衡水市淺層地下水時空動態(tài)變化特征分析

于曉彤

（河北省衡水水文勘測研究中心，河北 衡水 053000）

衡水市為華北平原水資源最為匱乏的地區(qū)之一。由于長期超采深層地下水，區(qū)域地下水位不斷下降，形成地下水降落漏斗，進而引發(fā)地裂縫、地面沉降、地下水水質污染等環(huán)境地質問題。為解決地下水嚴重超采問題，國家有關部門逐步開展了華北地區(qū)地下水超采治理工作，使衡水深層地下水超采狀況得到有效緩解，但水資源供需矛盾依然嚴峻，且對淺層地下水的開發(fā)利用需求十分迫切[1]。

淺層地下水資源量為地下水飽和含水層逐年更新的動態(tài)水量，可以直接接受大氣降水和地表水補給。淺層地下水資源為水資源的重要組成部分，受地質構造及水文地質條件等因素影響，與大氣降水資源和地表水資源密切聯(lián)系，互相轉化。本文通過研究衡水不同水平年淺層地下水動態(tài)特征及其對降水的響應，為合理高效開發(fā)利用衡水淺層地下水提供一定參考。

1 研究區(qū)概況

衡水位于河北省東南部平原區(qū)，屬于溫帶大陸性季風氣候，多年平均降水量509.7 mm，年蒸發(fā)量129.5 mm。地勢平坦，海拔12～30 m，屬于沖洪積、沖湖積平原地貌，根據(jù)第四系地層特征，平面上橫跨3 個構造單元，即西北部冀中坳陷區(qū)、中部滄縣隆起區(qū)和東南部黃驊坳陷區(qū)；垂向上自上而下劃分為4 個含水組即第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水組，第Ⅰ、Ⅱ含水組為淺層地下水，第Ⅲ、Ⅳ含水組為深層地下水[2]。

本文研究淺層地下水，其補、徑、排條件在天然狀態(tài)下受其所在地域的地形地貌及含水層巖性等因素的制約。衡水淺層地下水屬于潛水和微承壓水，位于第Ⅰ、Ⅱ含水組，巖性以粉砂為主，大氣降水入滲、地表水滲漏為其主要的補給來源。由于衡水地勢平緩，地下水水力坡度小于1/400，地下水徑流較弱，側向補給量、排泄量很小，所以人工開采、潛水蒸發(fā)、越流排泄為其主要排泄方式。

2 數(shù)據(jù)來源

20 世紀70年代，為全面掌握衡水地下水動態(tài)，衡水水文中心設立了人工地下水觀測井，如今衡水形成由366 眼監(jiān)測井組成的地下水自動監(jiān)測站網(wǎng)。本文選取衡水參與河北省地下水情況通報淺層地下水自動監(jiān)測站，并從中選取代表不同層位埋深的地下水代表站。由于降水補給為淺層地下水資源主要補給來源，不同水平年降水量大小直接影響當年地下水水位變幅情況。2019—2021年衡水降水量分別為382.5、510.4、843.7 mm，將其作為枯、平、豐水平年的代表年。

3 淺層地下水時間動態(tài)變化特征

通過對2019—2021年衡水淺層地下水自動監(jiān)測站網(wǎng)監(jiān)測井埋深數(shù)據(jù)統(tǒng)計，衡水淺層地下水動態(tài)類型主要有降水入滲蒸發(fā)型、農業(yè)灌溉-降水入滲越流型、降水入滲開采型。

3.1 降水入滲蒸發(fā)型

該類型淺層地下水補給項主要為降水入滲，排泄項主要為潛水蒸發(fā)，主要分布于桃城區(qū)中部、南部，冀州區(qū)北部，故城縣北部、東部，地下水埋深小于5 m。2021年故城縣青罕淺層地下水埋深動態(tài)變化，如圖1所示。

圖1 2021年故城縣青罕淺層地下水埋深動態(tài)變化

該類型地下水動態(tài)變化年內可分為3 個階段：第1階段發(fā)生在1—5月，淺層地下水埋深逐漸增大，此階段大氣降水較少，不足全年的20%，隨著3、4 月氣溫回升，植被生長，潛水蒸發(fā)作用不斷增強，地下水位逐漸下降；第2 階段發(fā)生在5—10 月，涵蓋整個雨季，淺層地下水埋深不斷減小，此階段為全年降水的集中發(fā)生時節(jié)，占全年的66%以上，而蒸發(fā)作用在此階段減弱，降水入滲作用占主導地位，地下水位大幅度回升，而埋深最小峰值晚于降水最大峰值，說明降水入滲補給地下水具有滯后性[3]；第3階段發(fā)生在10 月至年末，地下水埋深不斷增大，此階段降水大幅減少，潛水蒸發(fā)逐漸成為主要影響因素，地下水位不斷下降。

3.2 農業(yè)灌溉-降水入滲越流型

該類型淺層地下水補給項為農業(yè)灌溉入滲、降水入滲，排泄項主要為越流排泄，主要分布于桃城區(qū)西北部，冀州區(qū)，武邑縣，深州市南部，景縣、阜城縣西部等有咸水分布的農灌區(qū)，地下水埋深多為5～15 m。2020年桃城區(qū)代家口淺層地下水埋深動態(tài)變化，如圖2所示。

