冀棗衡漏斗中心埋深發(fā)展現(xiàn)狀及特征分析

于曉彤

(河北省衡水水文勘測研究中心,河北 衡水 053000)

0 引言

地下水是支撐社會經(jīng)濟及農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要水源,自上世紀(jì)70年代以來,隨著衡水市工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展,城市居民用水、工業(yè)生產(chǎn)用水以及其它城市用水需求逐年增加,由于供水能力不足,水資源短缺,長期超采地下水,區(qū)域地下水位不斷下降,逐漸形成地下水降落漏斗[1-2]。2013年底,河北省已累計超采地下水1 500億 m3左右,面積達到6.7萬 km2。2014年3月,中央的1號文件提出“在華北地區(qū)河北省開展地下水超采綜合治理試點工作”。為解決地下水嚴(yán)重超采問題,項目試點區(qū)域涵蓋了河北省9個設(shè)區(qū)市115個縣、市、區(qū)。其中,衡水市全域均為深層地下水超采區(qū)。2023年為河北省開展地下水超采綜合治理工作第十個年頭,對衡水市地下水深層漏斗現(xiàn)狀及特征進行分析,對處理好發(fā)展與壓采、地下水調(diào)控研究具有重要意義。

1 概況

衡水市位于河北省東南部,屬于溫帶大陸性半濕潤半干旱季風(fēng)氣候,多年平均降水量509.7 mm,且年內(nèi)分配不均,6-9月降水占全年76%,多年平均蒸發(fā)量1 209.5 mm。衡水市地貌為沖洪積、湖積平原區(qū),地勢自西南向東北緩慢傾斜,海拔高度12～30 m。衡水市水文地質(zhì)剖面,垂向上可分為四個含水組,其中,工農(nóng)業(yè)、生活用水主要開采層集中在第三含水組,屬承壓水,礦化度小于1 g/L,底板深度在350～450之間。

衡水境內(nèi)存在全國最大、最深的深層地下水漏斗—冀棗衡漏斗,僅限于冀州、棗強、桃城區(qū)一帶,形成于上世紀(jì)70年代初期,性質(zhì)為農(nóng)業(yè)開采型漏斗,至2004年,地下水位下降漏斗覆蓋衡水市全部區(qū)域,面積為8 815 km2,發(fā)展成為“衡水漏斗”。

2014年,河北省開展地下水超采綜合治理工作,壓采、節(jié)水、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)等一系列措施的實行,加上南水北調(diào)中線、東線北延工程通水,及加大引黃入冀水量,地下水開采量有所減少,在一定程度上緩解了水資源問題,但地下水仍處于超采狀態(tài)。至2019年,河北平原區(qū)累積地下水壓采量超過50億 m3,雖然漏斗整體處于擴張狀態(tài),但是在局部地區(qū)顯示出了一定程度的疏解[3]。

2 漏斗中心動態(tài)特征

2.1 年際變化

基于近10年《河北省水資源公報》衡水市深層地下水漏斗中心埋深數(shù)據(jù),探究近年來深層漏斗變化情況,并繪制2014-2022年末衡水市深層地下水漏斗中心埋深過程線。公報數(shù)據(jù)顯示:2014年末衡水市深層漏斗中心已由衡水市開發(fā)區(qū)東移至景縣境內(nèi),漏斗中心埋深97.08 m,85 m地下水埋深(約為-70 m水位)等值線包圍漏斗區(qū)面積為1 927 km2。2014年后,衡水漏斗中心一直位于景縣境內(nèi)。從圖1中可見,2014-2019年,衡水市深層地下水埋深呈逐漸增大趨勢,2020年為轉(zhuǎn)折點,埋深停止增大,開始減小,2021年末,漏斗中心水位已逐漸回升至2014年地下水超采區(qū)綜合治理開始時期水平。公報數(shù)據(jù)顯示,2022年末,衡水漏斗中心埋深86.15 m,無-70 m水位等值線包圍漏斗區(qū)。因此,至2022年末,衡水漏斗中心埋深、漏斗區(qū)面積均成大幅減小趨勢。2014-2022年末衡水漏斗中心埋深變化見圖1。

圖1 2014-2022年末衡水漏斗中心埋深

2.2 年內(nèi)變化

2.2.1 埋深動態(tài)

對衡水市深層地下水漏斗中心的代表站—后留名府深站,進行地下水年內(nèi)埋深分析。從圖2中可以看出,衡水漏斗中心地下水位年內(nèi)動態(tài)變化隨灌溉季節(jié)波動明顯。年內(nèi)埋深變化規(guī)律一般為2-6月份水位下降,6月底出現(xiàn)最低水位;進入汛期降水基本能滿足農(nóng)作物生長要求,農(nóng)業(yè)灌溉用水相對較少,7月份開始水位緩慢回升;10-12月份,冬小麥造墑和凍水灌溉期間,地下水位有小幅下降;之后農(nóng)業(yè)灌溉水量基本停止,地下水位逐漸回升,至次年1-2月出現(xiàn)最高水位。

2.2.2 低水位期同比變化

由于降水主要集中在汛期,汛期降水場次的多少、強度的高低,直接影響著農(nóng)灌用水量,間接影響著地下水位高低。從圖2中2022年與2023年埋深過程線可以看出,進入汛期以來,埋深過程線出現(xiàn)兩個極值,分別在6月上旬的埋深最小極值,及6月下旬的埋深最大極值。但2023年低水位期埋深變幅明顯大于2022年,究其原因是,由于2023年汛前降水較為充足,較2022年偏多近3倍,較常年偏多近1倍。6月上旬,水位一直處于上升趨勢,至6月8日出現(xiàn)汛期最高水位,即埋深最小極值,較2022年同期最高水位,回升5.68 m。然而,由于此時期正值農(nóng)作物玉米播種期,需要大量灌溉用水,后續(xù)降水不足,2023年6月8日-6月25日降水較2022年同期降水,偏少8成以上。2023年6月26日代表站出現(xiàn)汛期最低水位,即埋深最大極值,較2022年同期最低水位,下降8.91m。2023年低水位期埋深變幅較2022年增大14.59 m。

