河北省張家口市蔚縣西莊村地下水位上升原因分析

李一彩

(河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)，河北邯鄲 056200)

0 引言

西莊村位于河北省張家口市蔚縣中部的西合營(yíng)鎮(zhèn)，距離蔚縣縣城19.41km。該村東西長(zhǎng)17.51km，南北寬15.50km，面積140.32km2。壺流河位于西莊村村北1.5km處，從西向東徑流。

近年來，西莊村由于地下水水位持續(xù)上漲，部分地道被淹，居民房屋地基被侵蝕，嚴(yán)重威脅到生活區(qū)居民的出行及居住財(cái)產(chǎn)安全。河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)于2021年3月16日開始至2021年4月2日，在西莊村進(jìn)行了專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查，查清重點(diǎn)區(qū)域地下水位上漲的主要原因，并提出初步治理方案。

1 地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

1.1 地質(zhì)

研究區(qū)處于九宮口第四系沖洪積扇下游的泉水溢出帶，全區(qū)被第四系覆蓋。出露地層由老到新依次為寒武系崮山組，為暗紫色灰?guī)r、暗紫色泥質(zhì)條帶灰?guī)r與鈣質(zhì)粉砂巖互層；侏羅系后城組，為灰綠色、黃色礫巖，綠色粗砂巖，紫紅色的凝灰?guī)r等；第四系的黏土、亞砂土及細(xì)砂。

本次調(diào)查主要對(duì)象是區(qū)內(nèi)的潛水水位。通過收集研究區(qū)內(nèi)紅旗街村棚戶區(qū)改造項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告以及西莊村易地扶貧搬遷工程(一期)詳勘階段的巖土工程勘察報(bào)告?？辈靾?bào)告中鉆探深度為12～20m，揭露的地層主要為表層的雜填土、粉土及粉質(zhì)黏土，局部含有粉砂、細(xì)砂及圓礫。

1.2 水文地質(zhì)條件

蔚縣盆地為北東向的地塹式盆地，其周圍山體最高峰構(gòu)成了盆地的地表分水嶺邊界，其外圍古老不透水的太古界花崗巖、花崗片麻巖、變質(zhì)巖系及燕山期巖漿巖構(gòu)成了盆地地下水邊界，從而構(gòu)成了大型而較完整的水文地質(zhì)單元。

蔚縣盆地從地貌上構(gòu)成一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元即壺流河單元(圖1)。

蔚縣盆地內(nèi)地下水的賦存與運(yùn)動(dòng)受控水構(gòu)造的影響和制約，水文地質(zhì)條件有所差異，根據(jù)其差異可將該單元分為水文地質(zhì)條件不同的塊段。本次調(diào)查區(qū)位于蔚縣南山斷裂以北、壺流河斷層以南塊段。

圖1 區(qū)域水文地質(zhì)

1.2.1 含(隔)水層

依據(jù)含水層的賦存環(huán)境、水文地質(zhì)條件和富水程度，將蔚縣盆地劃分為四個(gè)水文地質(zhì)區(qū)：即南山山前沖洪積扇群、壺流河帶狀沖積漫灘、北山山前坡洪積湖積高階地、盆地周圍山地。

本調(diào)查區(qū)處于南山山前沖洪積扇群水文地質(zhì)區(qū)，該塊段的含水層類型主要為松散巖類孔隙水，主要含水層為新生界第四系上更新統(tǒng)馬蘭期砂礫石孔隙含水層和全新統(tǒng)砂礫石孔隙含水層。含水層多沿壺流河呈帶狀分布，含水層巖性為粉細(xì)砂、細(xì)砂夾礫卵石透鏡體。馬蘭期砂礫石孔隙含水層為砂礫卵石，礫石成份較復(fù)雜，分選性、磨圓度中等─差，地表溝谷中有泉水出露，壺流河南含水豐富，較北部強(qiáng)，水力性質(zhì)為潛水，局部為承壓，水位標(biāo)高+960～+1 130m，為強(qiáng)─中等含水層；水質(zhì)類型主要為HCO3─Ca-Mg、HCO3─Na-Ca，礦化度<0.5g/L。全新統(tǒng)砂礫石孔隙含水層為近代河床沉積，由砂礫卵石組成，礫石分選差，磨圓度較好，水位埋深淺，季節(jié)性變化明顯，大氣降水補(bǔ)給，水量豐富；水質(zhì)類型主要為HCO3─Ca·Mg、HCO3─Na·Ca，礦化度<1.0g/L。