圖2 2020年桃城區(qū)代家口淺層地下水埋深動態(tài)變化

該類型地下水動態(tài)變化年內可分為4 個階段：第1階段發(fā)生在1—5月，淺層地下水埋深逐漸減小，此階段1—3 月降水量較少，引黃、引衛(wèi)等地表水引水工程有效緩解了春灌用水短缺，農業(yè)灌溉入滲水量占主導地位，4—5 月降水量增多，淺層地下水位逐漸上升；第2階段為5—7月初，淺層地下水埋深不斷增大，此階段深層地下水開采量大、埋深大，潛水越流補給承壓水[4]，降水及引水工程補充不足，淺層地下水位快速下降；第3 階段發(fā)生在7—10 月，淺層地下水埋深不斷減小，此階段大量的降水使地下水得到補充，地下水位不斷回升，且降水入滲補給地下水具有滯后性；第4階段發(fā)生在10月至年末，此階段降水大幅減少，地下水埋深不斷增大。

3.3 降水入滲開采型

該類型為衡水淺層地下水典型動態(tài)類型，補給項主要為降水入滲，排泄項主要為人工開采，廣泛分布于衡水北部、東部、南部淡水分布區(qū)，地下水埋深為10～50 m。 2020年安平縣安平淺層地下水埋深動態(tài)變化，如圖3所示。

圖3 2020年安平縣安平淺層地下水埋深動態(tài)變化

該類型地下水動態(tài)變化年內可分為4 個階段：第1 階段發(fā)生在1、2 月，無地下水開采，地下水埋深緩慢減小；第2 階段發(fā)生在2 月末至6 月初，降水量較少，而農業(yè)開采量較大，地下水埋深迅速增大，5 月降水增大使地下水位短暫回升后繼續(xù)下降；第3 階段發(fā)生在6—9 月，降水量較大，農業(yè)開采量減少，地下水位埋深不斷減小，且降水入滲補給地下水具有滯后性；第4 階段發(fā)生在9 月末至年末，降水量減少，秋灌開采使地下水位短暫下降后緩慢回升。

4 淺層地下水空間動態(tài)變化特征

對衡水淺層地下水動態(tài)類型分析，發(fā)現(xiàn)降水補給為淺層地下水補給最主要來源。采用2019—2021年衡水淺層地下水自動監(jiān)測站網(wǎng)地下水埋深監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用地統(tǒng)計學插值分析法繪制衡水不同水位期地下水埋深分布，分別如圖4—6所示。

圖4 2019年衡水低水位期（6月）與高水位期（9月）埋深分布

從圖4—6 可以看出，衡水淺層地下水埋深整體呈現(xiàn)自西北向東南方向遞減分布特點，大部分區(qū)域埋深在1～15 m，年內變幅約在0～5 m，中部、東南部部分區(qū)域埋深較淺，小于5 m，而北部區(qū)域埋深最大且變幅大，高水位期（12 月）埋深為30～50 m，低水位期（6月）埋深為30～70 m。

對比衡水淺層地下水不同水平年高、低水位期特征值發(fā)現(xiàn)，不同水平年低水位期地下水埋深覆蓋范圍與面積空間變化不明顯，而高水位期受汛期降水補給影響，0～10 m 埋深覆蓋范圍與面積出現(xiàn)明顯增大趨勢。枯水年（2019年）高水位期比低水位期0～10 m 埋深覆蓋范圍及面積為減少趨勢，10～50 m 埋深覆蓋范圍及面積為增大趨勢，這是由于汛期降水補給不足導致的，而且側面反映了淺層地下水埋深動態(tài)變化受降水入滲深度影響，極限深度小于10 m[5]。平水年（2020年）高、低水位期埋深覆蓋范圍與面積空間變化不明顯。豐水年（2021年）高水位期比低水位期0～10 m 埋深覆蓋范圍及面積為明顯增大趨勢，10～15 m 埋深覆蓋范圍及面積為明顯減小趨勢，說明豐富的降水補充了地下水存量，抬升了地下水水位。衡水淺層地下水不同水平年高、低水位期特征值，詳見表1。

表1 衡水淺層地下水不同水平年高、低水位期特征值

5 結論

在地下水超采治理背景下，本文以2019—2021年衡水淺層地下水自動監(jiān)測站地下水埋深數(shù)據(jù)為基礎，通過分析研究得出如下結論。

（1）近幾年，淺層地下水動態(tài)類型主要有降水入滲蒸發(fā)型、農業(yè)灌溉-降水入滲越流型、降水入滲開采型。分析淺層地下水動態(tài)變化特征，得出以下結果：降水入滲蒸發(fā)型分布于地下水埋深小于5 m 的區(qū)域，年內地下水動態(tài)變化可分為3 個階段，水位年初至年末經(jīng)歷下降-回升-下降；農業(yè)灌溉-降水入滲越流型多分布于有咸水的農灌區(qū)，地下水埋深約在5～15 m，年內地下水動態(tài)變化可分為4 個階段，水位年初至年末經(jīng)歷上升-快速下降-快速上升-下降；降水入滲開采型廣泛分布于衡水淡水分布區(qū)，地下水埋深約在10～50 m，年內地下水動態(tài)變化可分為4 個階段，水位年初至年末經(jīng)歷短暫上升-持續(xù)下降短暫回升后快速下降-階段上升-短暫下降后上升。

（2）降水入滲為地下水主要補給來源，結合降水年內變化，從3 種地下水動態(tài)類型均能反映出降水入滲補給地下水具有滯后性。

（3）利用地統(tǒng)計學插值分析法繪制衡水不同水位期地下水埋深分布圖，發(fā)現(xiàn)衡水淺層地下水埋深整體呈現(xiàn)自西北向東南方向遞減分布特點，大部分區(qū)域在1～15 m，年內變幅約在0～5 m，而北部區(qū)域最大且變幅大。不同水平年低水位期地下水埋深覆蓋范圍與面積空間變化不明顯，而高水位期受汛期降水補給影響，0～10 m 埋深覆蓋范圍與面積豐水年出現(xiàn)明顯增大趨勢。