降水對平原地下水超采區生態補給影響分析

馮新華，王會樂，潘 旭

（聊城市水文局，山東 聊城 252000）

聊城市多年平均降水量562.8 mm，且具有時空分布特征，一般每年汛期6～9 月份降水量最多，占全年降水量的45%～69%，冬季降水量最少，僅占全年降水量的1.3%～9.0%。根據山東省2013 年最新超采區劃定成果，聊城市超采區范圍包括莘縣-夏津淺層地下水超采區境內部分和茌平淺層地下水超采區，總面積為2 777 km2，主要分布在莘縣、冠縣、臨清市。

1 分析方法

1.1 資料選取

以聊城超采區為主要分析區域，超采區現有地下水監測站70 多處，且有分布均勻的雨量站，因此擁有多年連續的地下水位及降水數據。本次所取不同埋深分布的監測井，最低埋深為臨清（50A）平均5.67 m，最大埋深監測井為冠縣222平均25.3 m，土壤類型多為亞砂土。選取2000—2016 年的監測數據，以此來分析降水對超采區不同埋深的補給影響。研究從超采區內選取地下水代表站和相鄰雨量站的歷年數據進行分析。

1.2 數據分析方法

通過將地下水位數據及降水數據繪制關系曲線來分析降水對埋深的影響[1-2]。關系曲線采用的是降水與監測井水位的數據，因為埋深為地面高程減去地下水位，所以分析降水與地下水位的關系，相應也會得到降水與地下水埋深的關系。

2 影響分析過程

2.1 降水入滲過程

聊城市區域降水主要集中在6～9 月份，各縣之間的降水量有一定差異，但總體差異不大，此次研究是分析降水對不同地下水埋深的影響。降水入滲過程分為3 個階段，分別是截留階段、下滲階段和產流階段。三個階段既是相互聯系的，同時又是交叉進行的[3]。

2.2 超采區地下水監測數據分析

1）分析順序。本次分析從埋深最小的觀測井臨清（50A）開始研究，其平均埋深在5.67 m，最后分析埋深較大的測井。研究從2000—2016 年降水與地下水位的關系。通過前期查閱相關資料發現水位的回升不僅與降水量的大小密切相關，同時也與降水前土壤的含水量有關。

2）淺埋深數據分析。通過對臨清（50A）的分析，發現降水量與地下水位存在的聯系。6～9 月份為汛期，通過分析趨勢圖發現，此段時間為降水補給地下水的主要時期，因此水位整體呈現上升趨勢。汛期前由于地下水補充少，加之地下水的使用，水位基本呈現下降趨勢。

將降水數據與地下水位的數據作出曲線圖發現，針對埋深較小的井，較大的降水（日降水30 mm以上）在降水后一天內就出現有水位回升，4 d 后基本趨于穩定，低于20 mm 的日降水基本對地下水位沒有什么影響，但若連續的20 mm 左右的降水，將出現連續小幅度的水位回升，以2006—2013 年的關系曲線為例如圖1、圖2。

圖1 臨清（50A）2006 年降水與地下水位趨勢線

圖2 臨清（50A）2013 年降水與地下水位趨勢線

并且通過水位變化的大小發現，30～40 mm左右的降水量能引起的水位變幅在0.2 m 左右，40～60 mm 左右的降水量能引起的水位變幅在0.35 m 左右，大于60 mm 時的降水量引起的水位變幅在0.6 m 左右。這也表明，降水量過大，并不是地下水位回升的越高，當降水強度大于土壤的入滲能力時，就會形成徑流而不會引起太大地下水位的變化[4]，對于臨清50A 來說，去除特殊因素，單次降水所能引起的地下水位最大的變幅在0.6 m 左右。

對于莘縣（135）測井，前期若是降水較少，土壤較為干旱，較大的降水40 mm 左右，地下水位基本保持不變，若是前期降水充沛，通過多年數據分析發現45 mm 左右及以上的降水會使地下水位在降水1 d 內回升，3～4 d 后水位趨于穩定。并且降水大于45 mm 及以上降水，變幅在0.1～0.5 m 之間如表 1。

3）較大埋深的測井分析。對于冠縣（174A），其平均埋深已經接近10 m，其汛期地下水位基本呈現上升趨勢如圖3，對于某些降水偏少的年份偶有水位突然下降再緩慢回升的情況，分析可能是由于人為抽水導致的地下水位的下降，單次較大降水對水位的變化也看不出較大影響。

表1 莘縣135 測井45 mm、100 mm 降水引起地下水位變幅

圖3 冠縣174A（2003）降水與地下水位關系曲線

對于測井莘縣（110B）其埋深與測井莘縣（174A）類似，通過分析多年的降水與水位的變化曲線發現，其變化趨勢與測井莘縣（174A）基本相同，即單次降水對地下水位沒有明顯的影響，但汛期基本水位為上漲趨勢。

冠縣（193A）為基本井，平均埋深為13.25 m，每月只有 1、6、11、16、21、26 日有地下水位的數據，臨清（145A）為重點井，平均埋深為15.23 m。但從變化趨勢看來，其結論與莘縣（110B）、莘縣（174A）相同。

對于臨清（145），其降水對地下水位已看不出什么影響，但地下水位在汛期也是呈現上升的趨勢。對于埋深更大的井，莘縣（130）、莘縣（97B）基本井、冠縣（210A）、莘縣（137A）、冠縣（220）、冠縣（222），結論同樣如此，如圖 4。

圖4 冠縣145A（2011 年）降水與地下水位趨勢線

3 降水對超采區生態補給影響

降水對超采區地下水補給的影響，通過分析不同地下水埋深的測井以及相應雨量站，然后把歷年的降水數據和地下水位的數據作出關系曲線，分析得出以下結論：超采區內，降水對超采區的補給影響顯著，埋深越小，降水對其影響越明顯。

1）對于埋深小于10 m 的區域，單次30 mm的降水量1 d 內即可使地下水埋深回升，3～7 d 左右地下水埋深可趨于穩定，并且連續兩天20 mm左右的日降水量，也可引起埋深的變化。

2）針對埋深6.0 m 左右超采區邊緣區域，通過數據分析發現，單次30～40 mm 左右的降水量能引起的埋深變幅在0.2 m 左右，單次40～60 mm左右的降水量能引起的埋深變幅在0.35 m 左右，大于60 mm 時的降水量引起的埋深最大變幅在0.6 m 左右；對于埋深10 m 以上的區域，單次降水短期對其沒有明顯影響，但在汛期內，埋深變化總趨勢為逐漸回升。

3）整體來看，降水對埋深的影響隨著埋深的變大其影響越來越小。埋深大于10 m 以上區域，單次較大降水短期對埋深也已基本看不出影響，其在汛期內的整體趨勢是減小的。