衡水市深層地下水動態(tài)特征分析

張學知

（河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000）

衡水市位于河北省東南部，全市行政區(qū)域面積8815 km2。衡水市東南隔衛(wèi)運河與山東省相望，東面、北面與滄州市、保定市相鄰，西面、南面與石家莊、邢臺接壤。衡水市地勢平坦，地貌為沖洪積、沖湖積平原區(qū)。土壤大多為壤土、沙壤土、粘性土，適應于多種農作物的生長。衡水市屬于暖溫帶大陸性季風型氣候區(qū)，寒暑懸殊，雨量集中，干濕期明顯。年平均氣溫12.6℃；多年平均降水量509.7 mm，年蒸發(fā)量1209.5 mm，干旱指數(shù)在2.36～2.76之間，氣候干燥。全年降水季節(jié)分配很不均勻，全年降水量的80%集中在夏季（6~8月），期間常有暴雨天氣[1]。本文結合衡水市地下水基本情況，對其地下水動態(tài)特征進行分析。

1 水文地質條件

1.1 含水層分布

衡水市水文地質剖面圖見圖1,垂向上劃分的四個含水組與第四系地層劃分相一致。

第一含水組（Q4）：為河流沖積和沼澤洼地沉積，是砂泥質松散物質，總厚度50～70 m。含水層巖性以細粉砂為主，該含水組為潛水類型，現(xiàn)已開采的主要是淺層淡水，咸水開發(fā)利用很少。

第二含水組（Q3）：以河流沖積物為主，西北部有洪積物分布，局部有靜水洼地沉積物存在。底板深度170～250 m，厚度120～180 m。含水層巖性以粉細砂為主，地下水具有承壓性質。

第三含水組（Q2）：以河流沖積洪積物沉積為主，局部為湖相沉積，為泥砂質松散沉積物。含水層以中細砂為主，間有中粗砂。底板深度在350～450 m之間，厚度180～200 m。該組為目前衡水市深層淡水的主要開采層，用于農業(yè)、工業(yè)及生活用水。

第四含水組（Q1）：以河湖相沉積為主，西北部沖洪積泥砂質。底板深度變化450～600 m，含水層厚度100～140 m。含水層以中細砂為主，間有中粗砂。該層目前僅有少量開采。

圖1 衡水市水文地質剖面示意圖

1.2 補、徑、排條件

衡水市第四系含水層分為深層承壓水和淺層潛水（微承壓水），它們的補、徑、排條件各有特點。

淺層地下水：屬潛水，部分屬微承壓水，其埋藏深度一般較淺，能夠直接接受降水入滲和地表水的入滲補給，補給條件好，降水入滲為其主要補給來源；潛水蒸發(fā)和人工開采為主要排泄方式，地下水循環(huán)交替緩慢。

深層地下水：補給來源主要有山前沖洪積扇的側向徑流及垂向入滲補給。本區(qū)域上覆巖層數(shù)十米至一百多米而且廣泛分布有厚度較大的咸水層，補給條件差，但隨著深層承壓水的開發(fā)利用，水位逐年下降，深層與淺層地下水之間的水位差逐漸加大，導致淺層地下水透過兩者之間的弱透水層向深部含水層越流，形成垂向越流補給。特別是在位于中東部平原區(qū)的衡水市越流補給成為深層承壓水的主要補給項。同時是也導致深層承壓水的污染的主要原因。深層承壓水的主要排泄方式為人工開采[2]。

1.3 機井分布

根據(jù)全國水利普查結果，衡水市實有能用機井75187眼，機井分布密度為8.5眼/km2。其中能用深機井41092眼，深機井分布密度為4.7眼/km2[3]。

2 深層地下水位變化規(guī)律

2.1 深層地下水年內變化

衡水市人工開采深層地下水主要用于農業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)生活及工業(yè)用水。城鄉(xiāng)生活及工業(yè)用水僅占深層地下水開采量的20%左右，用水相對比較穩(wěn)定，農業(yè)灌溉用水量占深層地下水開采量的80%左右[4]，主要受氣候變化和農業(yè)季節(jié)的影響，其開采往往集中在一兩個月內，年內分布極不均勻[5]。由于衡水市農業(yè)開采占主要部分，并且地下含水層流場為整體，因此其他生產、生活用井變化趨勢受農業(yè)用井影響，變化規(guī)律具有一致性。

農業(yè)灌溉用井一般1～3月地下埋深緩慢減小，2、3月間出現(xiàn)上半年埋深最小值，隨后春灌開始，開采量增大，致使埋深逐漸加大，到6、7月份埋深達到最大值，其后，由于雨季到來，降水量可以滿足農作物生長需水要求，開采量減少，埋深逐步變小，趨勢延續(xù)到次年2、3月份。但是，由于衡水市主要農作物為冬小麥和夏玉米，小麥的主要灌溉季節(jié)為春季，而本區(qū)域春季3、4月份降水不到全年的10%，因此春季灌溉水量一般不受豐平枯年份影響；但是玉米播種季節(jié)在6月份，生長季節(jié)在7、8月份，處于汛期，6~9月份降水占全年的80%左右，因此受降水影響較大，開采量差異也較大，造成不一樣的降水年份，最低水位發(fā)生的月份也有所差異。

分別以2015年（降水量516.0mm）、2014年（降水量312.5mm）、2013年（降水量608.1 mm）為平、枯、豐水年代表[4]，選取不同區(qū)域不同埋深的6處監(jiān)測井進行比較分析。

