河北省平原區地下水水位年內動態類型特征

曹 頤，王玉清，張 艷

（1.河北省地質環境監測院，石家莊050031；2. 河北省地質資源環境監測與保護重點實驗室，石家莊050031；3. 河北地質大學 水資源與環境學院，石家莊050031）

地下水是河北平原的主要供水源，20世紀60年代，河北平原主要開采淺層地下水。20世紀70年代地下水開發規模加大，逐漸開采深層地下水，至1979年深層地下水年開采量達15億～17億m3，1995年深層地下水年開采量達24億～28億m3［1］。2010年河北平原淺層地下水開采約97.6億m3， 深層地下水開采約32.4億m3［2］。 河北平原地下水水位不斷下降，由此產生了一系列的生態環境問題， 如區域地下水水位下降、地面沉降、地裂縫、海水入侵、咸水下移、土壤次生鹽漬化等［3－7］。 這些地質環境問題的發生，制約了社會經濟的可持續發展。

近年來， 一些學者在該地區開展了地下水位動態變化分析的研究，張永強等［8］以欒城區為例，分析了華北平原地下水位動態變化；許月卿等［9］利用GIS技術，分析了1975～2000 年河北平原（ 北京、天津以南） 淺層、深層地下水位波動狀況；劉志國等［10］運用地球統計學方法研究了1986～2000年河北平原地下水位時空變化規律；王仕琴等［11］分析華北平原39 處淺層地下水監測結果，將地下水動態分為六大類型。

本文對河北省冀東平原區和京津以南平原區地下水動態類型特征及其影響因素進行總結， 便于地下水資源合理開發利用和生態環境保護。

1 研究區概況

河北平原主要有海河、 灤河和馬頰河等三大水系沖積而成，地勢低平，海拔由100m左右降低到渤海沿岸的3m左右。屬暖溫帶季風氣候，多年平均降水量550mm。 研究區范圍如圖1。

圖1 河北平原區范圍

河北平原是新生代以來的構造沉降帶。 由緯向和新華夏系深大斷裂與山地分割開， 按形態成因可分三個亞區：山前沖洪積傾斜平原亞區，位于燕山南麓和太行山東麓，地形微向南和東傾斜，由山前諸河流沖洪積扇和扇裙組成，地面標高50～100m；中部沖湖積平原亞區，地勢平坦，海拔標高一般不超過50m，常見有沙丘壟崗、湖泊、洼淀等；濱海沖積湖積平原亞區，分布在冀東沿海和津浦鐵路以東，渤海灣西岸一帶，海拔標高低于5m，地勢低洼，有沼澤濕地、鹽堿地分布。

2 地質及水文地質條件

2.1 地層

新近紀主要是一套棕紅、紫、灰綠、棕黃等顏色的泥巖與砂巖互層的湖相沉積。 第四系地層在此之上連續沉積，巖性為礫石、砂、黏土等互層，巖相、沉積厚度等變化大。 河北平原東部濱海的南堡凹陷地區第四系地層厚度最大［12-17］。

2.2 水文地質條件

河北平原是大型的第四系沉積盆地， 從山前到東部平原區， 含水層的巖性成分具有以粗顆粒為主變為以細顆粒為主的區域性變化規律。 第四系含水介質自上而下可分為四個含水層組， 基本對應于第四系全新統Q4、上更新統Q3、中更新統Q2和下更新統Q1。第Ⅰ含水層組底界埋深20～50m，第Ⅱ含水層組底界埋深120～170m， 第Ⅲ含水層組底界埋深250～350m，第Ⅳ含水層組底界埋深350～550m。

第Ⅰ、 Ⅱ含水層組主要接受大氣降水和地表水補給，水循環條件較好，以大量開采和蒸發為主，地下水為無壓或具微承壓性，一般稱為淺層地下水；第Ⅲ、 Ⅳ含水層組主要接受上部含水層越流補給和側向徑流補給，以側向徑流、垂向越流及大量開采為排泄途徑，地下水具承壓性，水循環條件較差，一般稱為深層地下水。第四系地下水的徑流條件，主要受含水層頂底板分布標高的控制， 區域上一般是由西向東和由北、北西向南和南東方向流動。由于多年采大于補，在平原區的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含水組形成眾多降落漏斗，故現在地下水流向，已改變天然流向，多以漏斗為中心區，由周邊向漏斗中心區匯流。

