膠州市淺層地下水動態變化成因類型探討

劉淑賢，陳 沭，王松吉

（青島市水文中心，山東 青島 266071）

在地表水資源相對匱乏的膠州市，地下水作為水資源中重要一環，對于含蓄水源、綠色持續發展有著至關重要的作用。鑒于此，依據該地區淺層地下水的近況，以動態監測、對比分析及特征變化等為研究切入點，進一步劃分地下水動態成因類型[1]，以期為膠州市地下水動態預測以及合理開發利用地下水資源提供必要參考。同時，由于行政區意義上的膠州市范圍較小，具備典型的沿海伴內陸緩沖的氣候特征，兼具受沿青島市主要河流中下游的影響特性，其影響因素非常復雜，具有一定的研究借鑒意義；所用的地下水動態變化類型及特征分析具有限制性、典型性等理論特征，對于預測膠州市或應用于其他地區地下水動態變化，具有相當的局限性；在實際應用過程中，要在累積觀測資料的基礎上根據具體情況選擇適合的成因類型、模型及方法進行分析預測，從而提升預報精度。

1 地下水監測井分布及成因類型

膠州市現有具有連續資料的淺層地下水監測井共13處，其中國家地下水井7處，省級地下水監測井6處。主要分布于大沽河膠州段、膠河、墨水河、洋河等流域附近。

膠州市淺層地下水動態變化成因類型，主要依據膠州市2020年具有代表性的地下水水位監測井實際監測數據，結合當地地下水水位動態變化的實際影響因素，主要包括氣候（主要考慮降水情況），附近河道水位變化以及地質結構，地下水的補給、徑流、排泄條件等，分析地下水變化的規律特征，將膠州市地下水動態成因類型劃分為：氣候型、水文型和徑流型。

2 成因類型分析

2.1 氣候性

該類型分布廣泛，含水層埋藏深，包氣帶巖石滲透性較好。氣候型地下水動態特征是：地下水水位及其動態要素，均隨著降水量的變化而變化，水位峰值與降水峰值一致或稍有滯后。年內地下水水位變幅值較大[2~4]。

選取東皇姑庵村地下水位站為代表點，結合據此1 km的紅旗水文站降水資料分析（見圖1）。

圖1 東皇姑庵降雨與地下水位關系圖

膠州市氣候型地下水，主要分布于鋪集鎮、里岔鎮，以及膠河、周陽河、龍回河和黃家河流域控制區域。該區域內各小河上游為丘陵地區，中下游為平原地區，河流兩岸以沖積而形成的棕壤、潮土、砂姜黑土為主，透水性高。地表植被中，雖大面積的樹木不多，但植被覆蓋較好。淺層地下水受降水影響明顯。

該類型主要特點是每年10月至次年3月降水較少，3月份降雨最少，在此期間，地下水位呈下降趨勢并于每年4月降至最低。此后4~9月降水量逐漸增大，并于8月達到峰值，在此期間，地下水位于4月起地下水位逐漸升高，并于9月份達到最高。地下水位動態變化規律滯后于降水規律后1個月，該動態類型明顯反映出降水量與地下水位變化的正相關性，其動態變化曲線呈單峰型，具峰窄谷寬的特點。

2.2 水文型

水文型地下水動態特征：年內地下水水位變化隨江河等地表水水位變化而變化，但幅度小于江河等地表水位變化幅度。地下水水位隨地表水水位升高（或降低）、流量增大（或減小）、過流時間延長而上升（或下降），地下水位峰值和起伏程度隨遠離地表水體而逐漸減弱[5]。

水文型又可分為常年補給型和季節補給型。水文型地下水主要分布在河、渠、水庫等地表水體的沿岸或河谷中，地表水與地下水有直接的水力聯系。地表水水位高于地下水水位，年地下水水位變化隨地表水水位的變化而變化，但幅度小于地表水位變化幅度。選取閘子站地下水位站為代表點，該監測井位于南膠萊河閘子水文站觀測場內，位于南膠萊河壩外。

