壽光市巨淀湖地區(qū)水文地質(zhì)特征及“三水”轉(zhuǎn)化規(guī)律研究

摘要：本文梳理了巨淀湖附近淺部的地層結(jié)構(gòu)，通過(guò)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水位統(tǒng)測(cè)等手段刻畫(huà)了地下水流場(chǎng)，分析了湖區(qū)水文地質(zhì)特征及三水轉(zhuǎn)化規(guī)律。研究結(jié)果表明：湖區(qū)附近地層結(jié)構(gòu)以多層粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂夾粉砂為主，湖區(qū)北部地區(qū)海相沉積特征明顯。淺層孔隙水主要補(bǔ)給有大氣降水、灌溉回滲和地表水側(cè)滲，主要排泄方式為潛水蒸發(fā)和人工開(kāi)采，湖水與20m以淺的孔隙水水力聯(lián)系密切。研究區(qū)咸水入侵現(xiàn)象明顯，北部地下水為Cl-Na型，南部為HCO3·Cl-Na·Ca·Mg型，TDS含量由北向南逐漸降低。該研究為巨淀湖生態(tài)保護(hù)修復(fù)方案提供地質(zhì)支撐，對(duì)提高湖區(qū)蓄水量，恢復(fù)濕地功能對(duì)維持生物多樣性，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境有積極作用。

關(guān)鍵詞：地層結(jié)構(gòu)；三水轉(zhuǎn)化；生態(tài)環(huán)境；巨淀湖；壽光市

中圖分類號(hào)：P512.2+2;P641""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""" doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2025.04.006

0 引言

巨淀湖位于廣饒市東部、壽光市西北部［1］。從地貌單元上看，巨淀湖位于彌河、白浪河沖積扇前緣、海積平原與沖積平原的過(guò)渡地帶，高程在2～10m［2］。它的形成與發(fā)生與全新世的黃驊海侵密切相關(guān)，是該次海侵退去后由沿海洼地形成潟湖，再由潟湖演變?yōu)榈炊桑?］，河流的遷徙改道及泥沙的淤積使湖泊范圍逐漸縮?。?］。巨淀湖周邊存在過(guò)量開(kāi)采地下水的現(xiàn)象，地下水位下降形成降落漏斗，濕地與淺層地下水的相互補(bǔ)給關(guān)系被破壞，隨著湖泊功能的退化及周邊地下水開(kāi)采活動(dòng)的加強(qiáng)，湖泊與淺層地下水的補(bǔ)排關(guān)系發(fā)生了變化。本文依托“黃河流域典型湖泊生態(tài)修復(fù)示范地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目，在查明湖區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，分析湖區(qū)大氣降水、地表水、淺層孔隙水之間的“三水”轉(zhuǎn)化關(guān)系，分析了湖區(qū)生態(tài)環(huán)境變化對(duì)地下水環(huán)境的影響，為湖區(qū)的生態(tài)修復(fù)、淺層地下水資源的保護(hù)提供了依據(jù)。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)背景

1.1 氣象水文

研究區(qū)地處中緯度帶，北瀕渤海，屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候。受暖冷氣流的交替影響，形成了“春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季爽涼干旱，冬季干冷少雪”的氣候特點(diǎn)。1989—2023年間，多年平均降水量610.09mm，年降水量最大值出現(xiàn)在2018年，為980.7mm，年降水量最小值出現(xiàn)在1989年，為360.8mm。年內(nèi)降水量分布不均，春季平均降水量79.3mm，夏季平均降水量為387.1mm（圖1）。地表水系主要有織女河、烏陽(yáng)河、張僧河和塌河等，織女河、烏陽(yáng)河、塌河河水主要來(lái)源于西南部大王鎮(zhèn)處理后的工業(yè)廢水，張僧河水來(lái)源于彌河，也是目前巨淀湖主要的補(bǔ)水水源。

1.2 地層結(jié)構(gòu)

在巨淀湖附近施工了多眼水文地質(zhì)勘探孔，掌握了湖區(qū)附近的地層結(jié)構(gòu)。巨淀湖北部地層巖性以粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂夾粉砂為主，其中粉砂層埋深在16.32～21.58m，25.45～29.63m，底部37.79～43m有粗砂分布（表1）。

