大同市2017-2018年地下水動態變化特征研究

陳建峰

(山西省水文水資源勘測總站，山西 太原 030001)

地下水開采過大，會形成地下水降落漏斗，地下水嚴重的超采會使地下水資源枯竭。通過對大同市市區及周邊平原區地下水水位動態變化特征進行分析，闡述了本區地下水動態和地下水漏斗的變化特征。為合理調配區域地下水資源，保障工農業生產和國民經濟發展的可持續性提供技術支持。

1 研究區概況

1.1 自然地理

大同市位于山西省北部，市區位于御河、十里河沖積平原，北鄰內蒙古豐鎮市，西為大同煤田，南與朔州市懷仁市接壤，東為云州區，平原區面積約為853 km2。大同是晉北地區的中心城市，全市人口340.64萬人，其中市區面積約2 086 km2,人口178.2萬人(2015年)，地區生產總值(GDP)1 052.9億元(2015年)，城市工業經濟以煤炭、電力、化工、機械、制藥、旅游、商業為主。農業經濟以種植、養殖、運輸為主。

1.2 氣象水文

本區屬典型的溫帶大陸性季風氣候，其特點是春季風沙多，干旱少雨；夏季雨熱同步，降雨集中；秋季降雨減少，涼爽早霜；冬季寒風盛行，嚴寒少雪。多年年均降水量408.1 mm，70%左右的降水集中在7-9月，年蒸發量為1 200 mm，干旱指數2.5～3.0。年平均氣溫5.1℃～7.1℃，最高氣溫39℃，最低氣溫-29.1℃，無霜期90～130 d。平均風速2.5 m/s，最大可達29 m/s，年均8級以上的大風天29～65 d，多發生在春季。

大同市區及周邊平原區主要河流有御河、十里河、萬泉河、口泉河和桑干河。御河是桑干河的一級支流，發源于內蒙古豐鎮市西北陽坡子，由北向南于新榮區堡子灣鄉鎮羌堡進入大同市境內，經孤山、大同城東、小南頭，于云州區吉家莊匯入桑干河。干流全長155 km，大同市境內長78.3 km，流域面積5 001.7 km2，大同市境內流域面積2 597.37 km2。其主要支流有十里河、萬泉河。多年平均徑流量為1.53億 m3(孤山水文站)，最大年徑流量為1.85億 m3(1987年)，最小年徑流量為0.58億 m3(1966年)。

十里河是御河的一級支流，發源于左云縣馬道頭鄉曹家堡村，流經左云縣城、張家場、石墻框進入大同市，然后經高山鎮、云岡鎮，在小站村出山，最后在田村附近匯入御河。小站村以上(山區)段長75 km，小站村以下(平原區)段長14.5 km，流域面積1 228.37 km2。多年平均徑流量為0.41億 m3，多年平均清水徑流量為0.03億 m3。

萬泉河是御河的一級支流，發源于內蒙古豐鎮市官屯堡鄉，由新榮區鎮川口進入大同市，在黍地溝村匯入御河。干流全長26.87 km，流域面積161.88 km2。多年平均徑流量為0.15億 m3，多年平均清水徑流量為0.006億 m3。

口泉河是桑干河的一級支流，發源于左云縣水窯鄉尖口山，經云岡區鴉兒崖，在口泉鎮出山，至堡子店入懷仁市，于智民村匯入桑干河。干流全長57.5 km，大同境內長57.5 km。流域面積501.89 km2。多年平均徑流量為0.067億 m3，1988年7月12日發生了693 m3/s洪峰(百年一遇)。

1.3 水文地質條件

1.3.1 地形地貌

監測區西側及東北角為基巖山區，最高峰為饅頭山，海拔2 426 m。平原區地勢開闊平坦，地形總趨勢是西、北側高，東南側低；邊山高，中間低。山前均有面積不等的洪積扇裙，構成山前傾斜平原區，地形坡度3°～15°。地面高程1 000～1 200 m；中部為河流沖積形成的平原區，東西寬約38.7 km，南北長約49.37 km，地形較平坦，分布有御河、十里河、口泉河。平原區地形坡度1°～3°，傾向各大河流，地面高程950～1 100 m。按其成因和形態特征劃分為基巖山地、黃土丘陵區、山前沖洪積傾斜平原、沖湖積平原與河谷平原(見圖1)。

