子牙河冲洪积扇系统地下水动态特征研究

许伟，张发旺，张威

（1.石家庄经济学院，石家庄 050031；2.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林 541004；3.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，石家庄 050061）

子牙河冲洪积扇系统地下水动态特征研究

许伟1，张发旺2，张威3

（1.石家庄经济学院，石家庄 050031；2.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林 541004；3.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，石家庄 050061）

研究区地处子牙河地下水系统上游，为典型冲洪积扇地貌，其地下水动态变化会对下游系统产生明显的影响。根据系统特征划分地下水动态类型为山前开采型和侧向补给—径流—开采型，研究地下水动态的变化特征和影响因素。结果表明研究区地下水补给、径流、排泄条件随地下水开采量、降雨量等因素发生变化，并可根据其变化规律推测下游地区地下水动态特征。

冲洪积扇；地下水水位；特征分析；动态类型；影响因素

地下水动态是一个复杂的自然过程在某一特定的环境下，在多种因素作用下的外观表现［1］。我国对于地下水水位的监测始于20世纪50年代，主要以区域范围进行监测及评价，而专门对某一地貌特征对于地下水位的影响进行研究的较少。

子牙河冲洪积扇地区具有特殊的含水层结构，又地处华北平原较高的地势，具有很高的研究价值，因此，研究其地下水动态变化，查明补给来源、径流量、排泄途径，对研究区及下游地区的地下水资源利用和保护具有重要作用。

1 研究区概况

子牙河冲洪积扇系统位于河北省西南部，东南方向与滹沱河古河道带系统及漳卫河系统相邻，西以太行山为界，北与大清河系统接壤，区域地势西高东低，面积9241km2，为海河地下水系统的子系统，由滹沱河冲洪积扇子系统和滏阳河冲洪积扇子系统组成。行政区划包括石家庄、邢台、邯郸部分地区。本区地处中纬度欧亚大陆东缘，属于暖温带大陆性季风气候。季节性变化显著，地面的高低气压活动比较频繁，四季分明，寒暑悬殊，干湿期明显，雨量主要集中在夏季和秋季，且时空分布不均。子牙河冲洪积扇系统地貌见图1，研究区主要由山区冲洪积扇及冲洪积扇平原组成，靠近山区，地势由西向东逐渐降低。

图1 子牙河冲洪积扇研究区观测井分布

2 系统水文地质特征

系统由滹沱河冲洪积扇子系统和滏阳河冲洪积扇子系统组成，滹沱河冲洪积扇子系统面积4327km2，含水层层次分明，岩性主要为粗砂、砾石、卵石，导水系数在西部明显大于东部，西部1000～5000m2/d，东部100～300m2/d。

滏阳河冲洪积扇子系统面积4914km2，含水层结构单一，岩性由西向东由以粗砂、细砂为主变为以中砂、粗砂为主，导水系数在冲洪积扇轴部1000～5000m2/d，扇间带100m2/d［2］。

根据沉积物岩性和含水层的水力特征，依据水文地质条件将本区地下水划分为3个含水层组［3］。

第1含水层组层底最深处50m，此层的地下水开发利用意义并不大，但是对环境的保护和研究起到重要作用。在冲洪积扇地区到冲洪积扇间及前缘地带，含水层粒度由大变小，透水性由强变差，入渗补给和储存条件也逐渐变差。

第2含水层组层底最深处200m，地下水径流量大，上部属于微承压，半承压地下水，是主要的农业用水开采层。下部较为深层的承压地下水，是目前生活和工业用水的主要来源，水循环缓慢，开发利用受到严格的控制。

第3含水层组层底最深处300m，是目前深层承压地下水主要开采层。

3 地下水动态类型

我国的地下水检测始于20世纪50年代，近些年随着地下水监测网的不断完善和计算机相关软件的应用，对基础数据的分析途径逐渐增多，尤其是数据库的应用，更使检测数据变得直观，分析方法也更灵活。本次研究使用GIS技术，把对地下水动态有明显影响的因素进行叠加，结合监测数据将研究区进行分区，分区时充分考虑了地下水动态的影响因素和各个观测点水位的宏观动态变化特征，最后将研究区地下水动态划为山前开采型和侧向补给—径流—开采型［4］。