巨淀湖以南地層巖性以粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂為主，夾多個(gè)粉砂層，粉砂層厚度較湖北部變薄，黏土層厚度增加（表2）。

巨淀湖北部土壤顏色較深，以灰褐色、棕黃色為主，多處可見(jiàn)夾雜白色貝殼碎屑物，海相沉積特征明顯，巨淀湖以南地區(qū)土壤顏色普遍較淺，貝殼等海相沉積物減少。

1.3 水文地質(zhì)概況

在研究區(qū)內(nèi)施工了水文地質(zhì)勘探孔10眼，分別進(jìn)行了單孔抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)一換算成井徑219mm，5m降深的涌水量（表3），掌握了研究區(qū)的水文地質(zhì)概況。

巨淀湖以南地下水普遍為微咸水，TDS含量為1～3g/L，含水巖組主要為中粗砂、粉細(xì)砂，單層厚度一般小于2m，含水層累計(jì)厚度為5～12m。垂向上由下到上含水巖組的粒徑逐漸變小，由中粗砂過(guò)渡到粉細(xì)砂，層理規(guī)模逐漸變小，水平上由西南向東北粒徑逐漸變細(xì)，層次增加，含水層單層厚度變薄。富水性由西南向東北逐漸減小，西南臺(tái)頭鎮(zhèn)—南臺(tái)頭村一帶單井涌水量在500～1000m3/d，臺(tái)頭鎮(zhèn)東北方向單井涌水量普遍小于500m3/d（圖2、圖3）。

巨淀湖周圍地下水TDS含量在3～10g/L，以北地區(qū)普遍大于10g/L，達(dá)到了鹽水級(jí)別。該區(qū)含水層巖性主要為粉砂、粉細(xì)砂夾黏土等，可見(jiàn)大量的貝殼碎屑物，有明顯的海相沉積特征，含水層的累計(jì)厚度在15～23m不等，單井涌水量普遍小于100m3/d。

2 地下水監(jiān)測(cè)

地下水監(jiān)測(cè)工作在在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，主要體現(xiàn)在以下方面：為科學(xué)防治地質(zhì)災(zāi)害提供決策依據(jù)［4］，為水資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)提供及時(shí)服務(wù)［5］，為地質(zhì)勘查及地下水環(huán)境科學(xué)研究提供基礎(chǔ)資料［6-7］。為刻畫(huà)研究區(qū)地下水動(dòng)力場(chǎng)，分析“三水”轉(zhuǎn)化規(guī)律，在研究區(qū)開(kāi)展了地下水監(jiān)測(cè)工作。

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

在研究區(qū)布設(shè)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè)，水位統(tǒng)測(cè)點(diǎn)16個(gè)，其中地下水統(tǒng)測(cè)點(diǎn)12個(gè)，河流統(tǒng)測(cè)點(diǎn)1個(gè)，湖泊統(tǒng)測(cè)點(diǎn)1個(gè)（表4，圖4）。監(jiān)測(cè)點(diǎn)在研究區(qū)均勻布設(shè)，能夠準(zhǔn)確刻畫(huà)地下水流場(chǎng)特征，同時(shí)能夠分析河流、湖泊與地下水之間的補(bǔ)排關(guān)系。

2.2 監(jiān)測(cè)方式及監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2.1 監(jiān)測(cè)方式

地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)采用恒瑞HR8800探頭，設(shè)置2h讀數(shù)一次，監(jiān)測(cè)時(shí)間從2023年1月—2024年1月，監(jiān)測(cè)周期為1個(gè)水文年。水位統(tǒng)測(cè)采用人工測(cè)量，統(tǒng)測(cè)時(shí)間分別是2023年6月和10月，統(tǒng)測(cè)時(shí)采用RTK進(jìn)行高程測(cè)量，平面坐標(biāo)系為國(guó)家2000大地坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2.2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