2.2.3 高、低水位期變化

天然狀態(tài)下,衡水市深層水地下水流向為自西向東。但由于近年來過量開采深層地下水,區(qū)域地下水降落漏斗的形成,改變了地下水的天然流向,使地下水向漏斗中心匯流[4]。衡水市深層地下水的主要補給來源是側(cè)向徑流補給、越流補給。主要排泄途徑,70年代前,為徑流排泄,而70年代后,改變?yōu)槿斯ら_采,以消耗地下水儲存量為主。

對衡水漏斗中心年內(nèi)動態(tài)變化特征分析,以2022年衡水市深層地下水埋深等值線為例,利用地統(tǒng)計學(xué)插值分析法繪制衡水市低水位期(6月)、高水位期(12月)地下水埋深分布圖(見圖3)。

圖3 2022年衡水市深層地下埋深等值線圖

衡水漏斗中心低水位期與高水位期,埋深變幅最大接近30 m。深層地下水流向受漏斗區(qū)位置直接影響,總體上流向從西北、東南方向,向漏斗中心匯流。低水位期,區(qū)域內(nèi)易形成復(fù)合漏斗,漏斗中心分布于景縣中西部及冀州區(qū)和棗強縣的南部,漏斗中心埋深大于100 m,面積占比7.4%。高水位期,漏斗中心水位逐漸回升,低水位期時各自相對獨立的深層降落漏斗已無法單獨區(qū)別,呈連片趨勢,漏斗中心埋深在80～90 m之間,面積占比10.0%。

3 深層地下水位影響因素分析

深層地下水水位在氣候、人工開采、水文地質(zhì)條件等多種因素綜合作用下,不停變化。氣候因素是制約水循環(huán)的最主要的因素,氣候上年內(nèi)、年際交替變化,影響著地下水補給與排泄的平衡,而人類活動是造成地下水位下降的主導(dǎo)因子。其中,最重要的制約因素,氣候因素為降水,人為因素為開采[5]。上文提到,降水因素對地下水水位為間接影響因素,而開采因素為直接影響因素。依據(jù)2014-2022年度《衡水市水資源公報》降水、深層地下水開采量數(shù)據(jù),分析制約水位變化的主導(dǎo)因素間相關(guān)關(guān)系(表1和表2)。

表1 2014-2022年衡水市降水量、深層地下水開采量、埋深統(tǒng)計表

表2 地下水影響因素相關(guān)關(guān)系

深層地下水漏斗中心埋深與降水量呈負相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性不顯著,但漏斗中心埋深同比與降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。說明降水量大小影響漏斗中心埋深大小,且對后者影響存在一定的時效性,如第一年降水顯著增加,第二年漏斗中心埋深將同比上年減小。

深層地下水漏斗中心埋深與深層地下水開采呈正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性不顯著,但漏斗中心埋深同比與深層地下水開采呈顯著正相關(guān)關(guān)系。自2014年地下水超采綜合治理工作以來,衡水市引調(diào)水量逐年增加,深層地下水開采量逐年減小,開采量大小,受全市當(dāng)年引調(diào)水量用于農(nóng)灌水量大小影響。因此,探究深層地下水漏斗中心埋深與深層地下水開采量關(guān)系,如結(jié)合引調(diào)水量用于農(nóng)灌水量,將更準(zhǔn)確反映人為因素對深層地下水漏斗中心埋深的影響。

*在 0.05 級別(雙尾),相關(guān)性顯著。

4 結(jié)語

(1)本世紀(jì)初,衡水市深層地下水漏斗—冀棗衡漏斗已覆蓋衡水市全部區(qū)域,發(fā)展成為“衡水漏斗”。2014年,漏斗中心已由從城市向農(nóng)村轉(zhuǎn)移,之后,衡水漏斗中心一直位于景縣境內(nèi),2020年末,漏斗中心水位開始止降反升,2021年末,漏斗中心水位已逐漸恢復(fù)至2014年地下水超采區(qū)綜合治理開始時期水平。

(2)通過對漏斗中心埋深動態(tài)變化分析,漏斗中心6月底出現(xiàn)年內(nèi)最低水位,次年1-2月出現(xiàn)年內(nèi)最高水位。但不同年份低水位期漏斗中心最大埋深、埋深變幅大小受汛期降水場次的多少、強度的高低影響。建議相關(guān)部門在地下水低水位期結(jié)合降水量,精準(zhǔn)規(guī)劃引調(diào)水量進行農(nóng)灌,進而控制地下水年內(nèi)最低水位,及降低年內(nèi)變幅。

(3)區(qū)域地下水降落漏斗的形成,改變了地下水的天然流向,衡水漏斗總體上流向從西北、東南方向,向漏斗中心匯流。低水位期,區(qū)域內(nèi)易形成復(fù)合漏斗;高水位期,漏斗中心水位逐漸回升,漏斗呈連片趨勢。

(4)深層地下水漏斗中心埋深,與降水量和深層地下水開采量分別呈,負相關(guān)關(guān)系、正相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)性不顯著。深層地下水漏斗中心埋深同比與降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。降水量對漏斗中心埋深的影響存在一定的時效性。