子牙河沖洪積扇系統(tǒng)地下水動態(tài)特征研究

許偉，張發(fā)旺，張威

（1.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，石家莊 050031；2.中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西桂林 541004；3.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061）

子牙河沖洪積扇系統(tǒng)地下水動態(tài)特征研究

許偉1，張發(fā)旺2，張威3

（1.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，石家莊 050031；2.中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西桂林 541004；3.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061）

研究區(qū)地處子牙河地下水系統(tǒng)上游，為典型沖洪積扇地貌，其地下水動態(tài)變化會對下游系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的影響。根據(jù)系統(tǒng)特征劃分地下水動態(tài)類型為山前開采型和側(cè)向補(bǔ)給—徑流—開采型，研究地下水動態(tài)的變化特征和影響因素。結(jié)果表明研究區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件隨地下水開采量、降雨量等因素發(fā)生變化，并可根據(jù)其變化規(guī)律推測下游地區(qū)地下水動態(tài)特征。

沖洪積扇；地下水水位；特征分析；動態(tài)類型；影響因素

地下水動態(tài)是一個復(fù)雜的自然過程在某一特定的環(huán)境下，在多種因素作用下的外觀表現(xiàn)［1］。我國對于地下水水位的監(jiān)測始于20世紀(jì)50年代，主要以區(qū)域范圍進(jìn)行監(jiān)測及評價，而專門對某一地貌特征對于地下水位的影響進(jìn)行研究的較少。

子牙河沖洪積扇地區(qū)具有特殊的含水層結(jié)構(gòu)，又地處華北平原較高的地勢，具有很高的研究價值，因此，研究其地下水動態(tài)變化，查明補(bǔ)給來源、徑流量、排泄途徑，對研究區(qū)及下游地區(qū)的地下水資源利用和保護(hù)具有重要作用。

1 研究區(qū)概況

子牙河沖洪積扇系統(tǒng)位于河北省西南部，東南方向與滹沱河古河道帶系統(tǒng)及漳衛(wèi)河系統(tǒng)相鄰，西以太行山為界，北與大清河系統(tǒng)接壤，區(qū)域地勢西高東低，面積9241km2，為海河地下水系統(tǒng)的子系統(tǒng)，由滹沱河沖洪積扇子系統(tǒng)和滏陽河沖洪積扇子系統(tǒng)組成。行政區(qū)劃包括石家莊、邢臺、邯鄲部分地區(qū)。本區(qū)地處中緯度歐亞大陸東緣，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。季節(jié)性變化顯著，地面的高低氣壓活動比較頻繁，四季分明，寒暑懸殊，干濕期明顯，雨量主要集中在夏季和秋季，且時空分布不均。子牙河沖洪積扇系統(tǒng)地貌見圖1，研究區(qū)主要由山區(qū)沖洪積扇及沖洪積扇平原組成，靠近山區(qū)，地勢由西向東逐漸降低。

圖1 子牙河沖洪積扇研究區(qū)觀測井分布

2 系統(tǒng)水文地質(zhì)特征

系統(tǒng)由滹沱河沖洪積扇子系統(tǒng)和滏陽河沖洪積扇子系統(tǒng)組成，滹沱河沖洪積扇子系統(tǒng)面積4327km2，含水層層次分明，巖性主要為粗砂、礫石、卵石，導(dǎo)水系數(shù)在西部明顯大于東部，西部1000～5000m2/d，東部100～300m2/d。

滏陽河沖洪積扇子系統(tǒng)面積4914km2，含水層結(jié)構(gòu)單一，巖性由西向東由以粗砂、細(xì)砂為主變?yōu)橐灾猩啊⒋稚盀橹鳎瑢?dǎo)水系數(shù)在沖洪積扇軸部1000～5000m2/d，扇間帶100m2/d［2］。

