黑河中游甘州区地下水动态分析

2015-12-15赵清

地下水 2015年4期

赵清

(甘肃省水文水资源局，甘肃兰州730000)

甘州区地处甘肃省河西走廊中部，是张掖市政府所在地，西接临泽县，东临山丹县，南与民乐、肃南县毗邻，北依龙首山。东西长65 km，南北宽98 km，总面积4 240 km2。大体由东南向西北敞开为倾斜平原，地势平坦，交通发达。雨量稀少，蒸发量大，气候干燥，多年平均降水量129 mm，多年平均蒸发量2 048 mm，属温带大陆性干旱气候。日照时间长，光热资源充足，年温差和日温差均较大，多年平均气温7.3℃，最高气温38.6℃，最低气温-28.7℃，年平均无霜期148 d。

过境及境内河流多年平均地表水资源量24.75亿 m3，不重复地下水资源量1.75亿 m3，水资源总量26.5亿 m3。最大河流黑河穿境而过，区域内地表水、地下水转换频繁[1]。

1 地下水井网分布

甘州区地下水井位分布以张掖城区为中心，东至张掖农场，西至小河乡临泽交界，南至石岗墩高新开发区，北至山丹桥三闸镇境内，现有监测井30眼，监测项目有水位、水温和水质，部分井早在1980年就开始监测。

东线:下秦、哈寨子、蓼家堡、太平堡、杨家庄、张掖农场;

南线:盈科干渠、新沟、石岗墩、大满、王其闸、南关、甘泉;

西线:小河、沙井子、燎烟、下崖子、谢家湾、西关、苗圃、花儿、南华;

北线:山丹桥、童家当铺、流泉、下安、火车站、三闸、瓦窑、杨家寨[2];

其中靠近黑河沿岸的井有山丹桥、谢家湾、下崖子、童家当铺、苗圃、流泉、南华、西关。城区附近的井有下安、南关、西关、甘泉、火车站。

2 地下水动态特征

甘州区南部祁连山区是水资源的形成区，大气降水较为充沛，在山区深切水文网的强烈排泄作用下，绝大部分就近排泄于河谷以地表径流流出山区，在地质构造作用下，地下水的补、径、排在山区已基本完成，构成了一个独特的补径排系统，部分山区地下水直接以潜流形式补给盆地地下水[3]。受补、径、排条件的制约，黑河张掖盆地地下水动态呈明显的分带性，南部洪积扇群带，河流出山通过天然河床及大型渠系大量渗漏补给地下水，是地下水的主要补给区和径流的形成带，雨洪的入渗补给是地下水动态变化的主要原因，同时，还有地下的侧向补给;北部细土平原，除河水渗漏补给地下水外，地下水又以泉水的形式补给地表水，灌溉下渗、泉水溢出、机井开采和蒸发蒸腾则成为地下水动态变化的直接原因[4]。

2.1 地下水季节性动态特征

从成因分析，地下水位季节性动态特征可归纳为水文径流型、灌溉开采型和蒸发排泄型[5]。

2.1.1 水文径流型

主要分布于广大洪积扇群带。地下水位的变化过程不同程度的反映了河水流量和雨洪的时空分布规律。表现形式是水位变化与河水流量和雨洪时空分布规律同步，具体是地下水滞后时间较长，但规律相似，高水位期出现在8～11月，枯水位期出现在4～6月，年水位变幅大而不均，年变幅一般在0.50～2.90 m。高水位期滞后于河水洪峰沟谷雨洪期2～4个月或更长。

水质季节变化不明显，长期中则不断趋于淡化。水化学季度动态相对稳定，矿化度及主要离子含量以三季度地下水高水位期较高，一、四季度低水位期较低，矿化度变幅0.02～0.04 g/L。