3.1 山前开采型

山前地区地下水开采集中，开采程度较高，尤其是位于大城市及主要城镇的附近，这些地区工业农业用水相对集中，如石家庄地区地下水开采程度高。年内该区的地下水变化特点。如图2所示，地下水位年内整体变化不剧烈，1～4月降水量较少，地下水位变化不明显；5～8月降水较丰富，地下水位受降水的影响不明显或影响相对滞后；9～12月降雨量再次减少时，地下水位同样没有出现剧烈的变化，但整体来看地下水位的波动性明显。

图2 山前开采型地区2009年地下水位变化过程线

3.2 侧向补给—径流—开采型

此区域位于冲洪积扇地带，年内地下水变化特点如图3可知，最低水位出现在每年4月或5月，此时降雨量没有明显增加，但农业灌溉用水增加，致使地下水位下降明显；6～8月降水量增大，由于含水层接受补给能力较强，该区地下水水位受山区含水层侧向补给的水量较大，地下水位回升较明显；9～12月降水量减小，农业灌溉用水有所增加，使地下水位又有所回落。同时此区域内径流条件好，入渗能力强，地下水水位波动性明显，对下游地区的补给量也受到地下水位的变化呈现波动性。

图3 侧向补给—径流—开采型地区2009年地下水位变化过程线

4 地下水动态与水文地质条件的关系

4.1 地下水的水位变化

地下水总流向由山前平原向中部平原，流线以冲洪积扇顶部为端点，呈辐射状。

因受气象、水文等因素的影响，地下水水位在山前开采型地区变化不明显。在侧向补给—径流—开采型地区，地下水水位年内的变化分3个阶段：①春季气候干燥，降水量少，3～4月份降水偏少，农业用水增加，使地下水位下降，5月份前后水位降到最低值；②夏季降水丰富，5～9月降水占全年降水量的63%～75%，地下水补给量增加，地下水水位回升；③10月至次年2月为水位调整期，因秋季晴朗少雨，农业用水增加，水位波状下降，冬季气候寒冷，干燥降水量少，农业用水量减小，水位缓慢上升。综合多年数据分析，地下水水位年际出现波动，变化特点见图4。近几年地下水位整体为下降趋势，局部区域形成了地下水位（头）降落漏斗，遇丰水年，降水入渗补给和河川径流补给增加，地下水受到补给量增加的影响，水位将会上升。近些年随着人们对地下水保护力度的加大及倡导节约用水的推广，地下水水位下降速度减慢。

图4 子牙河冲洪积扇水文要素变化走势曲线

4.2 地下水补径排的特征变化

随着人类活动的影响，地下水补径排条件也发生了变化。本区地下水的补给来源，主要为大气降水入渗补给、山区侧向径流补给、河道渗漏补给。太行山区河流出山口含水层透水性强，含水层呈扇状结构分布，主要由砾石、卵石及中粗砂为主，是接受山区侧向径流流入补给的主要地段。在冲洪积扇顶部，以含砾砂与含卵石砂为主，具有较好的降水入渗补给条件［2］。同时山区河流出山口地下径流流入平原区，对下游含水层的补给量也比较大。

自20世纪60年代以来，随着人类对地下水开采量的增加和降水量的减少，子牙河冲洪积扇系统地下水的补给方式也发生了变化，由初期的降水入渗补给、山前侧向径流补给和河道渗漏补给之外，增加了渠道渗漏补给和灌溉回归补给［5］。研究区自20世纪50年代以来，降水量趋于减少，以石家庄为例，1956～2002年，平均降水量531.2mm，1958～1978年平均降水量557.2mm，1979～2002年506.7mm，平均较前期低9.07%，较多年平均值低4.66%［4］。

受此影响，研究区内的河川径流量明显减少，在某些年份河道还会发生断流现象。区域内子牙河、滏阳河等河道在20世纪60年代前水量丰富，能够通航；到70年代，各河道中水量减少明显，航运基本停止；到80年代，主要河道几乎干涸。近些年研究区内修建的山前水库，其水库坝基截影响也使地下水的侧向补给量减少。