地下水動(dòng)態(tài)是自然與人為作用綜合影響的結(jié)果，其主要影響因素有大氣降水、潛水蒸發(fā)、灌溉和人工開(kāi)采等［8-11］。

QK02-1、QK02-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于巨淀湖以南。QK02-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)成井深度55.3m，上部20m進(jìn)行了封井止水。監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位在-0.5～-4m之間（圖5），年變幅約為4m，1—7月水位波動(dòng)下降，3—5月農(nóng)灌季節(jié)水位下降較快，接受降水補(bǔ)給后略有回升，7月初達(dá)到最低水位，7月份以后接受強(qiáng)降水補(bǔ)給后水位緩慢抬升，地下水動(dòng)態(tài)類型屬于大氣降水—灌溉、徑流型。

QK02-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)成井深度21m，全孔成井。監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位在1.7～2.5m之間，年變幅小于1m，其水位受降水的影響不明顯，1—9月水位呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，10月份巨淀湖補(bǔ)水后，水位明顯升高。監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位主要受巨淀湖側(cè)向補(bǔ)給影響，地下水水位與湖水位相關(guān)性較好，動(dòng)態(tài)類型屬于湖水補(bǔ)給—徑流型。

巨淀湖對(duì)湖區(qū)南側(cè)20m以淺的地下水補(bǔ)給較明顯，對(duì)20m以下地下水補(bǔ)給作用較弱。

QK03、QK04監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于巨淀湖以北咸水區(qū)。QK03監(jiān)測(cè)點(diǎn)成井深度33m，水位標(biāo)高在0.94～1.89m之間，年內(nèi)最高水位出現(xiàn)在4月初，最低水位出現(xiàn)在9月中旬。1—7月水位波動(dòng)下降，接受降水及灌溉回滲補(bǔ)給后水位略有抬升，7月以后由于溫度升高，蒸發(fā)作用變強(qiáng)，水位迅速下降，9月達(dá)到最低點(diǎn)，而后隨著蒸發(fā)作用減弱、補(bǔ)給量的增加，水位迅速回升。動(dòng)態(tài)類型屬于降水、灌溉回滲補(bǔ)給—徑流、蒸發(fā)型（圖5）。

QK04監(jiān)測(cè)點(diǎn)成井深度53.7m，水位標(biāo)高在1.1～2.05m之間，1—4月水位較為穩(wěn)定，4—5月進(jìn)入農(nóng)灌季節(jié)后，灌溉回滲導(dǎo)致淺層孔隙水水位抬升，7—8月進(jìn)入雨季后，接受降水補(bǔ)給后水位明顯的抬升，而后由于蒸發(fā)作用的增強(qiáng)，水位迅速下降，10月中旬達(dá)到水位最低值，而后由于蒸發(fā)作用減弱、補(bǔ)給增強(qiáng)，水位開(kāi)始抬升。動(dòng)態(tài)類型屬于降水、灌溉補(bǔ)給—徑流型、蒸發(fā)型。

巨淀湖以北淺層孔隙水主要接受降水及灌溉回滲的補(bǔ)給，主要排泄為蒸發(fā)及側(cè)向徑流，巨淀湖以南的孔隙水主要接受降雨、湖水、灌溉回滲補(bǔ)給，主要排泄方式為人工開(kāi)采。

由2023年枯水期、豐水期等水位線圖（圖6），湖區(qū)附近枯水期水位在-17.427～2.386m之間，地下水整體流向由西北向東南。豐水期區(qū)內(nèi)地下水水位標(biāo)高在-11.887～2.496m之間，相較于枯水期水位有較明顯的升高。巨淀湖以南地區(qū)水位升幅在2～5m，以北地區(qū)水位升幅小于0.5m。

研究區(qū)存在咸水入侵，由于含水砂層在空間上水平連續(xù)分布，咸水易于發(fā)生層狀入侵，以及多層含水層的舌狀入侵［10］。人類大量開(kāi)采南部地下淡水，導(dǎo)致淡水水位持續(xù)下降，咸淡水之間的水動(dòng)力平衡被破壞，使得北部咸水向南部淡水區(qū)入侵［12-14］。根據(jù)本次水質(zhì)分析結(jié)果，巨淀湖以北水化學(xué)類型為Cl-Na型，湖區(qū)周圍地區(qū)以Cl-Na·Ca·Mg型為主，湖區(qū)以南地區(qū)為HCO3·Cl-Na·Ca·Mg型，TDS含量由湖區(qū)北部的大于10g/L逐漸變?yōu)?～3g/L，水化學(xué)類型及TDS含量均有明顯的變化（圖7）。