膠州市水文型地下水具有鮮明的季節補給型特征，主要分布于膠州北部地區，膠河、墨水河、南膠萊河、小套河、王珠河、雙回河等沖擊平原及其周邊地帶。此區域中丘陵區面積約占總面積的35%，平原澇洼區占65%。流域內地層大部分為新生代及中生代，南部山丘地區多為第三紀、第四紀巖層以及砂巖、礫石等，風化較嚴重，上敷以紅色及黃色土壤為主，沿膠萊河地勢平坦、低洼處表層1 m左右為沙壤土及黑色黏土，齊下為黃色黏土，并有干溝石，再下為沖積砂礫巖。這種地質結構造成該地區淺層地下水和河水的互補性強。該動態類型的地下水與河水的互補關系密切，河水的入滲補給與徑流排泄作用，是地下水位動態變化的主要影響因素。河水位的漲落直接與地下水位上升下降相關聯，地下水位與河水位動態變化具有相關特性（見圖2）。

圖2 閘子站降雨與地下/河道水位關系圖

該類型的地下水位變化特征表現為：1~5月由于降水量較少，河道、地下水位低平，甚至河道斷流，此階段河道水與地下水互補。6~9月隨著降水量暴增，河道水位逐漸上升，地下水位處于緩慢上升，此階段河道水補給地下水；但當9~12月降雨突然減少，地下水水位開始緩慢下降，并補給河水，徑流積累出洪峰。隨后河水下降，逐漸補給地下水，地下水位逐漸上升到12月末。該類型動態變化曲線圖顯示，地下水位與附近河流水位的互補性強，地下水位動態變化曲線與河水位動態變化曲線互相影響的趨勢非常明顯，其動態變化曲線呈單峰型，具有峰寬谷闊并交叉關聯的特點。

2.3 徑流型

雨季接受降水入滲補給后，各處地下水位上升幅度不等。接近排泄區的低處，水位上升幅度小，而遠離排泄區的高處，水位上升幅度大。水力坡度增大，徑流排泄加強，徑流排泄不斷進行，使各處水位變幅減小，水位漸趨穩定[6]。

徑流型地下水主要分布在城市建成區及附近郊區，地形高差不大，下墊面抗水性好，產匯流時間段，排水主要由道路、排水渠道和其他設施構成。排水方向以城區河道及滯洪區等，地下水徑流條件較好，加上城區微熱島效應的影響，補給面積遼闊。地下水蒸發排泄微弱，以徑流排泄為主，地下水水位變化平緩，年變幅很小。

膠州的徑流型地下水動態的特征是：地下水水位動態的主要影響因素是大氣降水，由于城區硬化及蒸發強烈等原因，其徑流條件良好，豐水期降水量大，河道徑流增大，地下水位緩慢升高，并滯后于前兩者；而在枯水期降雨量小，河道徑流隨之緩慢減小，地下水位緩慢降低，并滯后于前兩者。地下水年際水位變幅不大，水量的季節變化稍顯。如市區揚州東路監測點，每年1~5月份河道流量較小，6月以后由于大氣降水的補給使地下徑流增大，地下水量隨之增大，到8月份到達極值，8月份隨著大氣降水及其地下徑流量的減少，地下水位緩慢下降，直至翌年的1~5月份（見圖3）。

圖3 膠州新城區降雨與地下/河道水位變化關系圖

3 結語

根據氣象、水文、地質、下墊面、熱島效應以及人類生產生活等活動的影響，結合膠州市地下水位和上述影響因素相互作用特征，分析其地下水位的動態變化規律和發展趨勢，將膠州市地下水動態成因類型劃分為氣候型、水文型和徑流型。

影響地下水位動態變化的因素非常復雜。本文雖分析了膠州市的地下水動態變化類型，但選用的地下水監測井監測資料系列短（僅一年）且未經考證；單一年份的氣象、水文因素具有隨機性和不確定性；而且河道徑流等因素受密集的水利工程影響，不同程度上干擾了河水與地下水的水力聯系；加上人為因素變化等，都使地下水位的動態變化具有隨機性、周期性、規律性、趨勢性等特征。