1.2.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

盆地周圍的廣闊山區(qū)基巖裸露，風(fēng)化強(qiáng)烈，溝谷縱橫，有利于接受大氣降雨的入滲補(bǔ)給，為盆地的補(bǔ)給區(qū)。在山區(qū)接受補(bǔ)給的地下水，沿裂隙或溶隙緩慢向山前運(yùn)移，并側(cè)向補(bǔ)給山前各含水層。山前各含水層地下水在接受山區(qū)側(cè)向補(bǔ)給后，沿山前緩傾斜平原的含水層中的孔隙及裂隙通道徑流。

本次研究的目的含水層為第四系全新統(tǒng)沖洪積粉細(xì)砂、細(xì)砂含水層，富水性受構(gòu)造、地貌和巖性的控制，富水帶沿東西向南山前凹陷和各沖洪積扇軸部自西向東有規(guī)律的排列，在壺流河南沖洪積扇的軸部一般為地下水的強(qiáng)徑流帶，兩側(cè)次之。最終地下水以泉和潛流的形式排泄于壺流河中，繼而沿河床排出區(qū)外(圖2)。

圖2 蔚縣盆地地下水補(bǔ)給關(guān)系示意

本次調(diào)查范圍西莊村位于蔚縣盆地中心區(qū)域，屬九宮口第四系沖洪扇下游的泉水溢出帶。本次研究的主要含水層為第四系上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)沖洪積砂礫石層，巖性為砂卵礫石，含水層厚度10～40m，水位埋深0～60m。自然條件下地下水自南向北順層徑流排泄于壺流河，溝谷及低洼帶有泉水溢出，以明流方式排泄于壺流河。

2 地下水位變化情況

2.1 1988年的水文地質(zhì)調(diào)查水位情況

據(jù)圖3可知，1988年，調(diào)查區(qū)大部分區(qū)域水位標(biāo)高在+880～+920m。本次重點(diǎn)村莊西莊村靠近壺流河，潛水位標(biāo)高為+875～+880m，水力坡度相對(duì)較大。當(dāng)時(shí)已開始陸續(xù)安裝自來水，但由于近年來的地下水位上升，造成部分民井坍塌沉陷；因此，為了安全，部分居民將民井填埋，部分民井則當(dāng)作污水井來使用，生活污水直接排至井中。

2.2 2020年水文地質(zhì)調(diào)查水位情況

通過水文地質(zhì)調(diào)查，繪制潛水等水位線圖(2020年11月)，見圖4。在地下水徑流方向上，水位線的水力坡度呈現(xiàn)出由低到高的趨勢(shì)，在西合村水力坡度呈現(xiàn)出陡然升高，由8.5‰變?yōu)?8‰，水位標(biāo)高在+875～+895m。而三關(guān)村附近(西莊村西南)等水位線明顯向西南方向發(fā)生偏移，表現(xiàn)出水位下降的趨勢(shì)，分析是由于地下水開采量過大的緣故。

2.3 分析對(duì)比

2020年的等水位線比1988年等水位線明顯發(fā)生了變化，水位整體上漲0～10m。本次重點(diǎn)村西莊村漲幅在5～10m，漲幅等值線如圖5所示。調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水位較1988年自然狀態(tài)漲幅明顯，地下水位漲幅呈鞍形結(jié)構(gòu)，最高點(diǎn)位于東辛莊—西合村一帶，以外兩側(cè)漲幅依次下降趨勢(shì)。

總的來說，調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水位整體呈現(xiàn)局部及季節(jié)性特點(diǎn)，上漲較高的地區(qū)均出現(xiàn)在沿壺流河沿岸南側(cè)，以西莊村、西合村一帶為中心，向東西兩翼及南側(cè)蔓延，水位上漲幅度有逐漸減小的趨勢(shì)。此外，根據(jù)調(diào)查情況從季節(jié)上來看，西莊村水位上漲在每年深秋、冬季上漲明顯，次年春季以后地下水位又逐漸回落的現(xiàn)象，與大氣降雨有一定的滯后性。

3 水位上升原因分析

由于地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄是影響地下水水位的重要因素，因此從以上三方面進(jìn)行分析。對(duì)一個(gè)盆地水文地質(zhì)單元而言，當(dāng)?shù)叵滤a(bǔ)給量大于排泄量時(shí)，地下水位表現(xiàn)為上升，反之，則地下水位表現(xiàn)為下降。此外，地下水位動(dòng)態(tài)變化反映了氣候、人為灌排活動(dòng)及水文地質(zhì)等因素綜合作用，自然因素影響地下水資源的空間分布，人為因素則加快了地下水環(huán)境演化的進(jìn)程。其變化也是區(qū)域地下水資源豐欠的直觀反映。

