新鄭市淺層地下水動態淺析

楊亞茹 駱桂英 王波波

摘 要：地下水動態變化不僅影響居民生活生產用水，還可能引發一系列環境地質問題。為研究河南省新鄭市淺層地下水水位變化趨勢，本文收集2015年1月—2019年12月新鄭市5眼觀測井的監測資料，統計地下水埋深變化，分析影響其埋深的因素。結果表明：新鄭市地下水位埋深較深，多數地區地下水埋深大于20 m，近5年間除觀測孔3地下水埋深減少4.02 m，其他觀測孔埋深均增加1～5 m。通過分析影響埋深變化的因素發現：隨氣溫、降雨量季節周期性變化，淺層水位埋深的周期性變化并不明顯;當地地下水位埋深較深，蒸發對其影響可以忽略;開采量的變化與地下水埋深變化相一致，推測地下水開采量仍是影響淺層水位埋深變化的重要因素，因此嚴控開采量仍是保護當地地下水資源的重要措施。

關鍵詞：地下水;地下水水位;降雨量;開采量

Abstract： The dynamic change of groundwater not only affects the living and production water of residents， but also may cause a series of environmental geological problems. In order to study the change trend of shallow groundwater level in Xinzheng City， the monitoring data of 5 eye observation wells from January 2015 to December 2019 were collected， and the change of groundwater depth was statistically analyzed. The results show that the groundwater level in Xinzheng City is deep， and the groundwater depth in most areas is more than 20 m， During recent 5 years， the ground- water depth of observation hole 3 decreased by 4.02 m， and the groundwater depth of other observation holes in- creased by 1 ～5 m. By analyzing the factors affecting the change of groundwater depth， it found that with the seasonal periodic change of temperature and rainfall， the periodic change of shallow water level is not obvious. The local groundwater level is deep， and the influence of evaporation on it can be ignored. The exploitation amount is consistent with the change of groundwater depth. It is speculated that groundwater exploitation amount is still an important factor affecting the change of shallow water level. Strictly controlling the amount of exploitation is still an important measure to protect local groundwater resources

Keywords： groundwater; groundwater level; rainfall; exploitation

地下水作為自然界水資源的重要組成部分，是居民生活和部分地區工農業生產用水的主要供水水源[1]。地下水埋深的上升或下降反映了地下水補給與消耗的變化，也直接反映了含水層中地下水資源量變化[2]。地下水水位動態變化關系著供水量是否滿足人們的生活需要，可能會引起一系列環境地質問題。例如：淺層地下水位上升會導致土中附加應力減小、地基承載力大幅度下降以及次生鹽漬化災害;水位的下降則會引起地面沉降、地裂縫、含水層疏干和生態退化等，甚至導致含水層枯竭。研究地下水水位動態變化不僅可以判斷地下水是否均衡，開發利用是否合理[3]，還可以對因地下水動態變化可能引發的環境地質問題進行預警。通過監測地下水動態變化，分析影響地下水變化的影響因素，預測地下水動態變化趨勢，能夠更好地控制地下水水位變幅，遏制因地下水水位上升或下降而引發的環境地質問題。

南水北調工程未通水前，河南省新鄭市是嚴重缺水的地區之一，地下水是新鄭市主要的工農業用水來源。為滿足當地居民工農業用水的要求，該區地下水超采嚴重，地下水水位年降幅1 m左右。雖然隨著南水北調工程的實施，當地城區用水由開采地下水轉為南水北調供水，地下水位下降情況有所減緩，但地下水水位的動態變化仍需關注。本文通過收集2015年1月—2019年12月新鄭市5眼觀測井地下水埋深監測資料，在充分分析資料的基礎上，研究新鄭市地下水埋深動態及其影響因素，以及時掌握地下水動態變化規律，提高對地下水出現危機時的綜合預警預報水平，保障地下水管理安全科學。

