河北省平原区浅层地下水蓄水量变化特征及其影响因素

2021-06-23陈雪英

河北水利电力学院学报 2021年2期

陈雪英

(河北省水资源研究与水利技术试验推广中心，石家庄市新华区石清路69号 050061)

河北省平原区地理位置位于省域的东南部，覆盖了秦皇岛市、唐山市、廊坊市、保定市、沧州市、石家庄市、邢台市和邯郸市8个城市及其大部分县区和辛集市、定州市2个省直管县，总流域面积达10.12万km2，占全省总流域面积的57.37%。河北省是我国粮食主产地，其平原区是主产区，同时也是人口密集区。受年降水量与自然环境条件变化的影响和经济社会活动等因素的影响，河北省大部分的区域地下水超采十分严重，由此引发了一系列的环境地质问题，已经严重影响区域经济社会的可持续发展。

不少学者对河北地区地下水水位的动态进行了研究。通过河北省地下水动态监测工作情况和近几年观测资料系统，给出了地下水动态监测网络构成和建设的实质性意见[1]。刘美英等基于河北平原11个监测点2008-2014年日尺度的地下水埋深数据，分析了地下水位埋深从山前平原区到中部平原区的变化特征，表明不同地区年内水位下降和水位回升状况也存在较大差异[2]。王向飞的研究表明，由于1972年和1975年的大旱，没有雨水补给和上游水利工程的影响，地下水资源处于超采状态，栾城县地下水位下降速率加快[3]。冯慧敏采用水循环理论、小波变换和地下水系统水量平衡等研究方法，基于石家庄平原区近50年来地下水动态相关资料，应用MPI-ESM-MR大气环流模式，预测2011～2060年期间降水量以及气温等数据，揭示了该区域地下水流场演变与气候变化和人类活动之间的关系与机制，预测了不同气候情景下未来50年地下水位变化趋势[4]。

对于河北地区地下水动态特征的研究已有很多成果，但对于河北省平原区浅层地下水蓄水变量特征及其影响因素研究较少。文中分析了河北省平原区2007～2016年浅层地下水埋深和蓄水变量特征，识别了降水量、开采量和径流量对浅层地下水蓄水变量的影响，研究成果对于河北省平原区地下水管理和可持续利用具有一定的参考价值[5-6]。

1 浅层地下水水文地质条件

新生界第四系松散沉积物构成了河北地区的浅层地下水含水层，含水层组底界面埋深40～60m[7]。含水层的厚度大、粒度粗、垂向连续性强，属于单层或双层含水结构，透水性好。地下水的水力性质属于潜水-微承压水类型。地下水矿化度多小于1g/L。中部平原地区河道带的含水层，以北东东向条带状分布的细砂及粉砂层为主，一般厚度为10～30m。滨海平原地区的含水层以粉砂、细砂为主，厚度一般小于10m，局部10～20m[8]。在冀东滨海平原地区，含水层多为亚砂土层，地下水基本上为大于5g/L的高矿化度氯化钠型水，最高矿化度在61g/L以上。

2 浅层地下水位动态特征

浅层地下水埋深从山前的10～20m，逐步过渡到滨海的2～5m；年内地下水位变幅山前平原区5～10m，其他平原区1～3m；地下水动态的年内变化为自3～4月份春灌开始水位陆续下降，至6月底前后出现年内最低水位，7～8月份水位开始回升，至年末或翌年2～3月份达到最高水位。

河北省平原区平均地下水位埋深由1980年的5.53m，发展到2000年的12.65m。1980～2000年地下水位下降速率变化分为3个大的阶段：第一阶段1980～1990年，地下水位平均下降速率为0.34m/a；第二阶段1990年～1996年，地下水位下降速率为0.10m/a；第三阶段1996～2000年，地下水位下降速率0.52m/a。太行山山前平原区地下水位下降速率明显大于其他平原区，1980年至2000年，平均每年下降速率为0.58m，20世纪90年代之后平均每年下降0.65m。至2000年河北省平原区浅层地下水已形成11处较大地下水位降落漏斗，合计漏斗面积5000多km2，漏斗中心水位埋深20～50m。河北省平原区浅层地下水埋深变化见图1。

图1 河北省平原区浅层地下水埋深年际变化图Fig.1 Interannual variation of shallow groundwater depth in plain area of Hebei Province

3 浅层地下水蓄水量变化

3.1 蓄水量计算公式

区域浅层地下水蓄水量计算式为

Q储=μ·M·F

式中：Q储为含水层储存量，m3；μ为含水层给水度；M为含水层厚度，m；F为计算面积，m2。

3.2 地下水蓄水量变化情况

经计算，2007-2016年河北省不同平原区浅层地下水蓄水变量如表1所示。

表1 2007～2016年河北省平原区浅层地下水蓄水变量情况

由表1可以看出，2007～2016年浅层地下水蓄水变量没有明显的变化规律，其中蓄水量增加的有2008年、2012年、2013年和2016年4个年度，其余6个年度均有不同程度的减少。