根據(jù)沉積物巖性和含水層的水力特征，依據(jù)水文地質(zhì)條件將本區(qū)地下水劃分為3個含水層組［3］。

第1含水層組層底最深處50m，此層的地下水開發(fā)利用意義并不大，但是對環(huán)境的保護(hù)和研究起到重要作用。在沖洪積扇地區(qū)到?jīng)_洪積扇間及前緣地帶，含水層粒度由大變小，透水性由強(qiáng)變差，入滲補(bǔ)給和儲存條件也逐漸變差。

第2含水層組層底最深處200m，地下水徑流量大，上部屬于微承壓，半承壓地下水，是主要的農(nóng)業(yè)用水開采層。下部較為深層的承壓地下水，是目前生活和工業(yè)用水的主要來源，水循環(huán)緩慢，開發(fā)利用受到嚴(yán)格的控制。

第3含水層組層底最深處300m，是目前深層承壓地下水主要開采層。

3 地下水動態(tài)類型

我國的地下水檢測始于20世紀(jì)50年代，近些年隨著地下水監(jiān)測網(wǎng)的不斷完善和計算機(jī)相關(guān)軟件的應(yīng)用，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析途徑逐漸增多，尤其是數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，更使檢測數(shù)據(jù)變得直觀，分析方法也更靈活。本次研究使用GIS技術(shù)，把對地下水動態(tài)有明顯影響的因素進(jìn)行疊加，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)將研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)時充分考慮了地下水動態(tài)的影響因素和各個觀測點(diǎn)水位的宏觀動態(tài)變化特征，最后將研究區(qū)地下水動態(tài)劃為山前開采型和側(cè)向補(bǔ)給—徑流—開采型［4］。

3.1 山前開采型

山前地區(qū)地下水開采集中，開采程度較高，尤其是位于大城市及主要城鎮(zhèn)的附近，這些地區(qū)工業(yè)農(nóng)業(yè)用水相對集中，如石家莊地區(qū)地下水開采程度高。年內(nèi)該區(qū)的地下水變化特點(diǎn)。如圖2所示，地下水位年內(nèi)整體變化不劇烈，1～4月降水量較少，地下水位變化不明顯；5～8月降水較豐富，地下水位受降水的影響不明顯或影響相對滯后；9～12月降雨量再次減少時，地下水位同樣沒有出現(xiàn)劇烈的變化，但整體來看地下水位的波動性明顯。

圖2 山前開采型地區(qū)2009年地下水位變化過程線

3.2 側(cè)向補(bǔ)給—徑流—開采型

此區(qū)域位于沖洪積扇地帶，年內(nèi)地下水變化特點(diǎn)如圖3可知，最低水位出現(xiàn)在每年4月或5月，此時降雨量沒有明顯增加，但農(nóng)業(yè)灌溉用水增加，致使地下水位下降明顯；6～8月降水量增大，由于含水層接受補(bǔ)給能力較強(qiáng)，該區(qū)地下水水位受山區(qū)含水層側(cè)向補(bǔ)給的水量較大，地下水位回升較明顯；9～12月降水量減小，農(nóng)業(yè)灌溉用水有所增加，使地下水位又有所回落。同時此區(qū)域內(nèi)徑流條件好，入滲能力強(qiáng)，地下水水位波動性明顯，對下游地區(qū)的補(bǔ)給量也受到地下水位的變化呈現(xiàn)波動性。