1 研究區概況

新鄭市位于河南省中部、鄭州市東南部，隸屬于鄭州市，位于黃河以南的山前平原，地處北緯34°16′～34°39′、東經113°30′～113°54′，市域總面積873 km2。該區地處秦嶺緯向構造東端，豫西山地向豫東平原的過渡地帶，地勢西高東低、中部高、南北低。西南部鳳后嶺一帶是低山區，東北部是黃河二級階地，西部是山前傾斜崗地，東南部是崗間洼地。該區屬暖溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫為14.2 ℃，年均降水量為676.1 mm，最高年降水量為1 174.0 mm，最少年降水量為449.4 mm，年均蒸發量為1 476.2 mm。6—9月降雨占全年降水量的70%以上，水資源短缺。

新鄭市多年平均地表水水資源為0.592 4億m3，地下水資源為1.383 2億m3，除去0.502 3億m3的重復水量，多年平均水資源總量為1.473 3億m3，人均水資源占有量為236 m3。新鄭市大部分地區巖性為上更新統第四系的沉積物，東北部巖性以砂、粉細砂為主，西部主要是亞砂土和粉細砂，東南部巖性為粉細砂。淺層水主要以第四系松散巖類孔隙水為主，富水性好，是生產生活的供水水源之一[4]。

2 數據來源

為研究新鄭市地下水位埋深動態變化，本文選取河南省水文局在新鄭市設置的5眼觀測井在2015年1月—2019年12月的地下水水位埋深動態觀測資料，具體觀測孔位置見圖1。觀測孔均監測淺層地下水水位埋深;氣溫、降雨量、蒸發量等氣象數據，源于收集的新鄭氣象資料;開采量及灌溉量來源于鄭州水資源公報、統計年鑒等。通過對這些數據的分析和審查，筆者認為收集的資料具有一定的代表性和可靠性。

2.1 淺層地下水位埋深動態分析

根據2015年1月—2019年12月新鄭市5眼淺層地下水常觀井觀測資料，繪制觀測孔地下水埋深趨勢變化曲線，見圖2。從圖2可以得出，新鄭市地下水位埋深較深，除位于新鄭市東部的觀測孔4地下水位埋深較淺（小于10 m），埋深8～10 m的地區主要分布在新鄭市東南部和航空港東北部一帶，其他地區地下水埋深均大于20 m。這可能主要是由于前期地下水是新鄭市最主要的供水來源，開采嚴重，淺層地下水開采量遠遠超過了地下水補給量。資料顯示，由于地下水開采，地下水埋深由1976年的9.73 m下降到2002年的24.99 m[5]，其中2007—2013年地下水埋深年降幅約為1 m[6]。隨著南水北調的通水，地下水過量開采現象得到遏制，地下水水位變幅量得到了一定控制。

相較于2015年，2016年地下水水位變幅較小，平均埋深減少0.063 m，地下水位有所回升。2017年地下水平均埋深繼續減少，較2016年平均埋深減少0.73 m，地下水位繼續回升。2018年較2017年，地下水平均埋深增加0.096 m，地下水水位有所下降。2019年地下水水位變幅較大，較2018年地下水平均埋深增加1.71 m，地下水水位下降較明顯。2015年1月—2019年12月監測到的最大埋深為37.52 m，觀測時間為2019年5月，觀測點位為觀測孔1;最小埋深為6.93 m，觀測時間為2016年1月，觀測點位為觀測孔4。整體上，觀測期內地下水埋深處于增長趨勢，且變化幅度較小，多數觀測孔水位變幅小于5 m。觀測孔1變化幅度較大，超過10 m，且2015年5月、2016年1月及2017年1月出現明顯埋深極小值點，2019年5月埋深較2019年4月增加11.08 m。2015—2018年地下水埋深變幅較大，其中2018年埋深變幅較小，而2019年變幅波動變大，且5個觀測孔水位埋深變化趨勢并不一致。從觀測之日起至2019年12月，各觀測孔地下水位埋深除觀測孔3埋深減少4.02 m，其他各觀測孔埋深均增加1～5 m。

2.2 地下水位埋深影響因素分析

氣候因素和人類活動共同決定了地下水的動態變化[7]，可以改變地下水循環的補徑排條件對地下水系統和地下水均衡產生的影響，最終引起地下水位動態的變化[8]。新鄭市淺層地下水主要補給來源為降雨入滲補給、山前側向補給以及灌溉水入滲補給等;排泄方式主要為蒸發、地下水開采等。現分析氣溫、降雨量、蒸發量以及灌溉量等因素對地下水水位埋深的影響。