在8个平原区中地下水位回升的有2个，分别为滦河平原及冀东沿海平原蓄水量增加2.77亿m3、黑龙港及运东平原蓄水量增加2.35亿m3。大清河淀西平原、子牙河平原、漳卫河平原、徒骇马颊平原等4个平原区地下水位逐年下降，其中，子牙河平原地下水位下降最为严重，蓄水量累计减少58.53亿m3，占总量的60.38%；其次为大清河淀西平原，蓄水量累计减少32.12亿m3，占总量的33.13%。北四河平原和徒骇马颊平原等2个平原区地下水位较稳定，蓄水量分别累计减少0.61亿m3和0.26亿m3。

单位流域面积(km2)的蓄水变量累计情况为：滦河平原及冀东沿海平原2.64亿m3，北四河平原-1.27亿m3，大清河淀西平原-27.45亿m3，大清河淀东平原-6.26亿m3，子牙河平原-38.01亿m3，漳卫河平原-25.16亿m3，黑龙港及运东平原1.05亿m3，徒骇马颊平原-6.50亿m3。

3.3 地下水蓄水变量特征

河北省平原区浅层地下水蓄水变量在2012年、2016年2个年度出现了最高值。2012年是近10年的降水量最大年份，2016年为降水偏丰年，加上地下水超采综合治理项目的大力开展，地下水位回升明显。

子牙河平原覆盖河北省南部的石家庄、沧州、衡水、邢台和邯郸5个城市及其部分县区，大清河淀西平原覆盖河北省的廊坊和保定2个城市及其部分县区，是河北省经济相对发达的内陆县区，水资源缺乏，地下水受人类经济社会活动的影响较为明显，开发利用程度高，地下水位下降幅度较大。

滦河平原及冀东沿海平原覆盖河北省唐山和秦皇岛2个城市及其部分县区，黑龙港及运东平原覆盖河北省沧州、衡水、邢台3个城市及其部分县区，区域内以沿海县区为主，水资源相对丰富，地下水资源开发利用程度低，加之区域节水措施开展力度大，故地下水位有所回升。

4浅层地下水蓄水量动态变化影响因素分析

4.1 区域降水量、径流量及开采量情况

河北省平原区2007～2016年降水量、径流量及开采量情况如表2所示。

表2 河北省平原区2007～2016年降水量、径流量及开采量情况表Tab.2 Precipitation，runoff and exploitation in plain area of Hebei Province from 2007 to 2016

由表2可知：年降水量最大值出现在2012年，为513.73亿m3，最小值出现在2014年，为285.45亿m3，其余年份变动区间为373.76～470.20亿m3；径流量最大值出现在2012年，为38.53亿m3，最小值出现在2007年，为6.45亿m3，其余年份变动区间为8.92～15.74亿m3；开采量最大值出现在2012年，为91.38亿m3，最小值出现在2015年，为62.78亿m3，其余年份变动区间为67.77～89.64亿m3。

2012年起全国开始实行“最严格水资源管理制度”，“用水总量”是其中一项必须严格管控的指标。河北省作为全国地下水超采综合治理试点，于2014年起开展地下水压采工作，节水效果明显。通过数据可以看出，河北省的地下水开采量也自2012年起逐年下降，节水措施对控制地下水开采起到了很好的作用。

4.2浅层地下水蓄水量动态变化影响因素分析

4.2.1 降水量对蓄水变量的影响

降水量是地下水资源的重要补给来源，对蓄水变量的影响非常明显，两者之间有较明显的正相关性(见图2)：2012年降水量为2007～2016年中的最大值513.73亿m3，蓄水变量也相应的表现为期间最大增加值17.60亿m3；2014年降水量为2007～2016年中的最小值，为285.45亿m3，蓄水变量也相应地表现为期间最大减少值53.06亿m3。

图2 降水量与蓄水变量的变化关系曲线图Fig.2 Relationship between precipitation and the water storage variables

4.2.2 径流量对蓄水变量的影响

径流量受下垫面的影响非常大，2012年为38.53亿m3，与蓄水变量同时表现为最大值，其余年份径流量较稳定，变化区间为6.45～13.80亿m3，较蓄水量变化不明显。径流量与蓄水变量呈现对数关系，但相关性差，见图3。

图3 径流量与蓄水变量的变化关系曲线图Fig.3 Relationship between runoff and the water storage variables

4.2.3 开采量对蓄水变量的影响

开采量是最能体现人类经济社会活动频繁程度的指标之一，2007～2016年，8个平原区对浅层地下水的开采总量基本呈现为下降趋势，尤其在2014～2016年3个年度表现最为明显。2014年是河北省开始实施地下水超采综合治理的开局之年，治理的重点主要集中在用水大户——农业灌溉。2014～2016年蓄水变量相应明显地表现为上升[7-8]。

开采量与蓄水变量没有明显的相关性，见图4。