2.1.2 灌溉开采型

主要分布于绿洲区内以河水灌溉为主的地带。灌溉水的大量入渗和地下水的开采，改变了这个地带地下水位的天然动态过程，呈现与灌溉期、开采期相应的地下水动态过程。低谷出现在2-3月份，4月开始急剧回升至5月出现峰值，10月左右再次出现高峰。在地表水灌溉为主的地区呈现与灌溉期相应的高水位期和非灌溉期相应的低水位期，年变幅0.90～1.84 m;在井灌为主的地区，呈现与开采期相应的低水位期和非开采期相应的高水位期，年变幅在1.16～2.50 m，动态特点是年水位变幅小，各处变幅接近。

灌溉开采型地水水化学季度动态变化较大，矿化度及主要离子含量以三季度最低，一、四季度最高，矿化度年变幅0.04～0.05 g/L。

2.1.3 蒸发排泄型

分布于盆地地下水位埋深小于3～5 m的区域。由于该地带水平地下径流滞缓，故强烈的蒸发是影响地下水位动态过程的主要因素。分布于北线及东线部分区域，气温、湿度及其它条件影响着潜水的排泄、蒸发，水位变化与气温和蒸发量密切相关。一般6～9月随着气温的升高和蒸发量增大而水位下降，10月至翌年3月随着气温的降低和蒸发量减小而水位上升，年水位变幅在2～3 m，各处变幅接近。

水质季节变化明显，地下水矿化度及主要离子含量以第二季度较高，第三季度最低，矿化度年变幅为0.13～0.88 g/L。长期中地下水不断向盐化方向发展，并使土地盐渍化，靖安北山、平山湖等低山丘陵及梯状高平原区，降水稀少，地层含盐量高，地形平缓，蒸发浓缩作用强烈，因而矿化度大于2.0 g/L，最高达 6.9 g/L。

2.2 地下水多年动态特征

为了更直观地反映区域地下水位变化规律，以年均下降值为标准，将地下水位多年动态变化过程划分为快速下降、缓慢下降、基本稳定和缓慢上升4种类型。地下水多年动态类型划分标准见表1。

表1 地下水多年动态类型划分标准

2.2.1 快速下降型

分布于祁连山北麓的安阳乡、花寨乡和石岗墩一带，多年水位呈快速下降趋势，下降速度大于0.5 m/a，主要井点有石岗墩、新沟等，如石岗墩监测井1981年年平均水位1 543.43 m，2013年下降到了1 518.67 m，年均下降0.77 m。1981年至2001年平均下降0.91 m，2001年至2014年年均下降1.31 m(见图1)。

2.2.2 缓慢下降型

分布于细土平原中部的碱滩乡、梁家墩镇一带，水位呈现缓慢下降的趋势，下降速度0.1～0.5 m/a。如:盈科、王琪闸等。盈科1981年平均水位为1 481.29 m，2013年下降到了1 475.64 m，年均下降0.18 m。1981年至2004年平均下降0.32 m。见图1。

2.2.3 基本稳定型

分布于细土平原北部的黑河、山丹河沿岸地带，多年水位动态基本稳定，上升或下降幅度不大，水位变幅在±0.1 m/a之间。如谢家湾、流泉、童家当铺等。以童家当铺为例，1981年至2013年总体下降，年均下降0.01 m。其中1981至2001年呈下降趋势，年均下降0.04 m，2001年水位最低，2001年至2013年呈上升趋势，年均上升0.04 m(见图1)。

2.2.4 缓慢上升型

分布于城区北部细土平原及靠近黑河、山丹河地带，水位变化基本稳定，水位变幅在0.1 m/a以上，近年来呈现出缓慢上升的趋势。如下安、下崖子等。以下安为例，1981至2013年总体上升，年均上升0.04 m。其中1981至2001年期间以1993年为界先升后降，2001年降到最低水位后持续回升，2001至2013年年均上升0.18 m(见图1)。

