壽光市巨淀湖地區水文地質特征及“三水”轉化規律研究

摘要：本文梳理了巨淀湖附近淺部的地層結構，通過地下水動態監測、水位統測等手段刻畫了地下水流場，分析了湖區水文地質特征及三水轉化規律。研究結果表明：湖區附近地層結構以多層粉砂質黏土、黏土質粉砂夾粉砂為主，湖區北部地區海相沉積特征明顯。淺層孔隙水主要補給有大氣降水、灌溉回滲和地表水側滲，主要排泄方式為潛水蒸發和人工開采，湖水與20m以淺的孔隙水水力聯系密切。研究區咸水入侵現象明顯，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保護修復方案提供地質支撐，對提高湖區蓄水量，恢復濕地功能對維持生物多樣性，改善區域生態環境有積極作用。

關鍵詞：地層結構；三水轉化；生態環境；巨淀湖；壽光市

中圖分類號：P512.2+2;P641""" 文獻標識碼：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渡地帶，高程在2～10m［2］。它的形成與發生與全新世的黃驊海侵密切相關，是該次海侵退去后由沿海洼地形成潟湖，再由潟湖演變為淡水湖泊而成［3］，河流的遷徙改道及泥沙的淤積使湖泊范圍逐漸縮小［2］。巨淀湖周邊存在過量開采地下水的現象，地下水位下降形成降落漏斗，濕地與淺層地下水的相互補給關系被破壞，隨著湖泊功能的退化及周邊地下水開采活動的加強，湖泊與淺層地下水的補排關系發生了變化。本文依托“黃河流域典型湖泊生態修復示范地質調查”項目，在查明湖區地質、水文地質條件的基礎上，分析湖區大氣降水、地表水、淺層孔隙水之間的“三水”轉化關系，分析了湖區生態環境變化對地下水環境的影響，為湖區的生態修復、淺層地下水資源的保護提供了依據。

1 研究區水文地質背景

1.1 氣象水文

研究區地處中緯度帶，北瀕渤海，屬暖溫帶季風區大陸性氣候。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。1989—2023年間，多年平均降水量610.09mm，年降水量最大值出現在2018年，為980.7mm，年降水量最小值出現在1989年，為360.8mm。年內降水量分布不均，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、烏陽河、張僧河和塌河等，織女河、烏陽河、塌河河水主要來源于西南部大王鎮處理后的工業廢水，張僧河水來源于彌河，也是目前巨淀湖主要的補水水源。

1.2 地層結構

在巨淀湖附近施工了多眼水文地質勘探孔，掌握了湖區附近的地層結構。巨淀湖北部地層巖性以粉砂質黏土、黏土質粉砂夾粉砂為主，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黏土、黏土質粉砂為主，夾多個粉砂層，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，多處可見夾雜白色貝殼碎屑物，海相沉積特征明顯，巨淀湖以南地區土壤顏色普遍較淺，貝殼等海相沉積物減少。

1.3 水文地質概況

在研究區內施工了水文地質勘探孔10眼，分別進行了單孔抽水試驗，抽水試驗結果統一換算成井徑219mm，5m降深的涌水量（表3），掌握了研究區的水文地質概況。

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、粉細砂，單層厚度一般小于2m，含水層累計厚度為5～12m。垂向上由下到上含水巖組的粒徑逐漸變小，由中粗砂過渡到粉細砂，層理規模逐漸變小，水平上由西南向東北粒徑逐漸變細，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，西南臺頭鎮—南臺頭村一帶單井涌水量在500～1000m3/d，臺頭鎮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，以北地區普遍大于10g/L，達到了鹽水級別。該區含水層巖性主要為粉砂、粉細砂夾黏土等，可見大量的貝殼碎屑物，有明顯的海相沉積特征，含水層的累計厚度在15～23m不等，單井涌水量普遍小于100m3/d。

2 地下水監測

地下水監測工作在在社會經濟發展中發揮了重要作用，主要體現在以下方面：為科學防治地質災害提供決策依據［4］，為水資源開發利用與保護提供及時服務［5］，為地質勘查及地下水環境科學研究提供基礎資料［6-7］。為刻畫研究區地下水動力場，分析“三水”轉化規律，在研究區開展了地下水監測工作。

2.1 監測點布置

在研究區布設地下水動態監測點5個，水位統測點16個，其中地下水統測點12個，河流統測點1個，湖泊統測點1個（表4，圖4）。監測點在研究區均勻布設，能夠準確刻畫地下水流場特征，同時能夠分析河流、湖泊與地下水之間的補排關系。

2.2 監測方式及監測結果

2.2.1 監測方式

地下水動態監測采用恒瑞HR8800探頭，設置2h讀數一次，監測時間從2023年1月—2024年1月，監測周期為1個水文年。水位統測采用人工測量，統測時間分別是2023年6月和10月，統測時采用RTK進行高程測量，平面坐標系為國家2000大地坐標系，高程基準為1985國家高程基準。