圖1 監測區地形、地貌類型分區

1.3.2 水文地質條件

大同盆地由第四系松散堆積物組成，無礦產資源貯存。主要的斷裂有：口泉斷裂、泉寺頭斷裂和水峪斷裂；在邊山區局部開采石灰巖露天采場邊坡存在山體崩塌隱患；過量超采地下水和工程建設密集的大同市區出現了地裂縫。地質環境條件較為簡單。

大同市平原區含水層為第四系松散層孔隙含水巖系。

中低山丘陵區：在盆地邊緣和東北部及監測區西側邊緣，含水層顆粒細，局部地段有砂礫石透鏡體，潛水位埋深10～50 m，局部大于50 m，單位涌水量一般小于2 L/s·m。

山前沖洪積傾斜平原區：現代沖洪積扇裙比較發育，一般扇長5 km左右，含水層以砂礫石層為主，地下水豐富，為富水地段。一般單位涌水量2.78～16.67 L/s·m。水位埋深變化較大。傾斜平原中上部是盆地最富水地段，為孔隙承壓水，含水層時代為早、中、晚更新世，巖性一般為砂卵礫石層，單位涌水量一般1.11～2.22 L/s·m。主要取水層位80～350 m。

沖湖積平原區：分布于御河、十里河、口泉河兩岸地區，寬約10～20 km。含水層顆粒細，厚度小，為潛水，水位埋藏淺，富水性普遍較差。黨留莊、兼鋪一帶存在古河床，發育有厚層的中粗砂和礫石，為承壓水，水量豐富，一般單位涌水量0.5～20 L/s·m。

河谷平原：含水層顆粒粗、厚度大，呈帶狀分布，空間上連續均勻，含水系統內部水力聯系良好。因此，在河谷平原孔隙水系統中打井取水，成功率很高。通常順層滲透性好，而垂直層面滲透性差，為層狀非均質介質。

1.3.3 地下水補給、徑流、排泄條件

大同市平原區地下水補給來源主要為大氣降水入滲，西、北邊山側向補給及邊山峪口地表水入滲補給。盆地內地下水自邊山向盆地中心徑流，沿御河由北向南徑流。地下水埋深從邊山到盆地中心由深變淺，邊山埋深80～100 m，盆地中心埋深5～10 m，邊山前洪積扇區地下水水力坡度3‰～5‰，平原區地下水水力坡度0.5‰～1‰。

地下水排泄方式主要是沿御河向下游徑流、人工開采和地面蒸發。

2 地下水位動態變化特征分析

為研究大同市市區及周邊平原區地下水動態，選定地下水監測范圍北起新榮區鎮川堡以南，西至邊山地帶，東到云州區三十里鋪、高寒區作物研究所、黨留莊，南至懷仁市界的平原區各地貌單元，總控制面積約853 km2。有地下水位監測井40個。各監測井根據其井深及觀測層位，可分為淺層水(井深小于60 m)監測井、中深層混采層水(井深大于60 m)，其中淺層水監測井2個，中深層混采層水監測井38個。

2.1 監測區地下水水位年變差

從多年長觀資料分析，大同市區及周邊平原區淺層、中層地下水之間有較好的水力聯系，它們與深層水之間也有一定的聯系。這主要是由于區內隔水層空間分布不穩定，加上人為混合開采的原因所致。

淺層地下水位和中層地下水位動態變化相同，深層水盡管變化較為復雜，但變化總趨勢和淺、中層地下水動態一致，說明了它們之間有一定水力聯系。

從河流上游到下游，淺層、中層地下水水力聯系由密切逐步過渡到較差，深層水與淺層、中層地下水之間水力聯系在主要開采區較好，其它區域較差。

2.2 監測區地下水水位分區

監測區地下水年均水位變差分區圖(圖2)，由此可見，監測區地下水位下降區主要集中在城北孤山至金家灣為中心地帶，城東三十里鋪一帶，城西宋莊村一帶，城西南高莊一帶，城東南黨留莊一帶。水位變幅-0.5～-2.0 m區域面積約90.69 km2，水位變幅<-2 m區域面積約6.33 km2。水位下降區面積約占總面積的11.37%。這些下降區均位于大同市城北、城南、三十里鋪、黨留莊水源地的中心或邊緣。