图1 童家当铺、石岗墩、盈科、下安监测井1981-2013年地下水平均水位过程线图

2.3 地下水化学多年动态特征

根据多年监测资料分析，地下水矿化度及各种离子含量无论是天然状态下的戈壁砾石平原，还是受人为因素影响较多的细土平原，河水的大量入渗或迅速排泄作用的影响，使地下水多年水化学动态过程尽管有所波动，但总的趋势呈基本稳定状态[3][4]。但地下水矿化度因受工业废水、生活污水入渗、农业退水及大气干湿沉降等的影响，局部区域水质污染有一定的上升趋势，[6]。这主要是由于走廊平原，地下水中氯含量受补、径、排条件控制，自南而北氯含量渐增加，其中氯含量大于2.0 g/L的地下水分布于红沙窝，在垂向上氯含量随含水层埋藏深度的变化十分明显，在勘探深度300 m内，自下而上氯含量逐渐增高。

3 地下水水位变化分析

3.1 多年平均水位变化情况

以张掖城区为中心选择有代表性的井点资料，从定性和定量方面分析年平均水位变化情况。

3.1.1 东线区域

从1985年监测至今一直呈下降趋势，以张掖农场为例，多年平均水位1 485.44 m，1985年年平均水位为1 491.94 m，2013年年平均水位为1 475.68 m。从1985年至2013年水位下降了16.26 m。

3.1.2 西线区域

水位有升有降，变化不大，但局部区域近年来下降幅度减小，或缓慢上升。以谢家湾为例，多年平均水位1 440.25 m，1983年年平均水位1 440.44 m，2001年下降至最低1 439.88 m，随后呈上升趋势，2013年平均水位与1983年持平。

3.1.3 南线区域

地下水位总体呈下降趋势，年变幅较大。以新沟井为例，多年平均水位为1 510.76 m，1981年年平均水位为1 517.13 m，2013年年平均水位为1 499.19 m，每年平均下降0.56 m。但大部分监测井2001年后止降回升，部分保持基本稳定。

3.1.4 北线区域

各监测井自上世纪80年代至2001年，水位是一缓慢下降的过程，年变幅不大，2001年后呈缓慢上升的趋势。以山丹桥为例，多年平均为1 426.27 m。1981年平均水位为1 426.40 m，2013年水位为1 426.83 m。2001年后逐年上升至2005年的1 427.01 m，是多年来最高水位，已超过八九十年代水平。

综上所述，黑河中游甘州区地下水水位总体呈下降趋势。但有的区域上世纪80年代至2001年呈下降趋势，2001年降至最低点，随后逐年上升。特别是2005年至2009年，城区及外围地下水位大面积上升，局部区域2005年10月较2004年同期水位上升4.0 m左右，造成城区地下室、地下仓库及停车场渗水，部分平房出现裂缝或倒塌[2];乌江-三闸一带部分耕地被淹，农作物不能适时种植和收割。

3.2 水位变化原因分析

上世纪八十年代以后，当地农业灌溉面积增大，大量开采地下水灌溉。同时，城市人口不断增加，供用水量增大，导致地下水水位逐年下降，特别是八九十年代下降幅度较大。2001年以后，部分区域地下水水位回升，造成了严重的地质灾害。

根据相关资料分析，水位上升的原因主要是黑河流域多年来连续出现丰水，降水和地表水对地下水的补给量增加造成。黑河干流2002年至2013年期间，除2004年外，其他年份莺落峡站来水量比多年均值多一成到1.1倍，尤其是黑河实施向下游调水以来，每年将来水量的近60%调入下游用于维护生态，河道过水时间增加，其中“全线闭口，集中下泄”时间从2000年的33 d增加到了2013年的107 d，每年7～10月份是黑河调水最集中的时段，也是地表水向周边地下水侧向补给最主要的时段。同时，随着流域近期治理工作的开展，农业种植结构调整，节水型社会全面推进，一定时间和区域上减少了对地下水的开采。

对于地下水水位上升引发的灾害，主要原因是在城市建设中，对一些地下水排泄通道填埋、封堵，使地下水排泄不畅所致。2010年当地政府和有关部门采取措施，疏通原有地下水排泄通道，在部分街道开挖地下排水渠道，效果明显。近几年，虽然张掖城区及周边局部区域地下水位还在上升，但是没有造成相关地质灾害。