河北省衡水市地下水水位动态特征分析

邓 兴，杨木寒，李志杰，韩冬雅，陈 康

河北地质大学，河北 石家庄 050031

0 引言

衡水市位于华北平原的中部，是华北平原地下水超采最为严重的地区之一，为了更好地保护地下水资源，自2014年起衡水市开始实行压采政策。在各项压采措施的综合治理下，截至2016年12月，根据河北省水文局地下水水位动态监测数据显示，衡水市深层地下水平均埋深64.47 m，与2015年12月相比上升3.55 m，中心漏斗区的景县八里庄一带水位埋深最大达到98.46 m，与2014年相比上升21.54 m，地下水超采治理取得明显成效[1,2]。本论文通过分析衡水市的气象、水文、地形地貌、地质、水文地质条件及多年以来的地下水位动态监测数据结合当地社会经济发展情况，深入分析研究区内地下水水位时空变化特征，归纳总结了其主要影响因素，以期为衡水市地下水资源合理开发与利用提供科学依据。

1 研究区概况

1.1 自然地理条件

衡水市位于华北平原中部，地势平坦，整体地势表现为西南高、东北低，属于冲洪积、冲湖积平原地貌单元，海拔高程在20 m左右，公路四通八达，交通便利[3]。

衡水市属于大陆性半干旱季风气候区，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎热潮湿，多年平均降水量536.3 mm，降水主要集中在夏季。区内发育的河流主要有滹沱河、滏阳河、滏阳新河、滏东排河、清凉河、卫运河等。

1.2 水文地质条件

衡水市处于山前堆积平原与冲积平原的交接处，新生代以来，地壳不断下降，由于受到基底构造的影响，市各地区的沉积厚度表现出明显的差异性[4]。

垂直方向上根据地下水的赋存条件和水动力特征，将第四系沉积层分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个含水层组，分别相当于地层划分中的Q4、Q3、Q2、Q1。

第Ⅰ含水组：相当于Q4，底板埋深50～70 m，是一套砂泥质松散物。

第Ⅱ含水组：相当于Q3，底板埋深150～180 m，是一套泥砂质松散沉积物。

第Ⅲ含水组：相当于Q2，底板埋深350～450 m。是一套以河流冲积、冲洪积为主的泥砂质松散沉积物。

第Ⅳ含水组：相当于Q1，底板埋深450～600 m，是一套河湖相砂泥质沉积物。

2 地下水位动态变化特征

地下水水位的变化是地下水资源量变化最直观的体现，地下水水位的上升或下降能够直接反映地下水补给或消耗量的变化[5]。论文依据地下水位动态影响因素对地下水位动态类型的年内变化特征做出定性分析。

2.1 浅层地下水水位动态类型

2.1.1 降水入渗蒸发型

该类型主要分布在深州、武邑西部、桃城区、冀州、景县南部等地区，浅层地下水水位动态变化主要受降水入渗补给和蒸发排泄的影响，如图1所示，将水位变化的年内变化特征分四个阶段进行分析：第Ⅰ阶段，地下水埋深从年初下降至5月中旬，在此期间无有效降水量存在，地下水受不断增强的蒸发作用影响，导致地下水埋深不断加大；第Ⅱ阶段，地下水埋深不断上升至8月中旬，自五月中旬开始有效降水量不断加大，蒸发作用自6月中旬后开始减小，蒸发对地下水的排泄量已经远远小于降水对于地下水的补给量，地下水埋深不断减小；第Ⅲ阶段，地下水埋深不断下降至10月中旬，在此阶段期间，有效降水量减小，9月份无有效降水量存在，蒸发作用对地下水的影响大于降水入渗对地下水的影响，地下水埋深增大；第Ⅳ阶段，10月份有效降水量增大，蒸发量持续减小，降水的影响大于蒸发作用，水位埋深减小，此后由于11、12月份无有效降水量的存在，蒸发作用成为主要的影响因素，地下水埋深下降至年末，见图1(a)、1(b)。

图1(a) 2016年桃城区浅层地下水位监测井W1埋深、降水量对比曲线

2.1.2 降水入渗开采型

该类型主要分布于地下水位埋深相对较大的地区，受蒸发作用影响较小。如图2所示，将水位变化的年内变化特征分为六个阶段进行分析：第Ⅰ阶段，1—2月，地下水开采较小，地下水埋深缓慢减小；第Ⅱ阶段，2—4月，降水量较小，农业灌溉需水量大，地下水埋深迅速加大；第Ⅲ阶段，从4月份开始，降水量增加，农业开采量减小，地下水埋深随着降雨入渗不断补充，水位埋深减小，地下水水位上升；第Ⅳ阶段，6—9月，水位变化比较平稳，这一阶段内虽然降水量较大，但是由于其它开采增加所以地下水水位保持平稳，无明显的上升或下降趋势；第Ⅴ阶段，9月末—11月，降水量减少，又由于春灌开采与其它开采因素的影响，地下水水位呈持续下降趋势；第Ⅵ阶段，11月以后，几乎没有农业开采，地下水位开始缓慢上升至年末，见图2。

