浅析皖北平原浅层地下水动态变化

胡军

浅析皖北平原浅层地下水动态变化

胡军1，2

一、引言

皖北平原包括阜阳市、亳州市、淮北市、宿州市、蚌埠市及淮南市，总面积约3.74万km2，占全省面积的28%，其中平原区面积约占总面积的95%，山丘区面积约占总面积的5%。多年平均降水量为860mm，降水年际变化大，年内分配不均，多年平均汛期（6～9月）降水量占年降水总量的62.0%，多年平均蒸发量为1038mm，多年平均干旱指数为1.21。

二、皖北平原地下水开采量的年代变化

30多年来，皖北地区地下水开采量增长迅速。以1978年代表20世纪70年代开采水平，全区地下水开采总量9.0亿m3；以1990年代表80年代的开采水平，全区地下水开采总量9.6亿m3；以1999年代表90年代的开采水平，全区地下水开采总量为17.56亿m3；以2001～2010年10年平均代表21世纪初10年的开采水平，全区地下水开采总量为20.54亿m3，较20世纪70年代开采总量增长了1倍还多。皖北地区地下水开发利用量年代变化见表1。

三、皖北平原浅层地下水动态与变化规律研究

1.潜水水位动态

（1）潜水水位动态与降雨量的关系

皖北平原浅层地下水主要为间歇式的农业灌溉开采和分散式农村居民生活开采，潜水水位的变化主要受降水和人工开采影响，水位动态多呈入渗—开采型，年内高水位期多出现于7～9月份，此时期降水量增加，农灌开采量减少，水位埋深0～4.2m。低水位期多出现于4～6月份，此时期降水量减少，农灌开采量增加，水位埋深0.2～6.4m。全年平均水位埋深0.1～5.4m，年变幅0.4～4.0m。潜水水位与降水量有很好的相关性和同步性，在丰水期地下水可保持较高水位，而遇到特枯水期或连枯水期则维持较低水平。

表1 皖北地区各年代地下水开采量统计表（亿m3）

潜水水位与地形总趋势和微地貌的变化基本一致，总体上看，西北高、东南低，地下水由西北流向东南。选择72个典型代表站地下水水位，分析1975～2010年以来皖北平原地下水位变化趋势，皖北平原第一含水层（组）潜水平均埋深在（1975～2010年）35年内整体略呈下降趋势，即地下水位在波动中下降，下降趋势为0.093m/10a。依据5年滑动平均曲线得出地下水位在20世纪90年代最低，但进入2000年以后，地下水位有回升的趋势，并且上升速度较快。多年中地下水位逐年呈高、低交替变化，水位最高点为1980年的1.71m，最低点为1995年的3.18m，最高、最低两者相差近1.47m。

图1 夏集站月水位M-K检测结果图

图2 十八里站月水位M-K检测结果图

图3 固镇站月水位M-K检测结果图

图4 灵璧站月水位M-K检测结果图

（2）浅层地下水水位趋势性和突变分析

本次选用皖北平原具有代表性的阜阳夏集站、亳州十八里站、蚌埠固镇站、宿州灵璧站实测水位资料进行M-K趋势检测和突变分析研究。

用阜阳夏集站2000～2011年逐月水位资料进行M-K检测显示（见图1），序列有下降的趋势，但在95%置信水平下下降不明显。由图可知：夏集站水位经历了下降—上升—下降—上升—下降过程；2004年以后水位没有突变点且一直处于下降周期，水位开始了长达7年的下降趋势并且还在延续。被检测的序列有5个交点，其中处于95%置信区间的交点有4个，分别为2000年2月、2001年10月、2002年5月和2003年11月，即被检测的序列有4个突变点。值得一提的是：被检测序列的突变点都在2004年以前，即夏季水位在2004年以前处于震荡中，在那之后水位一直下降且没有突变。

用亳州十八里站2000～2011年逐月水位资料进行M-K检测显示（见图2），序列有下降的趋势，但在95%置信水平下下降不明显。由图可知：十八里站水位经历了下降—上升—下降—上升—下降过程，2000～2011年没有突变点。而2011年以后被检测的序列有1个交点，且处于95%置信区间，即2011年5月此序列的突变点。值得一提的是此突变点为上升转向下降趋势的突变点。

用固镇站2000～2011年逐月水位资料进行M-K检测显示（见图3），被检测序列具有上升趋势，但在95%的置信水平下上升不明显。由图可知：固镇站水位经历了下降—上升—下降—上升过程。2003年以后一直处于上升周期，水位开始了长达8年的上升趋势并且还在延续。被检测的序列有5个交点，其中处于95%置信区间的交点有4个，分别为2003年3月、2004年2月、2004年4月和2011年 6月，即被检测的序列有4个突变点。值得一提的是2003年3月是下降转向上升趋势的突变点。