2.2.2 監測結果

地下水動態是自然與人為作用綜合影響的結果，其主要影響因素有大氣降水、潛水蒸發、灌溉和人工開采等［8-11］。

QK02-1、QK02-2監測點位于巨淀湖以南。QK02-1監測點成井深度55.3m，上部20m進行了封井止水。監測點水位在-0.5～-4m之間（圖5），年變幅約為4m，1—7月水位波動下降，3—5月農灌季節水位下降較快，接受降水補給后略有回升，7月初達到最低水位，7月份以后接受強降水補給后水位緩慢抬升，地下水動態類型屬于大氣降水—灌溉、徑流型。

QK02-2監測點成井深度21m，全孔成井。監測點水位在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月水位呈波動下降的趨勢，10月份巨淀湖補水后，水位明顯升高。監測點水位主要受巨淀湖側向補給影響，地下水水位與湖水位相關性較好，動態類型屬于湖水補給—徑流型。

巨淀湖對湖區南側20m以淺的地下水補給較明顯，對20m以下地下水補給作用較弱。

QK03、QK04監測點位于巨淀湖以北咸水區。QK03監測點成井深度33m，水位標高在0.94～1.89m之間，年內最高水位出現在4月初，最低水位出現在9月中旬。1—7月水位波動下降，接受降水及灌溉回滲補給后水位略有抬升，7月以后由于溫度升高，蒸發作用變強，水位迅速下降，9月達到最低點，而后隨著蒸發作用減弱、補給量的增加，水位迅速回升。動態類型屬于降水、灌溉回滲補給—徑流、蒸發型（圖5）。

QK04監測點成井深度53.7m，水位標高在1.1～2.05m之間，1—4月水位較為穩定，4—5月進入農灌季節后，灌溉回滲導致淺層孔隙水水位抬升，7—8月進入雨季后，接受降水補給后水位明顯的抬升，而后由于蒸發作用的增強，水位迅速下降，10月中旬達到水位最低值，而后由于蒸發作用減弱、補給增強，水位開始抬升。動態類型屬于降水、灌溉補給—徑流型、蒸發型。

巨淀湖以北淺層孔隙水主要接受降水及灌溉回滲的補給，主要排泄為蒸發及側向徑流，巨淀湖以南的孔隙水主要接受降雨、湖水、灌溉回滲補給，主要排泄方式為人工開采。

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

研究區存在咸水入侵，由于含水砂層在空間上水平連續分布，咸水易于發生層狀入侵，以及多層含水層的舌狀入侵［10］。人類大量開采南部地下淡水，導致淡水水位持續下降，咸淡水之間的水動力平衡被破壞，使得北部咸水向南部淡水區入侵［12-14］。根據本次水質分析結果，巨淀湖以北水化學類型為Cl-Na型，湖區周圍地區以Cl-Na·Ca·Mg型為主，湖區以南地區為HCO3·Cl-Na·Ca·Mg型，TDS含量由湖區北部的大于10g/L逐漸變為1～3g/L，水化學類型及TDS含量均有明顯的變化（圖7）。

3 討論

3.1 “三水”轉化模式

“三水”轉化是指大氣降水、地表水和地下水之間的相互轉化［15］。掌握三者之間的轉化關系，對準確評價與合理利用有限的水資源非常重要［16］。地下水年內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淺層孔隙水的主要補給來源。湖區附近包氣帶巖性多為粉土、粉砂質黏土，結構松散、滲透性強，由于地形平坦、地表徑流遲緩，為大氣降水就地入滲補給提供了有利條件，因此淺層孔隙水位受降水影響較大。雨后區內水位有明顯的升高，且響應時間較短，表明補給以當地的降水補給為主。

3.1.1 地表水、地下水相互轉化

枯水期塌河、益壽河水位標高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向補給，織女河水位1.944m，高于周圍地下水水位，因此可補給周圍的地下水。豐水期塌河水位標高0.725m，低于周圍地下水位，接受孔隙水的補給，益壽河、織女河水位標高1.404～1.67m，高于周圍地下水位，可補給周圍孔隙水。

巨淀湖南北兩側孔隙水水位差異較明顯。枯水期巨淀湖北側地下水水位標高在1.658m，湖南側水位標高-3.65m，結合湖區水位標高-3.274m分析可知，湖區北部地下水補給湖水，南部湖水補給地下水。豐水期巨淀湖北部地下水位標高1.458m，南部地區水位標高2.288m，湖區水位標高2.576m，湖水對南部兩側地下水均有補給作用（圖8）。

3.1.2 地下水、大氣降水相互轉化

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

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

3.2 湖區生態環境變化對地下水的影響

古巨淀湖大致呈橢圓形南北延伸，南北長約20km，東西寬約10km［18］，現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，而人類活動進一步加速了古湖泊的消亡［2］。

歷史上巨淀湖可蓄積雨季時的洪水，補給地下淡水，對于減輕土地的鹽堿化，調節濱海地帶的環境起重要作用。近年來，由于經濟發展很快，水資源嚴重不足，大量抽取地下淡水，導致地下水位下降，地下咸水入侵［19-22］。濕地在抵御洪水、調節氣候與徑流、蓄洪防旱及維持生物多樣性和生態平衡等方面起著其他生態系統不可替代的作用［20］。