3 討論

3.1 “三水”轉(zhuǎn)化模式

“三水”轉(zhuǎn)化是指大氣降水、地表水和地下水之間的相互轉(zhuǎn)化［15］。掌握三者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)與合理利用有限的水資源非常重要［16］。地下水年內(nèi)變化主要考慮受氣象、水文和人為因素的影響［17］。

巨淀湖周圍地形平坦，地形自西南向東北沿海緩降，坡降約在0.5‰左右。大氣降水入滲是研究區(qū)淺層孔隙水的主要補(bǔ)給來(lái)源。湖區(qū)附近包氣帶巖性多為粉土、粉砂質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)松散、滲透性強(qiáng)，由于地形平坦、地表徑流遲緩，為大氣降水就地入滲補(bǔ)給提供了有利條件，因此淺層孔隙水位受降水影響較大。雨后區(qū)內(nèi)水位有明顯的升高，且響應(yīng)時(shí)間較短，表明補(bǔ)給以當(dāng)?shù)氐慕邓a(bǔ)給為主。

3.1.1 地表水、地下水相互轉(zhuǎn)化

枯水期塌河、益壽河水位標(biāo)高0.18～0.535m，低于周圍地下水水位，因此可接受淺層孔隙水的側(cè)向補(bǔ)給，織女河水位1.944m，高于周圍地下水水位，因此可補(bǔ)給周圍的地下水。豐水期塌河水位標(biāo)高0.725m，低于周圍地下水位，接受孔隙水的補(bǔ)給，益壽河、織女河水位標(biāo)高1.404～1.67m，高于周圍地下水位，可補(bǔ)給周圍孔隙水。

巨淀湖南北兩側(cè)孔隙水水位差異較明顯?？菟诰薜砗眰?cè)地下水水位標(biāo)高在1.658m，湖南側(cè)水位標(biāo)高-3.65m，結(jié)合湖區(qū)水位標(biāo)高-3.274m分析可知，湖區(qū)北部地下水補(bǔ)給湖水，南部湖水補(bǔ)給地下水。豐水期巨淀湖北部地下水位標(biāo)高1.458m，南部地區(qū)水位標(biāo)高2.288m，湖區(qū)水位標(biāo)高2.576m，湖水對(duì)南部?jī)蓚?cè)地下水均有補(bǔ)給作用（圖8）。

3.1.2 地下水、大氣降水相互轉(zhuǎn)化

巨淀湖南部的微咸水分布區(qū)地下水開(kāi)采強(qiáng)度較大，水位埋深普遍大于5m的極限蒸發(fā)深度，僅在巨淀湖附近存在潛水蒸發(fā)作用。而湖區(qū)北部的咸水、鹽水分布區(qū)，淺層孔隙水開(kāi)發(fā)利用程度較低，地下水埋深普遍小于4m，李家塢、巨淀湖景區(qū)附近水位埋深小于2m，因此潛水蒸發(fā)作用較強(qiáng)（圖9）。

研究區(qū)內(nèi)多年平均降水量在560mm左右，多年平均蒸發(fā)量在1720mm左右，蒸發(fā)量是降水量的3.07倍，特別是11月份至次年5月份，同期降水量與蒸發(fā)量之比可達(dá)1∶7，7—9月份進(jìn)入雨季后，雖然淺層地下水得到了補(bǔ)給，但植物蒸騰作用加劇，淺層孔隙水水位升高，氣溫高、蒸發(fā)量大，也造成大量的蒸發(fā)排泄。通過(guò)潛水蒸發(fā)作用，淺部地下水可轉(zhuǎn)化為大氣降水，植物蒸騰作用使包氣帶內(nèi)水轉(zhuǎn)化為大氣降水。

3.2 湖區(qū)生態(tài)環(huán)境變化對(duì)地下水的影響

古巨淀湖大致呈橢圓形南北延伸，南北長(zhǎng)約20km，東西寬約10km［18］，現(xiàn)在巨淀湖水域面積僅為2.2km2。氣候變化是古湖泊消亡的根本原因，河流改道是古湖泊消亡的直接原因，而人類活動(dòng)進(jìn)一步加速了古湖泊的消亡［2］。

