黑河流域平原區(qū)地下水位動態(tài)特征分析

繆云騰，付 雪，李平平

(1.甘肅省地下水工程及地熱資源重點實驗室/甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020)

黑河發(fā)源于祁連山北麓中段，位于河西走廊中部，是我國西北干旱地區(qū)第二大內(nèi)陸河，是當?shù)厝嗣癜l(fā)展和生存的主要供水水源，為該流域社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展起到重要的作用[1-3]。流域內(nèi)人口密集，水資源問題和生態(tài)環(huán)境問題突出，潛水水位埋深是評價生態(tài)環(huán)境的重要指標，也是流域水資源管理的重要內(nèi)容之一[4]。研究流域地下水位動態(tài)變化特征，對該區(qū)域地下水資源及環(huán)境的保護有重要的意義，同時也為黑河流域的水資源管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)內(nèi)總的地勢西南高東北低[5]。地貌形態(tài)以大型洪積扇為基本格架，形成陡傾斜的洪積礫石平原和緩傾斜的沖、洪積細土平原?？傮w呈山間盆地景觀，西側(cè)與酒泉玉門等地相連，南部祁連山以構(gòu)造侵蝕中高山為主，北部合黎山屬構(gòu)造剝蝕低山，走廊區(qū)為堆積平原。研究區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測點大部分分布于細土平原，少部分分布在山前傾斜平原(圖1)。地層由前震旦系、震旦系到第四系地層均有出露。

研究區(qū)被榆木山隆起分隔為張掖盆地與酒泉東盆地兩個相對獨立的水文地質(zhì)單元，其地下水的埋藏條件不盡相同，但總的規(guī)律是：自山前至盆地內(nèi)部，地下水埋藏深度由深變淺，扇頂靠近山前地帶地下水水位埋深大于200 m，局部受斷層抬升影響使地下水位埋深變淺。洪積扇中部地下水位埋深，張掖盆地大滿—小滿—倪家營一帶為50～150 m，酒泉東盆地許三灣—元山子等地為100～250 m；洪積扇前緣地下水水位埋深，張掖盆地的張掖—臨澤一線南側(cè)10～20 m，酒泉東盆地高臺站—許三灣站鐵路一線50～150 m，含水層巖性為單一砂礫石層，水力性質(zhì)為單一潛水。細土平原區(qū)地下水水位埋深為，張掖盆地三閘—蓼泉一線小于5 m，黑河沿岸有呈片泉水溢出；酒泉東盆地中部20～50 m，北部5～20 m，黑河沿岸一帶1～5 m；地下水含水層在垂直剖面上呈多層狀，上部為潛水，下部為承壓水，承壓水水頭隨隔水頂板埋深的增大而增高，在低洼處呈自流井水或泉水溢出。

南部的祁連山地，地下水接受降水的滲入補給，自山巔分水嶺向山緣運動，在山區(qū)深切水文網(wǎng)的強烈排泄作用下，絕大部分排泄于河谷而以地表徑流的形式流出山體，在前山帶地質(zhì)構(gòu)造的阻隔作用下，山區(qū)地下水的補給、徑流和排泄過程在山區(qū)已基本完成，直接以潛流形式流入盆地的量很小。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)圖

2 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)內(nèi)118眼地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于國家地下水監(jiān)測工程。工作儀器為壓力式水位水溫計，水位測量精度為0.05%FS，水位分辨率為1 mm，時鐘誤差≤±10 s(10 d)。壓力式水位水溫計完成數(shù)據(jù)采集后傳輸?shù)娇刂平K端，通過物聯(lián)卡，以GSM(短信息)或GPRS方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。本次監(jiān)測數(shù)據(jù)選擇2020年1月至2020年12月一個水文年數(shù)據(jù)，采用國家地下水監(jiān)測工程信息應用服務系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制成水位動態(tài)曲線。

3 地下水位動態(tài)特征

研究區(qū)地下潛水動態(tài)受多種因素影響呈現(xiàn)出不同的變化勢態(tài)[6]。不同的區(qū)域，各種影響因素對地下水動態(tài)的影響程度不同。根據(jù)不同的影響因素，將測區(qū)內(nèi)地下水動態(tài)劃分為徑流型、徑流—開采型、開采型、入滲—開采型、灌溉入滲型和蒸發(fā)型六種動態(tài)類型。

3.1 徑流型

主要由山洪和河水入滲而引起的水位變化，此類型地下水主要分布于南部祁連山山前傾斜平原及洪積扇群帶。含水層由粗顆粒物質(zhì)組成，該類型區(qū)含水層透水性強，徑流條件好，水交替強烈，地下水流暢通。該類型區(qū)域機井數(shù)量少，人為干擾因素小。地下水動態(tài)特征是：1-5月份降水量少，入滲補給量較少，地下水位在徑流排泄影響下緩慢下降；6-9月份，天氣炎熱，冰雪融化，同時降水增多，地下水位在河水、降水入滲補給影響下水位迅速回升[7]；10-12月份，隨著降水入滲補給的緩慢消失，地下水位趨于平穩(wěn)或開始回落(圖2)。

