地下水漏斗區形成機理研究

孫孝波，孫 珂，翟朋云，董向東

(1.河南省新鄉水文水資源勘測局，河南 新鄉453002;2.河南省安陽水文水資源勘測局，河南 安陽455000)

一個地區的地下水由于開采破壞了原先的平衡狀態，當地下開采量大于補給量時，在開采區附近形成水位持續下降，當埋深到達8m以上的時候，就會形成地下水降落漏斗區。

1 地下水降落漏斗區的成因分析

我國華北平原，在上世紀70年代以前，由于落后的生產力和生產技術，形成了農業“望天收”的局面。華北平原上的糧食作物，基本上很少灌溉，特別是井灌區更是少見。當時常見的井是人工開挖和掏建的磚井，井深都在10 m以內，出水量也很小。提水工具多為轆轤、水車等人工提水方式。由于水井和提水工具所限，提水能力一直很低，提水量少之又少，當時地下水的開采量與地下水補給量相比，相差甚多，對地下水埋深影響不大，平原地區的地下水埋深普遍在1.5～2.5 m 左右。

到了上世紀70年代，隨著農村電力化的發展和電動工具的發展，出現了水泵、電動水車等先進的電動提水工具，當時的人工開挖的“磚井”已經不能滿足水泵和電動水車的提水要求。在此情況下就出現了更為先進的打井技術，當時稱為“打機井”。這種用鉆頭、鉆稈靠人工推“圍車”來鉆井的技術，可以一下子把進深打到30 m左右，加上水泥井管的技術，形成了地道的“機井”成井技術。雖然當時的水泵只是離心泵，抽水深度在9 m以內，但已經完全解決了當時的農田灌溉問題。大量的抽取井水灌溉相應而來的就是對地下水的大量開采。

原河南省新鄉地區水文站1972年正式開展群眾性地下水定點觀測工作。在1972年抗旱過程中，地下水水位出現了大面積下降，新鄉水文站在1972年對上半年的地下水觀測資料進行初步分析，得知從青風嶺到郇封嶺，地下水位逐月下降且比較顯著。青風嶺地區，地下水下降一般在1.3～2.3 m;郇封嶺地區，地下水位下降一般在1.5～2.5 m。

當時通過對歷史資料的分析，進而發現了地下水有逐年下降的趨勢，在郇封嶺地區，1965年春，地下水位埋深大于3.0 m的面積僅占6.9%;1966年春達85.4%;1967年春又升為88.5%;而1972年6月，地下水位埋深全部大于 3.0 m，埋深普遍在5.0～8.0 m 之間，郇封村最大達9.5 m。

在青風嶺中部，武陟、溫縣、孟州一帶，1965年春，地下水位埋深 2.5～3.0 m，其他普遍為 1.5～2.0 m;1966 年春，溫縣、孟州一帶下降到2.5～7.0 m;1967年春溫縣、孟州一帶地下水位埋深為2.5～8.0 m;1972年溫縣、孟州一帶地下水位埋深下降到 5.0～13.0 m。

1973年提出在溫縣的古賢，修武縣的郇封出現兩個漏斗區。溫縣的古賢漏斗區，位于溫縣清風嶺(崗地)一帶。漏斗中心在清風嶺北側古賢～張羌村一線，漏斗中心較65年下降7～8 m。

修武縣郇封漏斗區，位于郇封嶺修武、武陟、獲嘉三縣交界處，漏斗中心位于修武郇封村，漏斗中心較65年下降6～7 m。

這時河南省新鄉地區水文站提出了地下水漏斗區的概念，這也是華北平原上第一次出現降深大于8 m的地下水漏斗區。

2 漏斗區的發展演變

上世紀八十年代，隨著平原地區地下水開采量的增加，兩個漏斗區迅速發展，面積大幅擴大，地下水埋深進一步增大，很多地方出現了“吊泵”抽不出水現象，后來通過把離心泵換成潛水泵才解決了繼續抽水的井灌情況。1981年青風嶺漏斗向西布滿孟州市平原區，向北達到沁陽與溫縣交界，向東與東北方向到達武陟沁南洼地，并越過沁河與擴張的修武郇封漏斗相連。至此兩漏斗區連成一體，包括孟州、沁陽、溫縣、武陟、修武等縣市，構成溫、孟，沁、武、修武漏斗區，漏斗中心較65年下降12～18 m。1982年豫北大水，地下水得到大量回補，漏斗區有所縮小，構成一體的漏斗區重新分成兩個漏斗區。1985年漏斗區面積減少到315 km2，而到1990年面積達到498 km2，然后就逐年增加到2000年增加到最大為1149 km2。地下水降落漏斗面積變化情況見圖1。

