黄河与浅层地下水水力联系研究

景兆凯

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南 郑州 450003）

黄河与浅层地下水水力联系研究

景兆凯

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南 郑州 450003）

通过研究黄河与浅层地下水的水力联系，目的为黄河下游城市建立傍河供水水源地提供技术依据。根据黄河下游地下水动态、水文地质条件、浅层地下水年龄测定、可更新能力评价、再生能力评价等方法，证实黄河下游黄河与浅层地下水的水力联系密切。

浅层地下水；可更新能力；水力联系；黄河下游

1 浅层地下水动态研究

浅层地下水动态在天然条件下主要受水文、气象因素的制约，其补给以黄河侧渗和大气降水入渗为主。为研究黄河水与沿岸浅层地下水的水力联系，对黄河水位和浅层地下水位进行了长期同步观测。数据表明，黄河水位在7～11月水位较高，此时段浅层地下水位相应较高；12月到下年的1～3月份，黄河水位处于平水期，此时段浅层地下水位相对下降；4～6月黄河水处于低谷期，此时段地下水位下降较大（图1）。研究表明影响浅层地下水水位变化主要因素是黄河水位的波动，据此确定浅层地下水动态为水文型。水文型地下水动态清楚表明，浅层地下水与黄河水联系密切。

图1 黄河水位与地下水监测井水位变化曲线图

2 地下水系统的开放性

黄河携带的大量泥沙在黄河下游沉积，形成巨厚的松散岩层。受人工大堤的约束，泥沙长期淤积使河床高出大堤以外地面平均5～10 m。黄河是世界著名的“地上悬河”，河水位高于两岸地下水水位，河水侧渗径流补给地下水。河床下是黄河冲积的粉细砂、中粗砂层，且与滩地浅层含水层组直接相连（图2）。从水文地质剖面可以看出，黄河水位相对地下水位高出很多，形成水头差，在水力作用下，黄河水源源不断地补给地下水。黄河沉积形成的松散岩层以砂层居多，相互叠加，粘性土多以透镜体存在于砂层之中。松散的砂层具有巨大的孔隙空间，受黄河水的补给赋存丰富的地下水。

图2 黄河底部水文地质剖面图

储存地下水的介质由全新统粉土、粉砂和上更新统中砂、细砂、中粗砂、含砾粗砂等组成，含水类型为孔隙水。垂向表现为下粗上细的多个沉积韵律；平面上自冲积扇轴部向下游和两翼，含水层由粗变细，由厚变薄[1]。北部及东部含水层厚度较大，夹有1～2层粉土，部分地段粉土层缺失，含水砂层厚度在30～50 m左右，自北而南变薄。浅层微承压水含水砂层颗粒粗、分选好、透水性强。该含水层为水源地及农业、渔业的主要开采层。

浅层含水层系统没有稳定的隔水层，主要接受大气降水和黄河测渗补给，排泄以蒸发和开采为主。是一个相对开放的循环系统。

3 浅层地下水可更新能力评价

地下水可更新能力定义为单位时间内地下水系统中补给水体与地下水系统可利用储存水体之比，即更新速率。地下水更新能力根据更新速率指标进行评价（表1），按下式计算：

式中：V为更新速率；R为年平均补给量m3/a；S为可利用储存量m3/a。

表1 地下水更新性评价表

根据《郑州北郊水源地供水水文地质勘探报告》研究成果，开采条件下总补给量为17629.5×104m3/a。总容积储存量为353575.55×104m3，根据地下水降落漏斗发展预测，可利用的储存量为66295.42×104m3。则浅层地下水更新速率为26.59%；含水层更新期为3.76年。按照开采阶段地下水资源勘察规范，黄河下游傍河地下水可更新性级别为强。

通过地下水可更新能力评价，黄河下游地下水可更新性级别为强。由于地下水补给主要来源于黄河地表水，说明黄河与浅层地下水联系密切。

4 地下水年龄测定

黄河侧渗补给地下水试验研究项目[3]，作了13个同位素氚样测定（表2），判释了“二元结构”多孔介质含水层中水的补给、储存、运移及生成的相对时期。然后按照氚的含量进行地下水同位素测年（表3）。

表2 地下水环境氚分析结果表

表3 地下水环境同位素测年

按地下水环境同位素测年标准，北郊水源地13个同位素氚样测定，TU含量大于20%，地下水的年龄小于5年。说明研究区地下水更新能力级别为强。地下水补给、径流、排泄循环周期短，黄河水与地下水转换快，二者联系密切。

5 浅层地下水再生能力评价

水资源可再生能力为水资源消耗后通过天然作用或人工经营能恢复的能力。按下式计算：

式中：T为再生率；Vi为单位时间补给量，m3/a；Vt为单位时间消耗量，m3/a。

根据2014年10月中国地质大学（北京）《郑州沿黄区环境水文地质研究与供水示范工程工作报告》研究成果[2]。研究区1995年1月至2013年12月，多年平均总补给量为11292.22×104m3，多年平均消耗量为 11478.51×104m3。再生率为98.3%。根据再生率进行地下水再生能力评价（表4）

表4 地下水再生能力评价

计算结果表明，研究区浅层地下水再生能力极强，在开采条件下，增加的开采量主要是激发黄河补给量。也充分说明浅层地下水与黄河水联系密切。

6 结论

通过研究黄河下游地下水动态、水文地质条件、浅层地下水年龄测定、可更新能力评价、再生能力评价，证实黄河下游地表水与浅层地下水的水力联系密切，在开采条件下可激发黄河对地下水的补给。地表水为常水头补给源，使沿黄地下水非常丰富。郑州北郊特大型水源地的建立，是多泥沙河流建设傍河水源地的成功典范，为郑州市及航空港区经济发展提供了丰富的地下水资源，作出了极大贡献。黄河水与地下水联系密切研究成果，可指导在黄河下游建立多个大中型傍河城市供水水源地，为下游沿黄城市经济发展提供水资源保障。

[1]邓晓颖等.郑州市北郊水源地地下水动态及环境地质监测总体报告[R].郑州:河南省郑州地质工程勘察院，2005.

[2]邵景力，崔亚莉，李星宇等.郑州沿黄区环境水文地质研究与供水示范工程工作报告[R].北京:中国地质大学（北京），2014.

[3]石钦周，杨伟斌，闫震鹏等.河南省郑州北郊水源地供水水文地质勘探报告[R].郑州:河南省郑州地质工程勘察院，1995.

P641.8

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1673-9000（2017）05-0021-02

2017-04-13

景兆凯(1979－)，男，河南鲁山人，工程师，主要从事水工环地质等相关工作。