圖3 側(cè)向補(bǔ)給—徑流—開采型地區(qū)2009年地下水位變化過程線

4 地下水動態(tài)與水文地質(zhì)條件的關(guān)系

4.1 地下水的水位變化

地下水總流向由山前平原向中部平原，流線以沖洪積扇頂部為端點(diǎn)，呈輻射狀。

因受氣象、水文等因素的影響，地下水水位在山前開采型地區(qū)變化不明顯。在側(cè)向補(bǔ)給—徑流—開采型地區(qū)，地下水水位年內(nèi)的變化分3個階段：①春季氣候干燥，降水量少，3～4月份降水偏少，農(nóng)業(yè)用水增加，使地下水位下降，5月份前后水位降到最低值；②夏季降水豐富，5～9月降水占全年降水量的63%～75%，地下水補(bǔ)給量增加，地下水水位回升；③10月至次年2月為水位調(diào)整期，因秋季晴朗少雨，農(nóng)業(yè)用水增加，水位波狀下降，冬季氣候寒冷，干燥降水量少，農(nóng)業(yè)用水量減小，水位緩慢上升。綜合多年數(shù)據(jù)分析，地下水水位年際出現(xiàn)波動，變化特點(diǎn)見圖4。近幾年地下水位整體為下降趨勢，局部區(qū)域形成了地下水位（頭）降落漏斗，遇豐水年，降水入滲補(bǔ)給和河川徑流補(bǔ)給增加，地下水受到補(bǔ)給量增加的影響，水位將會上升。近些年隨著人們對地下水保護(hù)力度的加大及倡導(dǎo)節(jié)約用水的推廣，地下水水位下降速度減慢。

圖4 子牙河沖洪積扇水文要素變化走勢曲線

4.2 地下水補(bǔ)徑排的特征變化

隨著人類活動的影響，地下水補(bǔ)徑排條件也發(fā)生了變化。本區(qū)地下水的補(bǔ)給來源，主要為大氣降水入滲補(bǔ)給、山區(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給、河道滲漏補(bǔ)給。太行山區(qū)河流出山口含水層透水性強(qiáng)，含水層呈扇狀結(jié)構(gòu)分布，主要由礫石、卵石及中粗砂為主，是接受山區(qū)側(cè)向徑流流入補(bǔ)給的主要地段。在沖洪積扇頂部，以含礫砂與含卵石砂為主，具有較好的降水入滲補(bǔ)給條件［2］。同時山區(qū)河流出山口地下徑流流入平原區(qū)，對下游含水層的補(bǔ)給量也比較大。

自20世紀(jì)60年代以來，隨著人類對地下水開采量的增加和降水量的減少，子牙河沖洪積扇系統(tǒng)地下水的補(bǔ)給方式也發(fā)生了變化，由初期的降水入滲補(bǔ)給、山前側(cè)向徑流補(bǔ)給和河道滲漏補(bǔ)給之外，增加了渠道滲漏補(bǔ)給和灌溉回歸補(bǔ)給［5］。研究區(qū)自20世紀(jì)50年代以來，降水量趨于減少，以石家莊為例，1956～2002年，平均降水量531.2mm，1958～1978年平均降水量557.2mm，1979～2002年506.7mm，平均較前期低9.07%，較多年平均值低4.66%［4］。

受此影響，研究區(qū)內(nèi)的河川徑流量明顯減少，在某些年份河道還會發(fā)生斷流現(xiàn)象。區(qū)域內(nèi)子牙河、滏陽河等河道在20世紀(jì)60年代前水量豐富，能夠通航；到70年代，各河道中水量減少明顯，航運(yùn)基本停止；到80年代，主要河道幾乎干涸。近些年研究區(qū)內(nèi)修建的山前水庫，其水庫壩基截影響也使地下水的側(cè)向補(bǔ)給量減少。

地下水的排泄方式主要是徑流、潛水蒸發(fā)，河道排泄，或以泉的形式排泄［6］。在地下水位埋藏較淺的地區(qū)，潛水蒸發(fā)量比較大，主要集中于春季和秋季；但隨著地下水位的下降，潛水蒸發(fā)能力越來越弱，超過蒸發(fā)臨界深度則停止蒸發(fā)。由于近些年地下水水位下降，地下水排泄轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ら_采地下水為主的消耗方式。在枯水期河道兩側(cè)水位較高時，地下水通過河道排泄。

