847 km2縮小到502 km2，見(jiàn)圖9.

2.2.6 孫口—陶城埠段 位于黃河沖洪積平原，為懸河段，河水補(bǔ)給地下水.含水層為二至四層砂層，底板埋深75～100 m，厚度一般30～50 m.該段河道長(zhǎng)34 km，面積199 km2，均分布在北岸堤外.2003年6月該區(qū)域地下水位埋深均小于4 m，2010年有35 km2埋深4～8 m，到2019年已發(fā)展為150 km2；埋深2～4 m區(qū)域則縮小到42 km2，見(jiàn)圖10.

圖9 高村—孫口段地下水位埋深分區(qū)面積變化Fig.9 The subarea area change in burial depth of groundwaterlevel from Gaocun section to Sunkou section

圖10 孫口—陶城埠地下水位埋深分區(qū)面積變化Fig.10 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Sunkou section to Taochengbu section

2.3典型地下水位埋深分布面積變化分析

地下水位埋深小于4 m的區(qū)域，2003年北岸武陟以下、南岸中牟以下堤外近河地段大面積分布，面積4461 km2，占河流影響帶總面積的56.42%；2019年大部分消失，僅在開(kāi)封以下近河段地段零星存在，分布面積789 km2，僅占河流影響帶面積的9.97%.地下水位埋深大于8 m的區(qū)域，2003年僅在北岸孟州—武陟、夾河灘—東壩頭一帶條帶狀分布，面積608 km2，占河流影響帶面積的7.69%；2019年開(kāi)封—長(zhǎng)垣一線以西，成區(qū)連片分布，面積4103 km2，占河流影響帶面積的51.88%.埋深4～8 m的面積變化不大，從35.89%增加到38.15%，但主要分布范圍從花園口—夾河灘段下移到夾河灘到省界一帶.具體結(jié)果見(jiàn)圖11、圖12及表3.

圖11 地下水位埋深小于4 m的區(qū)域變化圖Fig.11 Regional change figure of groundwater level burial depth less than 4 m

圖12 地下水位埋深大于8 m的區(qū)域變化圖Fig.12 Regional change figure of groundwater level burial depth greater than 8 m

表3 2003—2019年地下水位埋深分區(qū)面積變化統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of the subarea area change in burial depth of groundwater level from 2003 to 2019

3 結(jié)論與探討

1）小浪底水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)，黃河下游河道持續(xù)沖刷，河道下切導(dǎo)致河道水位下降，引起黃河影響帶地下水位下降，降幅與河道水位下降值基本一致，一般在1.24～4.87 m，其中花園口—高村之間下降幅度較大，降幅為4.25～4.87 m.目前小浪底水庫(kù)仍處于攔沙期，下游河道仍繼續(xù)沖刷下切，黃河影響帶地下水位仍將繼續(xù)下降.

2）2019年與2003年相比：地下水位埋深小于4 m的分布范圍，由占河流影響帶總面積的56.42%下降到9.97%；地下水位埋深大于8 m的分布范圍，由占河流影響帶總面積的7.69%發(fā)展到51.88%；地下水位埋深4～8 m的面積變化不大，從35.89%增加到38.15%，但主要分布范圍由花園口—夾河灘段下移到夾河灘到—界一帶.

3）黃河影響帶地下水位埋深增加，將對(duì)下游沿黃生態(tài)廊道建設(shè)、糧食核心區(qū)建設(shè)、城市供水安全保障、濕地生態(tài)系統(tǒng)等產(chǎn)生不利影響.建議擴(kuò)大農(nóng)業(yè)引黃灌溉，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)地下水的開(kāi)采，加強(qiáng)對(duì)沿黃濕地保護(hù)修復(fù)，同時(shí)在水文地質(zhì)條件好的地段，利用汛期多余的地表水資源開(kāi)展地下水回灌，增加地下水補(bǔ)給，涵養(yǎng)地下水資源.