用灵璧站2000～2011年逐月水位资料进行M-K检测显示（见图4），被测序列具有上升趋势，但在95%的置信水平下上升不明显。由图可知：灵璧站水位经历了下降—上升—下降—上升—下降—上升—下降—上升过程；2000年以后灵璧站水文一直处于上升下降交替出现时期。被检测的序列有7个交点，其中处于95%置信区间的交点有6个，分别为2008年8月、2001年2月、2009年4月、2010年7月、2011年1月和2011年7月，即被检测的序列有6个突变点。

2.孔隙水水位动态

孔隙水属于中间过渡系统，处于半封闭状态，含水层埋深大致在50～150m，过渡特征较明显，通过上覆浅层水与大气降水有联系，但较微弱，且随着埋藏深度增加逐渐减弱。根据实测资料分析，埋深在50～100m间的地下水水位变化受降水量的影响显著，而埋深大于150m的地下水水位对降水量的变化基本上没有反映。埋深在100～150m的地下水与降水的关系则可分为两种情况：平原西部处于这一层位的地下水水位基本不受降水影响或影响很不显著，与浅层地下水联系微弱；东部和南部这一层位的地下水水位则明显地受降水量的影响，与浅层地下水的关系密切。

孔隙水与潜水水位动态变化基本相似。在未开采区及零星开采区，水位的高低与降雨量的多少成正比，时间上具明显的滞后性，滞后时间短则9～16d（埋深50～100m），长则10～25d（埋深100～150m）。高水位出现在7～10月，低水位出现在4～6月；在城市及矿区开采集中地区，水位的高低主要受控于开采量，每年7～9月地下水开采高峰期，水位下降至低谷，在冬季开采淡季，水位处于年度最高值。

自20世纪70年代开始，随着皖北地区社会经济的发展和城镇化进程的推进，城市生活和工业生产开始大量取用深层承压水，开采量逐年增加，开采层位也不断加深。根据2010年地下水监测资料，阜阳、利辛、太和、界首、临泉等地区孔隙水水位埋深大于5m的区域性地下水降落漏斗面积约为7870km2，漏斗中心最大水位埋深约为52.7m。

3.岩溶水水位动态

皖北平原东北部碳酸盐岩裸露区及隐伏区中的岩溶水强径流带（靠近山前的碳酸盐岩浅埋区，上覆松散层中没有粘性土的阻隔，并处构造有利部位），岩溶水的水位变化几乎与降水同步。隐伏区中的非岩溶水强径流带（虽上覆松散层中没有粘性土的阻隔，但远离山前，埋藏较深），岩溶水的水位变化仍然明显受降水影响，但稍有滞后，滞后时间一般为5～10d；碳酸盐岩隐伏区中岩溶地层之上覆盖了较厚的粘性土，以及碳酸盐岩的埋藏区，与上覆含水层的水力联系相对较弱，岩溶水的水位变化对降水量的影响有所反映，但明显滞后，滞后时间一般为10～30d。

淮北市和濉溪县城区工业和生活主要以岩溶地下水为供水水源，长期集中超采逐渐形成了地下水位降落漏斗。20世纪90年代初，淮北市水源地形成了以淮北发电厂、市区、三堤口为中心的各自独立又相互连通的降落漏斗，90年代中期发展为以大唐淮北发电厂为中心的统一的大降落漏斗，范围扩展至整个岩溶水源地。2003年以后，受连续丰水年地下水补给量增大、大唐淮北发电厂用水量减少和淮纺闸蓄水等因素综合影响，部分地区水位呈上升趋势，漏斗中心位置逐渐向南偏移。2010年，漏斗中心位于三堤口，财校井年平均水位14.48m，三堤口井年平均水位14.37m，三堤口水位较财校低0.11m。

四、结语

淮北平原是处于我国南北气候过渡地带，是国家粮食主产区之一。长期以来，涝渍灾害是区域农业生产的首要威胁。随着气候变化背景下淮河流域旱涝交替事件的频繁发生和区域竞争性用水态势的加剧，干旱缺水又成为淮北平原农业生产的又一重大威胁。地下水动态的研究分析结果可以作为当地进行地下水资源开发利用的依据，达到水资源的高效利用、蓄控减排、农业优化灌水和节水增产、地下水安全开采与有效保护的多项目标■

（作者单位：1.水利水资源安徽省重点实验室2.安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院）