4.3 系統(tǒng)對下游補(bǔ)給的影響

下游系統(tǒng)主要為古河道帶，河床沉積作用明顯，平原地區(qū)多洼地、湖沼，含水層在垂面由砂層粉砂層過度為粗砂層或卵石層。地下水系統(tǒng)補(bǔ)給主要為大氣降水入滲補(bǔ)給和上游徑流補(bǔ)給，由于地勢變平緩，地下水徑流減慢，排泄方式減少，遇豐水年降雨量偏大，以及上游徑流補(bǔ)量增加，容易形成洪澇災(zāi)害。因此上游系統(tǒng)的徑流補(bǔ)給及排泄量對下游系統(tǒng)的影響作用明顯。

5 結(jié)語

（1）研究區(qū)降水總量的減少、入滲條件的變化，地下水徑流條件的變化，排泄方式的轉(zhuǎn)變是影響地下水動態(tài)變化的主要原因。

（2）研究區(qū)的地下水位下降，改變了地下水的天然流場狀態(tài)，對人民群眾生產(chǎn)生活造成了很多不利影響。近些年區(qū)域內(nèi)許多地區(qū)控制地下水開采，地下水位下降出現(xiàn)明顯減緩的趨勢，地下水位降落漏斗的發(fā)展趨勢減緩，受豐水年降水補(bǔ)給影響，某些區(qū)域地下水位有所回升。

（3）研究系統(tǒng)處于華北平原較高地勢的區(qū)域，其地下水徑流是下游系統(tǒng)的補(bǔ)給來源之一，其地下水徑流量的減少及地下水排泄方式發(fā)生的變化都會對下游系統(tǒng)的補(bǔ)徑排特征產(chǎn)生影響。因此，保護(hù)水資源、節(jié)約用水、防止地下水位持續(xù)下降、加強(qiáng)地下水動態(tài)觀測等工作，對系統(tǒng)及下游系統(tǒng)都具有重要的意義。

［1］陳葆仁，洪再吉，等.地下水動態(tài)及其預(yù)測［M］.北京：科學(xué)出版社，1988.

［2］張兆吉，費(fèi)宇紅，陳宗宇，等.華北平原地下水可持續(xù)利用調(diào)查評價［M］.北京：地質(zhì)出版社，2009.

［3］張光輝，費(fèi)宇紅.太行山前平原區(qū)地下水調(diào)蓄靶區(qū)可利用庫容及其特征研究［R］.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，2005.

［4］王仕琴，宋獻(xiàn)方，王勤學(xué)，等.華北平原淺層地下水水位動態(tài)變化［J］.地理學(xué)報，2008，63（5）：462-472.

［5］王春澤，張石春，張建平.河北平原區(qū)近30年地下水動態(tài)及可持續(xù)利用對策［J］.河北水利，2005（5）：14-16.

［6］張宗祜，施德鴻，沈照理，等.人類活動影響下華北平原地下水環(huán)境的演化與發(fā)展［J］.地球?qū)W報，1997，18（4）：337-344.

Rearch on Groundwater Dynamic Characteristics in Alluvial-fan of Ziya River System

XU Wei1，ZHANG Fa-wang2，ZHANG Wei3
（1.Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang 050031，China；
2.Institute of Karst Geology，GAGS，Guilin 541004，China；
3.The Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，CAGS，Shijiazhuang 050061，China）

The alluvial-fan of Ziya river system locates at the upstream of Ziya river groundwater system，is the typical alluvial-fan landscape，the variation of its dynamic can generate obvious influence to the downstream system.On the basis of system characteristic，the type of groundwater is divided into two parts，piedmont mining type and lateral suppliesrunoff-mining type，and researched the change characteristic and influence factor of groundwater dynamic.The results show that the groundwater recharge，runoff and discharge conditions change with the variation of groundwater resources，rainfall factors，and then conjecture the regularities of dynamic characteristics of downstream system.

alluvial-fan；groundwater level；characteristics analysis；dynamic type；influence factor

P641

A

1672-9900（2013）01-0007-04

2012-09-06

973項(xiàng)目“華北平原地下水演變機(jī)制與調(diào)控”（2010CB428800）

許偉（1980－），女（漢族），北京人，碩士，主要從事地下水循環(huán)與模擬方面研究，（Tel）13932143221。

book=10,ebook=94