圖2 徑流型水位動態(tài)曲線

3.2 徑流—開采型

為徑流型與開采型動態(tài)的過渡類型，主要分布于張掖盆地綠洲區(qū)內(nèi)河水、井水混灌帶或以井水灌溉為主的地帶。這一帶屬細土平原上的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，該類型區(qū)潛水含水層徑流條件良好，地下水位埋藏較淺，是研究區(qū)內(nèi)的主要開采區(qū)，地下水開采引起的水位波動掩蓋了天然動態(tài)過程，地下水位動態(tài)主要受人為開采的影響。地下水動態(tài)在徑流和開采的共同影響下表現(xiàn)為：1-3月份，無開采，地下水在徑流補充和排泄作用下變化緩慢；5-9月份夏灌開始，地下水在開采影響下，下降幅度增大，8月份達到年內(nèi)最低水位期；9-12月份，隨著開采量的減少，地下水位逐漸回升(圖3)。

圖3 徑流—開采型水位動態(tài)曲線

3.3 開采型

開采型主要分布在研究區(qū)中部及北部的細土平原區(qū)，該類型區(qū)域水位埋深小，機井數(shù)量較多，地下水在人為開采影響下呈季節(jié)性變化勢態(tài)。其水位動態(tài)特征是：1-3月份，開采少，地下水趨于平穩(wěn)緩慢變化狀態(tài)；4-5月份春灌開始，機井大量抽水，地下水位在開采影響下持續(xù)下降；6-8月份隨著開采量增大達到年內(nèi)最低水位期；9-12月份隨著開采的結(jié)束，黑河地表河流流入滲補給量的增加，地下水位逐漸回升達到年內(nèi)最高水位期(圖4)。

3.4 入滲—開采型

主要分布于張掖市梁家墩鄉(xiāng)、東王堡、張掖小河鄉(xiāng)興隆村、臨澤小屯鄉(xiāng)古寨村、臨澤平川鄉(xiāng)、高臺巷道鄉(xiāng)于家莊一帶，該類型區(qū)潛水動態(tài)除受開采作用影響外，同時還接受一定數(shù)量的入滲補給，地下水在開采和不同形式的入滲補給作用影響下呈現(xiàn)出多種變化勢態(tài)。其動態(tài)變化表現(xiàn)為：1-2月份地下水在徑流補給影響下緩慢下降；3-6月份隨著農(nóng)業(yè)灌溉開始，地下水位在開采作用影響下持續(xù)下降，7-8月份達到年內(nèi)最低點；9-11月份隨著雨季的來臨，地下水在河水入滲補給作用下持續(xù)上升，11月份達到年內(nèi)最高水位期；11-12月份隨著雨季的結(jié)束河水入滲補給量的減少，地下水位又逐漸回落(圖5)。

圖4 開采型水位動態(tài)曲線

圖5 入滲—開采型水文動態(tài)曲線

3.5 灌溉入滲型

該類型主要分布于黑河邊緣地下水位淺藏帶，其農(nóng)業(yè)灌溉水入滲效應反映十分明顯。主要分布在張掖城區(qū)南部田家小廟、烏江鎮(zhèn)汪家莊一帶及其以北地區(qū)、臨澤縣平川鄉(xiāng)三二村一帶。該類型區(qū)潛水開采量小，區(qū)內(nèi)灌溉水主要引自河流或水庫地表水，其水位動態(tài)特征是：1-2月份隨著上年度冬季灌溉入滲補給，地下水位緩慢上升，持續(xù)影響至翌年春季；3-6月份隨著春季灌溉和夏季灌溉的開始，地下水在灌溉水入滲補給影響下保持水位持續(xù)上升；8-9月份灌溉量低于春季水平，補給地下水量相對減少，地下水水位有所下降；10-12月份，由于冬灌的開始，地下水位上升(圖6)。

圖6 灌溉入滲型水位動態(tài)曲線

3.6 蒸發(fā)型

主要分布在高臺鹽池和處于黑河河漫灘地下水淺埋帶，尤其以地下水位埋深小于3～5 m的黑河沿線更明顯[8]。蒸發(fā)型地下水位動態(tài)特征：地下水位動態(tài)曲線呈現(xiàn)單峰單谷型，1-4月份氣候寒冷，蒸發(fā)作用微弱，地下水位緩慢波動，3月或者4月份達到年內(nèi)最高水位期；5-8月份隨著氣溫的逐漸上升，蒸發(fā)作用也逐漸增強，地下水位在蒸發(fā)作用影響下持續(xù)下降，7-8月份達到年內(nèi)最低水位期；10-12月隨著冬季的來臨氣溫下降，蒸發(fā)作用逐漸減弱，同時受地下水潛流作用的影響，地下水位緩慢回升(圖7)。

圖7 蒸發(fā)型水位動態(tài)曲線

4 結(jié)語

研究區(qū)地下潛水受多種因素影響，呈現(xiàn)出徑流、徑流—開采、開采、入滲—開采、灌溉入滲和蒸發(fā)六種動態(tài)類型。徑流型地下水位受河水和降水入滲補給量的增加而上升，徑流—開采型地下水位受徑流補給量的減少和開采量的增加而下降，開采型地下水位受機井開采量的增加而下降，入滲—開采型地下水位受入滲補給量的增加和開采量的減少而上升，灌溉入滲型地下水位受灌溉入滲補給量的增加而上升，蒸發(fā)型地下水位受蒸發(fā)作用的增強而下降。