漏斗區所涉及的行政區是焦作市的修武、武陟、溫縣和孟州市，地下水的開采層為淺層地下水。漏斗形成的初始年份為1973年，漏斗區最大年份是2000年面積1 149 km2，占全焦作市平原區面積的40.5%。漏斗區呈一寬約16 km的帶狀分布，大致平行于黃河走向。漏斗中心位于溫縣的楊壘～林肇一帶，2000年末漏斗區中心地下水埋深為21.95 m，最深時曾達25.21 m。上世紀九十年代漏斗區面積擴展速率65.1 km2/a，地下水位下降速率為 0.36 m/a。

圖1 地下水漏斗區面積變化曲線

上世紀九十年代到2000年，漏斗區發展速度加快，漏斗面積迅速擴大，到2000年，面積達到1 149 km2。

青風嶺漏斗區自1965～2000年逐年增加達到最大范圍。地下水埋深在加大，范圍也在加大，還有繼續發展的趨勢。郇封嶺漏斗區自1965～1985年逐年增加，1985年達到最大范圍，1990～2000年略有回補，處于基本穩定狀態。

從圖上可以看出，漏斗區面積逐年增加，而且還在繼續增加。僅1980年到1985年漏斗面積減小了55 km2，這是因為1982年豫北大水對該區地下水進行了有效地補給造成的。2005年漏斗區面積732 km2，比2000年面積大幅減少主要是由于2000年到2004年降雨量較大，且均勻，有利于地下水補給所致。在開采量加大的基礎上，2010年漏斗區面積重新增加到1122 km2，與2000年漏斗區面積持平。

3 地下水漏斗區形成的機理

地下水開采率是指該區地下水實際開采量與地下水資源量或地下水可開采量之比值。平原區地下水開采率A1指實際開采量占地下水資源量的百分比，可開采率A2指實際開采量占地下水可開采量的百分比。A1、A2的值越大說明地下水的開采利用程度越高。

1980年以來，地下水漏斗區所屬地焦作市平原區淺層地下水開采利用一直維持很高的程度，開采率在75%以上，可開采率在90%以上。1995年由于干旱，地下水開采率最大，A1、A2分別為139.8%和167%。各代表年份焦作市平原區地下水開采情況見圖2。

圖2 焦作市平原區地下水開采利用情況統計圖

2000年各縣級行政區中溫縣的開采率最高為187%。淺層地下水可開采率大于100%的縣市依次是孟州市、溫縣、和武陟縣，可開采率分別為 207.8%、204.4%、136.2%，這些開采率大的縣正是漏斗區里的縣。

表1 焦作市行政分區平原區淺層地下水開采率表

其它各代表年份各縣區的地下水開采率和可開采率見表1，從表中可以看出，1980年以來武陟縣、溫縣、孟州市的地下水開采利用程度一直維持較高的水平，年年超采;市區及其它縣市1980年的開采利用程度較低，1985年以后有所提高，但各年都沒出現超采現象。這也是為什么青風嶺漏斗區會出現在溫縣與孟州市，郇封嶺漏斗區會出現在武陟附近的主要原因。

4 結語

一個地區的地下水由于人工開采破壞了原先的平衡狀態，當地下開采量大于其補給量時，在開采區附近形成地下水水位持續下降，當地下水開采率大于100%時，地下水開發利用程度一直維持在較高水平是導致地下水位的持續下降、地下水降落漏斗面積不斷擴大的主要原因。

［1］周志祥，等.地下水水位降落漏斗演化特征與控制.油氣田地面工程［J］.2007，26(11)6.

［2］王剛，朱月立.聊城市西部地下水漏斗區水位預報探討.水資源與水工程學報［J］.1999，02.

［3］何平.廊坊市地下水超采現狀及對策分析.地下水［J］.2009，4.