一般平水年份最大埋深發(fā)生在6、7月份，這時6月中旬玉米播種剛灌溉完，隨之7、8月份主汛期來臨，農業(yè)開采停止，水位逐漸回升，平水年年內埋深變化圖見圖2。

圖2 平水年年內埋深變化圖

一般枯水年份最大埋深發(fā)生在8、9月份，由上分析，衡水市豐平枯年份降水量差別主要在汛期，枯水年分汛期的7、8月份降水偏少，因此正值玉米生長季節(jié)，灌溉開采持續(xù)，水位一直下降，直至8、9月份開采停止后才得到回升，枯水年年內埋深變化圖見圖3。

圖3 枯水年年內埋深變化圖

圖4 豐水年年內埋深變化圖

因此，得出結論，衡水市深層地下水最大埋深平水年發(fā)生在6、7月份、枯水年發(fā)生在8、9月份、豐水年發(fā)生在5、6月份。主要原因為汛期降水不同對農業(yè)開采造成的影響。即開采時水位持續(xù)下降，停止開采水位逐漸回升，開采為埋深變化直接原因，降水為影響因素。

2.2 深層地下水年際變化

據(jù)衡水市1988～2015年有連續(xù)資料的有代表性的深層地下水位觀測井資料分析，各監(jiān)測站點深層地下水位均呈下降趨勢。各站年下降速率在0.95~2.06 m/a之間，平均下降速率1.52 m/a。本次所選取站點位于衡水市不同區(qū)域，在不同埋深區(qū)間，具有一定的代表性，可以說明年際變化趨勢。但畢竟站點偏少，變化速率不能代表全區(qū)域情況。1988～2015年衡水市典型站深層地下水埋深情況見表1。

衡水市地處華北平原區(qū)，主要開采淺層淡水和深層淡水，咸水、微咸水開發(fā)利用較少。衡水市地下水開采始于20世紀初，20世紀80年以來相繼出現(xiàn)歷史罕見干旱，地表水來水量大幅減少，地下水開采量呈逐年增加的趨勢。

由圖可以看出，1990年、2000年、2003年、2009年、2012年埋深分別有小幅度的回升，說明在降水量大，開采量小的年份，水位下降速率是變緩的，深層地下水位的變化與開采量的關系密切，典型站年際埋深變化圖見圖5。

表1 各典型站年末地下水埋深統(tǒng)計表 單位：m

圖5 典型站年際埋深變化與降水量相關圖

2.3 深層地下水位影響因素及相關性分析

地下水位動態(tài)在降水、蒸發(fā)、溫度、人工開采、地形地貌、地質構造等因素綜合作用下，不停的變化[6]。其中最重要的制約因素是降水、溫度等氣候因素和人工開采地下水等人為因素。氣候變化與區(qū)域間的水循環(huán)密切相關，氣候變化必然引起水循環(huán)的相應變化。氣候上的晝夜、年內以及年際變化，影響到地下水的補排平衡，引發(fā)地下水位產生相應的周期性變化。衡水市深層地下水補給緩慢，水位變化與人工開采強度密切相關。降水量大時，農業(yè)灌溉用水量較少，深層地下水短暫回升；降水量小時，農業(yè)灌溉用水量集中開采，造成深層地下水持續(xù)下降。因此，衡水區(qū)域內的深層承壓地下水補給、徑流、排泄條件很差，深層水位主要影響因素為人工開采及由于降水豐枯引起的人為開采量變化。

深層地下水是一種戰(zhàn)略水資源，必須科學開發(fā)、合理利用并注重保護。衡水市全境處于超采區(qū)，地表水資源短缺，又長期缺乏外來水源，淺層地下水咸淡交錯分布，多年來一直靠超采深層地下水來滿足了當?shù)厝嗣裆詈凸まr業(yè)生產用水需要。長期的開采，造成水位連年下降，本區(qū)域深層地下水不具有持續(xù)開發(fā)利用的條件，外流域調用地表水，減少地下水開采，對于緩解地下水的下降速率有著很大的作用。

3 結論

衡水市深層地下水的補、徑、排條件差，水位的年內及年際變化受開采量的影響變化劇烈。年內灌溉季節(jié)無有效降水時，農業(yè)開采量大，水位下降明顯；降水與灌溉季節(jié)重合時，無開采或開采量小，水位下降減緩，開始有所回升。由于連年開采，水位持續(xù)下降，枯水年份，農業(yè)開采量大，水位下降較快；豐水年份，開采量小，水位下降速率變緩。衡水市位于河北省中東部平原，全區(qū)域處于深層地下水超采區(qū)，由于本區(qū)域地質因素，深層地下水的補給條件差，保護地下水的主要手段就是減少開采，目前衡水市正在實施壓采政策，結合地下水變化規(guī)律及影響因素制定政策，有望更好地保護深層地下水資源。

[1]衡水市水資源評價[R].衡水：河北省衡水水文水資源勘測局，2006.

[2]張彥增.衡水市地下水資源分析探討[J].地下水，2006，8(2)：20-22.

[3]衡水市地質環(huán)境監(jiān)測報告（2011-2015）[R]衡水：河北省地礦局第三水文工程地質大隊.

[4]衡水市水資源公報[R]衡水：衡水市水務局.

[5]高志鵬,屈吉鴻,陳南祥,楊莉,李巖.地下水動態(tài)時空變化特征及其驅動因素[J].水電能源科學,2017,35(06):116-119+18.

[6]閆學軍，張偉，侍建國.天津市平原區(qū)地下水水位動態(tài)特征分析及預測[J].海河水利，2012(1):33-35.