3.1 地下水開采量減小

從地下水排泄分析，區(qū)內(nèi)主要排泄除自然排泄外還有人工開采。除自然排泄(泉眼)因素外， 主要因素為人工開采，在調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)三關(guān)村由于未接通自來水，村民一直使用機(jī)民井取水，造成該村地下水潛水水位較低，使等水位線發(fā)生南移現(xiàn)象。而早早使用上自來水的村莊地下潛水水位則表現(xiàn)出上漲的趨勢(shì)，也從側(cè)面證明了地下水開采減少，居民生活污水就地回灌是造成地下水水位上漲的主要因素。

圖3 第四系潛水等水位線(1988年11月)

圖4 潛水等水位線

圖5 水位漲幅等值線

自來水的使用讓調(diào)查區(qū)內(nèi)就地取用地下水的開采方式改為異地取用，并且取水層位為微承壓的含水層，導(dǎo)致淺層地下水開采量減少，進(jìn)而使得淺層地下水水位上升，其中西合村水位上漲顯著地區(qū)也都是在2010年以后使用自來水，這與水位上漲時(shí)期相吻合。因此，推斷區(qū)內(nèi)地下水總體上漲與地下水的開采量減少和泉眼的填埋有明顯時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2 地面建筑物對(duì)徑流的影響

由徑流條件分析，地下水的徑流由于受到地基等建筑物的阻止，改變了徑流條件，形成了明顯的地下水的壅高。地下水在東辛莊—西合營(yíng)一帶壅起，后由地形條件排泄于壺流河。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，西合營(yíng)鎮(zhèn)在21世紀(jì)初，先后新建小區(qū)10處，高層小區(qū)的建設(shè)地下基礎(chǔ)建設(shè)從5～10m，東西展布的小區(qū)走向與地下水徑流方向基本正交，由此形成阻水的“地下帷幕”，破壞了原始淺層地下水含水層結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和完整性。在開挖回填夯實(shí)地基時(shí)破壞了原有的地表排水溝和淺層地下水徑流排泄途徑，造成地表水溝排水和淺層地下水徑流場(chǎng)排泄不暢，抬升了地下水位。

3.3 補(bǔ)給相關(guān)因素

3.3.1 降雨量

據(jù)蔚縣氣象局收集的資料，蔚縣1990─1999年平均降雨量403.2mm，2000─2010年為377.2mm，2010─2020年為431.4mm?？梢钥闯?010—2020年降雨量均值明顯高于1990─1999年和2000─2010年平均值。2010—2020年近十年呈明顯的上升趨勢(shì)，致使地下水補(bǔ)給量相應(yīng)增大。

3.3.2 水庫蓄水

夏源水庫和橫澗水庫對(duì)本區(qū)地下水流場(chǎng)有明顯的影響，造成地下水流場(chǎng)整體上呈“M”形分布，因此，分析認(rèn)為水庫對(duì)地下水的滲漏補(bǔ)給也是影響地下水的主要因素。

4 建議

研究區(qū)地下水位上漲已造成部分房屋倒塌、地道被淹、部分區(qū)域因地基承載力降低造成地面塌陷，建議應(yīng)采取相關(guān)治理措施。根據(jù)治理分區(qū)水位上漲因素不同，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，目前降水治理措施主要有兩種方法：

1)異地搬遷法。該方法直接將水位上漲范圍內(nèi)的居民搬遷至水位正常區(qū)域，效果最直接，但搬遷費(fèi)用較高、工期長(zhǎng)，同時(shí)面臨危房處置和后期土地改造利用的問題。

2)面狀疏降法。該方法是利用現(xiàn)有機(jī)民井或者施工鉆孔長(zhǎng)期抽水達(dá)到降低地下水位的目的。在治理區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置多個(gè)抽水井呈面狀控制地下水水位，治理費(fèi)用主要為電費(fèi)、設(shè)備維修費(fèi)及排水渠道的維護(hù)費(fèi)用，工期長(zhǎng)、效果明顯， 但成本較高。治理區(qū)周邊不方便挖渠可采用該方法。同時(shí)注重完善污水排水系統(tǒng)，改變村民不良的生活陋習(xí)，停止生活污水就地回灌至地下水。