圖2 監測區地下水年均水位變差分區圖

地下水位回升區分布在大同市區及口泉河與十里河中間區域，面積約77.39 km2，占總面積的9.07%。其中，水位上升0.5～2.0 m區域面積約59.69 km2，水位上升>2.0 m區域面積約17.70 km2。水位上升區域內市區不允許開采地下水，居民用水主要來源于各水源地的供給，周邊地區本年度補給大于開采，地下水得到涵養，致使本年度這些區域地下水位有較為明顯的提升。

2.3 枯水期地下水漏斗狀況

枯水期(5月份)地下水位等值線圖(圖3)，揭示了枯水期 地下水漏斗現狀。

圖3 枯水期(5月份)地下水位等值線圖

2.3.1 城北水位降落漏斗區

城北水位降落漏斗區位于古店以南，金家灣、白馬城、馬家小村、大同公園、齊家坡、古城一帶，形狀似不規則葫蘆型，北部小，南部大。以1 015 m等值線閉合，較2017年度1 020 m等值線閉合下降了5.0 m，顯示漏斗區面積變小。漏斗區內淺中層監測井BC7枯水期(5月份)水位標高為1 003.65 m，枯水期(5月份)漏斗面積25.61 km2，比2017年同期水位漏斗面積36.51 km2減小了10.9 km2。

2.3.2 城西水位降落漏斗區

城西水位降落漏斗區位于城西水源地新添堡、馬營、西韓嶺一帶，呈南北向兩頭大中間狹長型，北頭大、南頭較小。漏斗平面形態較2017年度發生些許變化，仍以1 010 m等值線閉合，漏斗區內中深層監測井XJ04枯水期(5月份)水位標高為997.08 m，漏斗面積35.65 km2，較2017年同期的28.89 km2，增大了6.76 km2。

2.3.3 城南水位降落漏斗區

城南水位降落漏斗區位于水泉洼、七里村、東河河、小南頭、馮莊、塔兒村一帶，呈南北兩塊橢圓漏斗區，以1 000 m等值線閉合，較2017年度同期1 010 m閉合等值線下降10 m。枯水期(5月份)北側中心XJ10井地下水位標高980.958 m，南側中心D4井水位標高983.519 m，枯水期(5月份)北側漏斗面積39.01 km2，南側漏斗面積38.63 km2，漏斗面積合計77.64 km2，與2017年同期漏斗面積41.13 km2相比，漏斗面積增大了36.51 km2。

2018年枯水期(5月份)水位降落漏斗總面積為138.90 km2，。相較2017年度枯水期(5月份)漏斗總面積106.53 km2，枯水期漏斗總面積增加32.37 km2。

3 結語

(1)大同市市區及周邊平原區地下水動態變化受大氣降水、河流徑流量，特別是人為開采的影響較大，動態類型表現為入滲—徑流型和開采—下降型。

(2)在動態監測時段內，中深層地下水位從年平均水位變差來看，地下水下降區和上升區變化特征及分布區域如下所述：

地下水位下降區主要集中在城北孤山至金家灣為中心地帶，城東三十里鋪一帶，城西宋莊村一帶，城西南高莊一帶，城東南黨留莊一帶，水位變幅-0.5～-2.0 m區域面積約90.69 km2，水位變幅<-2 m區域面積約6.33 km2，水位下降區面積約占總面積的11.37%。這些下降區均位于大同市城北、城南、三十里鋪、黨留莊水源地的中心或邊緣。

地下水位的回升區分布在大同市區及口泉河與十里河中間區域，水位上升幅度0.5～2.0 m區域面積約59.69 km2，水位上升幅度>2.0 m區域面積約17.70 km2，水位上升區域總面積約77.39 km2，占總面積的9.07%。水位上升區域內市區不允許開采地下水，周邊地區本年度地下水補給量大于開采量，地下水得到涵養，致使本年度這些區域地下水位有較為明顯的提升。

(3)從2018年度的監測數據看，地下水集中開采區仍存在三個水位降落漏斗區，三個降落漏斗區位置和形態基本與2017年相似。2018年枯水期(5月份)漏斗總面積為138.90 km2，相較2017年度枯水期(5月份)漏斗總面積106.53 km2，枯水期漏斗總面積增加了32.37 km2。