地下水的排泄方式主要是径流、潜水蒸发，河道排泄，或以泉的形式排泄［6］。在地下水位埋藏较浅的地区，潜水蒸发量比较大，主要集中于春季和秋季；但随着地下水位的下降，潜水蒸发能力越来越弱，超过蒸发临界深度则停止蒸发。由于近些年地下水水位下降，地下水排泄转变为人工开采地下水为主的消耗方式。在枯水期河道两侧水位较高时，地下水通过河道排泄。

4.3 系统对下游补给的影响

下游系统主要为古河道带，河床沉积作用明显，平原地区多洼地、湖沼，含水层在垂面由砂层粉砂层过度为粗砂层或卵石层。地下水系统补给主要为大气降水入渗补给和上游径流补给，由于地势变平缓，地下水径流减慢，排泄方式减少，遇丰水年降雨量偏大，以及上游径流补量增加，容易形成洪涝灾害。因此上游系统的径流补给及排泄量对下游系统的影响作用明显。

5 结语

（1）研究区降水总量的减少、入渗条件的变化，地下水径流条件的变化，排泄方式的转变是影响地下水动态变化的主要原因。

（2）研究区的地下水位下降，改变了地下水的天然流场状态，对人民群众生产生活造成了很多不利影响。近些年区域内许多地区控制地下水开采，地下水位下降出现明显减缓的趋势，地下水位降落漏斗的发展趋势减缓，受丰水年降水补给影响，某些区域地下水位有所回升。

（3）研究系统处于华北平原较高地势的区域，其地下水径流是下游系统的补给来源之一，其地下水径流量的减少及地下水排泄方式发生的变化都会对下游系统的补径排特征产生影响。因此，保护水资源、节约用水、防止地下水位持续下降、加强地下水动态观测等工作，对系统及下游系统都具有重要的意义。

［1］陈葆仁，洪再吉，等.地下水动态及其预测［M］.北京：科学出版社，1988.

［2］张兆吉，费宇红，陈宗宇，等.华北平原地下水可持续利用调查评价［M］.北京：地质出版社，2009.

［3］张光辉，费宇红.太行山前平原区地下水调蓄靶区可利用库容及其特征研究［R］.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，2005.

［4］王仕琴，宋献方，王勤学，等.华北平原浅层地下水水位动态变化［J］.地理学报，2008，63（5）：462-472.

［5］王春泽，张石春，张建平.河北平原区近30年地下水动态及可持续利用对策［J］.河北水利，2005（5）：14-16.

［6］张宗祜，施德鸿，沈照理，等.人类活动影响下华北平原地下水环境的演化与发展［J］.地球学报，1997，18（4）：337-344.

Rearch on Groundwater Dynamic Characteristics in Alluvial-fan of Ziya River System

XU Wei1，ZHANG Fa-wang2，ZHANG Wei3
（1.Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang 050031，China；
2.Institute of Karst Geology，GAGS，Guilin 541004，China；
3.The Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，CAGS，Shijiazhuang 050061，China）

The alluvial-fan of Ziya river system locates at the upstream of Ziya river groundwater system，is the typical alluvial-fan landscape，the variation of its dynamic can generate obvious influence to the downstream system.On the basis of system characteristic，the type of groundwater is divided into two parts，piedmont mining type and lateral suppliesrunoff-mining type，and researched the change characteristic and influence factor of groundwater dynamic.The results show that the groundwater recharge，runoff and discharge conditions change with the variation of groundwater resources，rainfall factors，and then conjecture the regularities of dynamic characteristics of downstream system.

alluvial-fan；groundwater level；characteristics analysis；dynamic type；influence factor

P641

A

1672-9900（2013）01-0007-04

2012-09-06

973项目“华北平原地下水演变机制与调控”（2010CB428800）

许伟（1980－），女（汉族），北京人，硕士，主要从事地下水循环与模拟方面研究，（Tel）13932143221。

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