鄭州市中原區水源保護區地下水動態變化特征淺析

史 恒，翟 勇，張利濱

（1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450008；2.河南省特殊巖土環境控制工程技術研究中心，河南 鄭州 450008；3.河南省出山店水庫運行中心，河南 信陽 464000）

南水北調中線工程穿越城市，沿線人口密集，經濟社會發展迅速，河南省2018 年制定了水源保護區劃，科學地劃定工程兩側水源保護區，可以在一定程度上避免工農業污染物通過地下水等途徑進入渠道，影響水質。在保護區劃定的前提下，將其納入當地經濟社會發展規劃、水污染防治規劃、土地利用規劃，指導當地經濟發展，對保護總干渠水質是十分必要的。對區內地下水進行監測以及動態變化特征的分析研究，為促進城區和水源保護區的高質量發展，提供了可靠的水文地質研究資料。

1 概況

南水北調中線一期工程總干渠鄭州市中原區段東起航西辦事處密垌村，西北至東趙公路橋，轄區內全長14.265km。場區位于鄭州市城區西南部，是鄭州市的政治和文化中心。根據《水源保護區劃》，中原區段一級水源保護區寬度50m，二級水源保護區寬度500m。

2 水文地質概況

2.1 氣象與水文

鄭州市屬于溫帶大陸性季風氣候，冷暖氣團交替頻繁，四季分明，降水年內分配不均，冬、春雨少，降雨多集中于夏秋兩季，汛期6—9 月份降水占全年降水量的64.78%以上，多以暴雨形式出現，據河南省氣象局1983—2019 年資料，鄭州市多年平均降水量637.8mm。降水年際變幅大，最大年降水量為1070.6mm（2003 年），最小年降水量為372.0mm（1986年），年最大與最小降水量之比達2.88 倍，降水年際和年內分配不均，易出現旱澇不均現象。沿線同期空氣濕度變差不大，冬季濕度最小，夏季濕度最大，多年平均相對濕度67%。沿線水面蒸發量南部小于北部，鄭州市多年平均水面蒸發量為1221mm。

中原區段所屬流域屬淮河流域的沙潁河水系，段內河溝、排水溝較多，河流水位、流量受降水控制，變化極大，大部分屬于季節性河流，汛期水量豐沛，枯水期水量很小或斷流干涸，河流的洪水特性與暴雨密切相關。

2.2 水文地質

場區廣泛分布新生代第四紀松散堆積物，松散層中分布有較多的各類砂層，這些砂層構成本區主要含水層，賦存有較豐富的地下水資源，地下水類型以松散巖類孔隙水為主，巖性以砂、卵礫石、砂壤土及壤土為主，孔隙發育，具中等～強透水性，為地下水富存創造了良好的條件，主要受大氣降水、地表水入滲側向徑流補給，通過地下水徑流、排泄地面蒸發人工開采越流等排泄[1]。

區內主要的研究對象為淺層地下水，淺層地下水動態變化類型為水文-開采-氣象型，見圖1。淺層地下水位動態主要受開采、氣象、水文因素影響，淺層地下水水位動態變化與開采量和降水量密切相關。

圖1 淺層地下水動態類型圖

大氣降水是區內淺層地下水主要補給來源之一，大氣降水一部分通過土體孔隙下滲，補給地下水，另一部分通過地表徑流排泄。降水入滲后，儲水量增加，相應地下水位抬升。反之，降雨入滲量減小，地下水位下降。由于降雨入滲經歷滲潤、滲漏、滲透三個階段，前兩個階段是土體飽和的必要過程，當土體飽和后，水分在重力作用下做穩定運動，補給地下水。往往水位上升存在一定滯后，如年內降水主要集中在6—9 月份，但年內高水位出現在12月—次年1 月。

3 地下水動態變化特征

3.1 水位監測

為滿足本次地下水分析研究，在區內設置了38個地下水位監測井，進行了一個水文年的監測，進行年內變化分析；同時利用區內長序列監測井8 個，其中2 個為1983—2019 年的歷史觀測數據，6 個為總干渠通水以來2014—2019 年的地下水位觀測數據；其代表性水位變化曲線見圖2、圖3、圖4。

圖2 2#長觀井1983—2010 年水位變化曲線圖

圖3 16#長觀井1983—2019 年水位變化曲線圖

圖4 21#長觀井2014—2019 年水位變化曲線圖

通過綜合以上三種歷史數據的分析、對比與擬合可知[2]：場區地下水位經歷了：高水位期～急劇下降期～緩慢恢復期三個時段。水位變化的時間：1983—1998 年為高水位期；1998—2014 年為急劇下降期；2015—2020 年為緩慢恢復（上升）期。

綜合分析2015 年以來，場區地下水位處于緩慢恢復期，水位恢復速度緩慢，整體呈上升狀態，水位恢復累計幅度一般0.3～5.31m，個別井水位變化大于9m。

3.2 地下水位動態變化的相關性分析

利用場區附近2#長觀井1983—2020 年水位觀測資料、21#長觀井2014—2019 年的地下水位觀測資料和氣象局大氣降水量和開采量資料進行相關分析，分析沿線地下水位與大氣降水量、開采量的關系[3]，成果見圖5。

圖5 地下水位與影響因素的相關性曲線圖

由圖5 可知，場區大氣降水量歷年來略有變化，降水多集中于7、8、9 三個月，占全年的55.4%；12 月、次年1 月、2 月三個月降水量最少，占全年的5%；地下水位多于雨季降水過后開始上漲，較降水時期有一定的滯后。

場區內地下水受開采影響明顯。淺層地下水2005—2018 年開采量、水位埋深、閉合面積對比如圖6 所示。從中可以看出2005—2013 年淺層地下水年開采量呈逐年增大，地下水位持續降低，降落漏斗面積逐年擴大。2014—2017 年開采量逐漸減少，2015 年地下水位逐步回升，漏斗面積開始減小。2018 年淺層地下水開采量略有增加，漏斗面積略有增大。2015年，由于地下水禁采、限采政策的實施，開采量明顯減少，地下水位逐漸回升，與3.1 章節地下水位于2015 年以后處于緩慢恢復上升趨勢在時間上相吻合。

圖6 淺層水歷年開采量、水位埋深、閉合面積對比圖

綜合分析在地質條件一定的情況下，大氣降水量、蒸發量、開采量為地下水動態變化的主要影響因素。

3.3 水位動態變化預測

遵循水文地質條件相似、地下水類型相同、地下水動態變化基本一致的原則，利用相關性分析成果[4]，將總干渠中原區段沿線共分為3 個水文地質段，根據長序列、同時期水文年等水位情況，推測各區段地下水高水位、低水位情況[5]，預測的最高水位、最低水位、工程地質分段等見表1。

表1 水文地質分段表

4 結論與建議

（1）地下水動態變化影響因素，主要包括水文地質條件、降雨量、蒸發量、開采量。

（2）地下水位呈動態變化，場區內地下水位年內變幅0.5～3m，年際變幅在-1～3m 左右，2015 年以來整體地下水位呈上升趨勢。

（3）根據地下水位動態變化情況，可進行未來一段時期內場區地下水位情況預測，為進一步開展水文地質工作提供依據■