20世紀80年代，巨淀湖附近開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。農田灌溉導致對地表水、地下水的需求量激增，湖區水域面積迅速萎縮，濕地逐漸消失，后期通過人工改造并引入外源水的方式恢復了湖區的蓄水功能。

湖區南部地下水的開采形成了超采漏斗，湖區蓄水功能的減弱也導致對地下水的補給量減少，各種因素導致咸水入侵速度加快。巨淀湖與淺部孔隙水水力聯系密切，可通過增加湖區的蓄水量提高地下水位，對附近孔隙水形成有效補給，改善周圍地下水質，減緩咸水入侵速度。恢復巨淀湖濕地功能對維護區域生物多樣性、改善區域生態環境有積極作用。

4 結論

（1）研究區淺部地層結構以多層粉砂質黏土、黏土質粉砂為主，湖區北部海相沉積物較多，含水層主要為粉細砂，富水性普遍小于500m3/d。

（2）研究區淺層孔隙水主要接受大氣降水、灌溉回滲及地表水的側滲補給，主要排泄方式為蒸發及人工開采。

（3）巨淀湖與20m以淺的孔隙水水力聯系密切，對深部孔隙水補給能力較弱，湖水長期補給南部地區孔隙水，蓄水量少時接受北部孔隙水側滲補給，蓄水量大時補給北部孔隙水。

（4）巨淀湖以北水化學類型為Cl-Na型，湖區周圍地區以Cl-Na·Ca·Mg型為主，湖區以南地區為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蓄水功能的減弱，加快了咸水入侵速度，增加了湖區蓄水量，恢復濕地功能對維持生物多樣性，改善區域生態環境有積極作用。

參考文獻：

［1］ 張維英，韓美，李艷紅.山東萊州灣南岸平原古湖泊消亡原因初探［J］.古地理學報，2003，5（2）：224-231.

［2］ 韓美，張維英，李艷紅，等.萊州灣南岸平原古湖泊的形成和演變［J］.地理科學，2002，22（4）：431-435.

［3］ 韓美，張麗娜.萊州灣南岸巨淀湖沉積地層分析與沉積環境識別［J］.地理科學，2005，25（6）：679-682.

［4］ 石義強.關于地下水開采引起的環境地質災害分析［J］.自然科學文摘版，2016（1）：172.

［5］ 田志義，王清發.地下水開發利用中幾個問題的探討［J］.地下水，2001，23（1）：23-26.

［6］ 楊培杰，李永超，吳光偉.山東省地下水監測現狀分析與展望［J］.山東國土資源，2019，35（1）：78-83.

［7］ 龍浩．地質勘察中地下水的問題及對策［J］.工程技術全文版，2015（12）：329．

［8］ 李波，王金曉，吳璇，等.山東萊蕪盆地東部水文地質條件及富水塊段特征［J］.中國巖溶，2020，39（5）：637-649.

［9］ 梁永平，王維泰，趙春紅，等.中國北方巖溶水變化特征及其環境問題［J］.中國巖溶，2013，32（1）：34-42.

［10］ 馬振民，劉立才，陳鴻漢，等.山東泰安巖溶水系統地下水化學環境演化［J］.現代地質，2002，16（4）：423-428.

［11］ 孫英，周金龍，魏興，等.巴楚縣平原區地下水水化學特征及成因分析［J］.環境化學，2019，38（11）：2601-2609.

［12］ 王爽，劉丹，田嬋娟.彌河下游咸水入侵成因及發展趨勢研究［J］.山東水利，2022（7）：12-16.

［13］ 王爽.彌河下游咸水入侵機理及動態監測研究［D］.濟南：濟南大學，2017：1-15.

［14］ 田嬋娟.彌河下游沖洪積扇咸水入侵數值模擬研究［D］.濟南：濟南大學，2015：1-20.

［15］ 滕俊偉.平原區“三水”轉化規律與產匯流計算分析［J］.水土保持應用技術，2018（2）：26-32.

［16］ 趙強，董小輝.三水轉化相關均衡要素分析［J］.農田水利，2015（9）：84.

［17］ 馬挨榮.內蒙古伊敏河流域“三水”轉化關系分析研究［J］.西部資源，2016（3）：14-22.

［18］ 王守春，鄭濱海，李瑞成，等.巨淀湖的變遷及其在古代魯北地區歷史進程中的作用［J］.管子學刊，1999，3（17）：81-85.

［19］ 王守春.歷史時期萊州灣沿海平原湖沼的變遷［J］.地理研究，1998，17（4）：423-428.

［20］ 王強，張紅軍，張太平，等.黃河三角洲濕地資源地質環境評價與保護對策研究［J］.山東國土資源，2018，34（5）：81-86.

［21］ 李明波，周勇，張金鑫，等.開采期停采期萊州灣地下鹵水鹽分來源及鹽分組成變化規律［J］.山東國土資源，2023，39（10）：18-25.

［22］ 王毅，李超，許李梅，等.自然資源管理視角下的濰坊市北部鹽堿地保護利用探討［J］.山東國土資源，2022，38（8）：68-73.

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