图1(b) 2016年桃城区浅层地下水位监测井W1埋深、蒸发量对比曲线

图2 2018年景县浅层地下水位监测井W2埋深、降水量对比曲线

2.1.3 农业灌溉-降水入渗蒸发型

该类型主要分布于衡水市的农业灌溉区，如图3所示，将水位变化的年内动态变化特征分为三个阶段进行分析：第Ⅰ阶段，1月—3月初，降水量均小于20 mm，地下水无开采，水位缓慢下降；第Ⅱ阶段，3—8月，地下水水位持续上升，由于3月—至5月农业灌溉量较大，入渗量不断加大，再加上5月之后降水量不断增大，所以地下水水位不断上升；第Ⅲ阶段，8月之后，降水量大量减少，地下水水位开始缓慢下降至年末，见图3。

图3 2016年赵圈乡浅层地下水位监测井W3埋深、降水量对比曲线

2.2 深层地下水水位动态类型

深层地下水为承压淡水，以侧向径流补给和越流补给为主，漏斗中心以周边径流为主，地下水开采是主要的排泄途径，其动态类型主要分为两种：越流补给开采型、侧向径流-越流补给开采型。

深层地下水位变化的年内动态变化特征分为四个阶段进行分析：第Ⅰ阶段，年初开采量较小，地下水水位缓慢上升至3月份；第Ⅱ阶段，3月份春灌开始，地下水水位迅速下降，6、7月份用水量较大，导致开采增加，水位持续下降至7月底；第Ⅲ阶段，7—9月份，降水量较大，农业开采较小，水位缓慢上升至9月底；第Ⅳ阶段，9月底秋冬灌溉开始，水位出现小幅度的下降之后复转为上升至年末，见图4。

图4 2018年深州深层地下水位监测井4埋深、降水量对比曲线

3 地下水位动态影响因素

通过对动态监测数据的统计与分析，认为影响衡水市地下水动态变化的因素主要有：气象、人工开采。其中影响面最广的是气象因素，其次为人工开采。

3.1 气象因素

衡水市位于华北平原中部，属于干旱、半干旱的温带大陆性气候，大气降水和蒸发是浅层水的重要补给和排泄方式，因此研究区内水位埋深小于5 m的地区是受该因素影响最为强烈的地区，由于潜水面接近地表面，降水入渗和蒸发直接影响着潜水的水位变化。衡水市市区周边以及景县、故城、阜城东部一带潜水的地下水埋深较浅，一般小于5 m，是受气象因素影响最为强烈的地区。

3.2 人工开采

衡水市是华北平原重要的农业主产区，农业灌溉用水开采量巨大，除小部分地区开采浅层地下水以外，大部分地区都以开采深层淡水为主，所以开采灌溉对于地下水动态变化影响较大。例如冀枣衡地区长期大量开采深层地下水，导致深层地下水水位不断下降，形成了区域性的降落漏斗。

综上所述，衡水市地下水位动态变化的影响因素是多方面的，每一种影响因素都有各自的独特性，但是又相互协调，互相影响。因此，衡水市地下水水位的动态变化是多种因素综合作用的结果。

4 结论

根据衡水市2016—2018年实测以及收集的地下水位的动态监测数据，结合降水、蒸发、地形地貌、地下水开发利用现状等资料，系统探讨了地下水位埋深的年内变化情况，分析了水位埋深变化的原因，得出以下结论：

(1)衡水市浅层地下水动态类型主要分为三种，分别是降水入渗蒸发型、降水入渗开采型、农业灌溉-降水入渗蒸发型。降水入渗蒸发型主要分布于具有咸水分布的城市地区；降水入渗开采型主要分布于安平、饶阳等全淡水以及微咸水开采区；农业灌溉-降水入渗蒸发型分布于所有的农业灌溉区。

(2)衡水市深层地下水动态类型主要分为两种，分别是越流补给开采型、侧向径流-越流补给开采型。越流补给开采型分布于除安平、饶阳以外的有咸水分布区；侧向径流-越流补给开采型主要分布于地下水降落漏斗周边，由于降落漏斗的存在，地下水径流速度较快。

(3)衡水市地下水水位动态影响因素主要为气象、人工开采，其中气象因素影响范围最广泛。