歷史上巨淀湖可蓄積雨季時(shí)的洪水，補(bǔ)給地下淡水，對(duì)于減輕土地的鹽堿化，調(diào)節(jié)濱海地帶的環(huán)境起重要作用。近年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，水資源嚴(yán)重不足，大量抽取地下淡水，導(dǎo)致地下水位下降，地下咸水入侵［19-22］。濕地在抵御洪水、調(diào)節(jié)氣候與徑流、蓄洪防旱及維持生物多樣性和生態(tài)平衡等方面起著其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的作用［20］。

20世紀(jì)80年代，巨淀湖附近開(kāi)始大面積改濕地造田，耕地面積由1977年的17.9km2增加到1998年的87.31km2。農(nóng)田灌溉導(dǎo)致對(duì)地表水、地下水的需求量激增，湖區(qū)水域面積迅速萎縮，濕地逐漸消失，后期通過(guò)人工改造并引入外源水的方式恢復(fù)了湖區(qū)的蓄水功能。

湖區(qū)南部地下水的開(kāi)采形成了超采漏斗，湖區(qū)蓄水功能的減弱也導(dǎo)致對(duì)地下水的補(bǔ)給量減少，各種因素導(dǎo)致咸水入侵速度加快。巨淀湖與淺部孔隙水水力聯(lián)系密切，可通過(guò)增加湖區(qū)的蓄水量提高地下水位，對(duì)附近孔隙水形成有效補(bǔ)給，改善周圍地下水質(zhì)，減緩咸水入侵速度?；謴?fù)巨淀湖濕地功能對(duì)維護(hù)區(qū)域生物多樣性、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境有積極作用。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)淺部地層結(jié)構(gòu)以多層粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂為主，湖區(qū)北部海相沉積物較多，含水層主要為粉細(xì)砂，富水性普遍小于500m3/d。

（2）研究區(qū)淺層孔隙水主要接受大氣降水、灌溉回滲及地表水的側(cè)滲補(bǔ)給，主要排泄方式為蒸發(fā)及人工開(kāi)采。

（3）巨淀湖與20m以淺的孔隙水水力聯(lián)系密切，對(duì)深部孔隙水補(bǔ)給能力較弱，湖水長(zhǎng)期補(bǔ)給南部地區(qū)孔隙水，蓄水量少時(shí)接受北部孔隙水側(cè)滲補(bǔ)給，蓄水量大時(shí)補(bǔ)給北部孔隙水。

（4）巨淀湖以北水化學(xué)類型為Cl-Na型，湖區(qū)周圍地區(qū)以Cl-Na·Ca·Mg型為主，湖區(qū)以南地區(qū)為HCO3·Cl-Na·Ca·Mg型，TDS含量由北向南逐漸降低。

（5）巨淀湖南部地下水超采及湖區(qū)蓄水功能的減弱，加快了咸水入侵速度，增加了湖區(qū)蓄水量，恢復(fù)濕地功能對(duì)維持生物多樣性，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境有積極作用。

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Study on Hydrogeological Characteristics and Three Types Water Transformation Laws in Judian Lake Area of Shouguang City

Abstract：Shallow geological structures near Judian lake have been set up. Through groundwater dynamic monitoring， water level measurement and other means， groundwater flow field has been introduced， and hydrogeological characteristics and three types water transformation laws of the lake area have been analyzed." It is showed that geological structures near the lake area are mainly composed of multiple layers of silty clay and clayey silt interbedded with silt， and the marine sedimentary characteristics are obvious in the northern part of the lake area. The shallow pore water near Judian lake is mainly supplied by atmospheric precipitation， irrigation backflow， and surface water lateral seepage. The main discharge methods are groundwater evaporation and artificial mining. There is a close hydraulic connection between lake water and pore water shallower than 20m. The phenomenon of saltwater intrusion is obvious in the research area， with Cl-Na type groundwater in the north and HCO3·Cl-Na·Ca·Mg type groundwater in the south. The TDS content gradually decreases from north to south. This study willIt provide geological support for ecological protection and restoration plan of Judian lake， improve the water storage capacity of the lake area， and maintain biodiversity and improve regional ecological environment.

Key words： Stratigraphic texture; three type water transformation; ecological environment; Judian lake; Shouguang city