新鄭市多年年均氣溫與地下水埋深變化關系如圖3所示，年均氣溫在16 ℃上下波動。年最高氣溫出現在7月，最低氣溫出現在1月。一般情況下，氣溫與水資源量成反比關系。氣溫升高使得用水需求和蒸發量加大，既暖又干的氣候會加劇地下水資源的緊缺[9-10]。新鄭市年內氣溫波動較大，但地下水位埋深隨氣溫波動的變化規律并不明顯。究其原因，可能是影響地下水位的因素很多，機理較復雜，而氣溫只是一個相對間接的影響因素，且影響微弱，二者的關系難以僅靠統計數據分析得出。

根據新鄭市氣象資料統計，2015—2019年新鄭市年平均降水量為585.2 mm。由于受季風氣候的影響，降水量時空分布極不平衡。降水多集中在6—9月這4個月，約占全年降水量的70%;1月、2月和12月3個月的降水量最少，不足全年降水的5.81%。

由于地下水水位受降雨入滲補給的影響，地下水水位埋深也應隨降雨量周期性變化。新鄭市多年年均降雨量與地下水埋深變化關系如圖3所示。2015年5月、6月、7月、12月地下水位埋深較小，2016年1月、2月、11月、12月地下水位埋深較小，2017年1月、2月、11月、12月地下水位埋深較小，2018年1月、2月、11月、12月地下水位埋深較小，2019年1—4月地下水位埋深較小。地下水位埋深受降雨量影響較小，可能是由于新鄭市降雨易形成地表徑流，且地下水埋深較深。降雨一部分形成地表徑流，一部分經包氣帶截留，只有很少部分補給地下水。通過對比新鄭市蒸發量隨時間變化與觀測孔埋深隨時間變化關系可以看出，蒸發量與埋深變化的相互關系難以觀察。由于新鄭市大部分地區地下水埋深大于20 m，蒸發對其影響可以忽略。

收集的2016—2018年的新鄭市地下水開采量資料顯示，2016年開采量為0.95億m3，2017年開采量為0.76億m3，2018年開采量為0.82億m3。2017年地下水平均埋深減少，較2016年平均埋深減少0.73 m，地下水位回升。2018年較2017年地下水平均埋深增加0.096 m，地下水位有所下降，開采量與其地下水埋深變化一致，推測地下水開采量仍是影響地下水水位變化的重要因素。但是，有些地區地下水開采為中深層地下水，加之地下水埋深受許多因素影響，因此地下水開采總量對地下水的影響還需查明淺層開采量做進一步分析。灌溉水入滲補給地下水也是該區地下水的補給來源，經包氣入滲補給地下水。查閱2015—2019年灌溉量資料發現，年灌溉量變化不大，且灌溉時間固定，可見地下水的年際變化與灌溉量關系不大。

3 結論和建議

①新鄭市地下水位埋深較深，位于新鄭市東部的觀測孔4地下水位埋深小于10 m，埋深在8～10 m的地區主要分布在新鄭市東南部和航空港東北部一帶，其他地區地下水埋深均大于20 m。從開始觀測至2019年12月，除觀測孔3地下水埋深減少4.02 m，其他觀測孔埋深增加1～5 m。

②通過分析影響其變化的因素，氣溫、降雨量季節周期性變化對地下水位埋深的影響并不明顯。當地地下水位埋深較深，蒸發對其影響可以忽略。開采量與其地下水埋深變化一致，推測地下水開采量仍是影響地下水水位變化的重要因素，需控制地下水開采量以維持地下水環境穩定，但需查明淺層開采量做進一步分析。

③為保證新鄭市居民正常供水，維持新鄭市地下水處于平衡狀態，仍需繼續控制地下水開采量，加強地表水和地下水的合理調配，提高水資源利用率，加強工業、農業和生活用水的管理。

在加強新鄭市地下水和地表水合理利用的基礎上，新鄭市可通過爭取指標外調水源，構建由水庫及配套供水工程、引提水工程、地下水供水工程、強化節水工程、污水處理及回用工程、雨水利用工程、外調水源工程等組成的統一調控、多水源并舉的未來全市水資源配置格局。

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