3 河北平原區地下水動態類型

河北省廣大的平原區域， 水文地質條件復雜，城鎮建設發展迅速， 水源地等地下水開發利用工程、人類其他的工程活動影響復雜，地下水動態類型較多。

3.1 淺層地下水動態類型及特征

（1）降水入滲―蒸發型。 有咸水分布區的淺層水多屬該動態類型。 該區淺層淡水匱乏，咸水較發育，開采量較小，地下水埋深很淺，補給來源以降水為主，地表水次之，在微咸水渠灌區地下水還接受灌溉入滲回歸補給，主要消耗于蒸發。 年初在蒸發作用影響下，水位緩慢下降，汛期來臨前，水位達到最低值，到7、8月份雨季，降水入滲引起水位升高到最高值。 入滲停止后，在蒸發影響下水位開始下降至年末。 該類型地下水水位動態變化與降水量關系曲線如圖2。

圖2 海21孔2018年地下水位與降水量關系

（2）降水入滲―開采型。全淡水區水位埋深大于4m的淺層水地區地下水多屬該類型。 本類型地下水受大氣降水垂直滲漏補給和開采消耗影響明顯，水力交替作用強烈，水位升降幅度較大。在平原廣大地區地下水以農業季節性開采為主， 市區地下水以工業及城市生活長期開采為主。 水位年內動態變化規律一般為：3月份春灌開始后， 地下水水位由上升變為下降，4～6月份隨著對地下水開采量的增加， 地下水水位下降速度加快，在雨季到來之前的6月末降至年內最低水位。進入雨季后，由于降雨入滲補給量增加、農業開采量減小，地下水水位開始逐漸回升，冬灌季節水位短期下降，爾后由于停采，水位緩慢上升至年末。 該類型地下水水位動態變化與降水量關系曲線如圖3。

圖3 饒112孔2017年地下水位與降水量關系

（3）河渠水滲漏―徑流型。該類型主要分布在渠灌區及河流兩側地帶。地下水位變化過程主要受河、渠水控制，常年流水河、渠兩側地下水位變化平緩，變幅??； 季節性河、 渠地下水由于受季節性輸水影響，地下水位變幅較大，并且受河流流量影響，河、渠水的滲漏對地下水位動態影響是主要的，而降水、農業開采是次要的。 典型監測點的年內水位動態變化曲線如圖4。

圖4 石家莊吳家營副孔2017年地下水位與降水量關系

（4）降水入滲―開采越流型。該類型主要位于中部平原有咸水區，水位變化主要受降雨入滲、灌溉回滲、人工開采、向深層越流排泄及蒸發作用（水位埋深較淺區域）等綜合因素影響。 地下水主要為工、農業開采，水位年內動態變化規律一般為：年初地下水水位變化幅度不大， 春灌開始后水位呈下降狀態，6月底水位達最低值， 在枯水年份水位一直下降到10月份；汛期降雨入滲補給量增加，水位開始回升，其后保持相對穩定狀態直到年末或翌年1月份。典型監測點的年內水位動態變化曲線如圖5。

圖5 市供54孔2018年地下水位與降水量關系

3.2 深層地下水動態類型及特征

深層地下水為承壓淡水， 以越流補給和側向徑流補給為主，漏斗中心以周邊徑流補給為主，地下水開采是主要排泄途徑， 平原區深層地下水動態類型為徑流—開采型、越流—開采型。

（1）徑流―開采型。該類型主要位于平原區山前地帶。水位變化受降水影響較小，動態曲線主要受開采影響，無明顯峰值出現，低水位之后，水位回升相當緩慢，年水位動態變化呈下降趨勢。 如圖6年內水位動態變化與降水量關系曲線，該區為全淡水區，深淺層地下水無分層開采，深淺水水力聯系較密切，水位相差不大，淺層地下水水位略高于深層地下水。

圖6 定州支白土村2018年地下水位與降水量關系

（2）越流—開采型。該地下水動態類型主要分布于平原中東部。 其補給來源主要以上覆含水層的越流補給及下伏含水層的頂托越流補給為主， 側向徑流補給次之。大部分地區深層淡水發育，開采強度較大，開采層位主要集中在Ⅲ含水組，水位變化主要隨開采量變化而變化， 近幾年農業開采是其主要排泄方式。 每年4～5月份農田灌溉開采使水位急速下降，開采停止，在越流入滲補給下水位開始緩慢回升，年末前后水位可回升至本次回升周期的最高水位。 深層水水位動態開采階段下降急速，回升緩慢，變幅較大，其水位動態變化與降水量關系曲線如圖7。

圖7 青11-3孔2017年地下水位與降水量關系

4 結語

（1）河北平原淺層地下水動態類型主要有：降水入滲―蒸發型、降水入滲―開采型、河渠水滲漏―徑流型和降水入滲―開采越流型； 深層地下水動態類型主要有：徑流―開采型和越流—開采型。

（2） 地下水水位動態與地下水的補給和排泄密切相關， 河北平原淺層地下水水位動態主要受大氣降水、蒸發和開采影響，深層地下水水位動態主要受徑流和開采影響。

（3） 本研究就河北平原近年年內地下水水位動態作出分析，有利于及時了解當地地下水動態變化，便于地下水可持續發展利用。