池州市浅层地下水位变化规律及成因分析

谢志峰,余超宇

(1.安徽省安庆水文水资源局，安徽 安庆 246003;2.中国地质大学 环境学院，湖北 武汉 430000)

地下水资源是水资源的重要组成部分，分析地下水位变化规律具有实际的意义。针对具体的区域，地下水位变化主要受一种水文要素或多种要素综合影响。现有资料分析显示，影响孔隙潜水地下水位变化最敏感的质变因子是降水要素。笔者收集了池州市2017—2021年实测相关样本资料，并进行分析。

1 研究区概况

1.1 地理位置

池州市位于安徽省西南部，长江下游南岸，北临长江，与安庆市隔江相望，东与铜陵市、芜湖市相邻，东南与黄山市交界，西南与江西省交界[1]。介于东经116°38′—118°05′，北纬29°33′—30°51′之间，总面积8 398.7 km2，全市总人口约134.2万人。池州市(曼哈顿站点)地下水位站点位于池州市区内，池州市(贵池站点)墒情站点位于池州市贵池区马衙镇。地下水位站与墒情站地理位置见图1。

图1 地下水位站与墒情站地理位置图

1.2 水文、气象情况

池州市属北亚热带湿润季风气候，四季分明，温暖湿润，年平均风速 3.5 m/s，最大风速14 m/s，常年主导风向为东北风(NE)[2]。年平均雨量1 568 mm，该地区全年降雨主要集中在6—9月，约占全年的60%，10年一遇最大24 h降水量237.5 mm。多年平均气温16.5 ℃，日最高气温40.02 ℃，日最低气温-9.6 ℃。7—8月为高温季节，1—2月较为寒冷，无霜期220 d。年平均日照时数1 926 h，最多日照时数2 358 h，最少日照时数1 484 h。

2 地下水位变化规律统计分析

对池州市(曼哈顿站点)地下水位样本进行分析显示，该站最大地下水埋深4.58 m，发生于2020年2月6日，最小地下水埋深1.91 m，发生于2020年10月16日；地下水埋深变化总幅度为2.67 m，多年地下水埋深均值为3.21 m，年内地下水埋深分布出现马鞍形分布[3]。其凹点主要分布在5月份和10月份，最高和较高凸点主要分布于汛前1—2月、7-8月主汛期，汛后10—11月也出现有一个凸点高峰分布区域。池州市(曼哈顿站点)历年地下水埋深逐月分布见图2。

图2 池州市(曼哈顿站点)历年地下水埋深逐月分布图

3 地下水位变化成因分析

历年实测数据显示，2017年降水量1 441 mm，2018年降水量1 396.5 mm，2019年降水量1 376.5 mm，2020年降水量2 032 mm，2021年降水量1 502.5 mm，其中2019年降水量最小，2020年降水量最大，2021年降水量最接近历年均值。选择2019年(枯水年)、2020年(丰水年)、2021年(平水年)作为典型年。

3.1 年际地下水位与降雨量关系

2017年开始监测地下水位至2019年达到水位极小值以后缓慢上升，图形显示浅层地下水位和降水量呈现一定的相关关系，丰水年受降雨增多影响，地下水位上升；枯水年受降雨减少影响，地下水位下降[4]。历年地下水位与降水量关系见图3。

图3 历年地下水位与降水量关系图

3.2 年内地下水位与降水量关系

以2019年(枯水年)、2020年(丰水年)、2021年(平水年)典型年降水量与池州市(曼哈顿站点)同年地下水埋深资料作为典型年进行分析[5]。

枯水年降雨量和地下水埋深变化曲线图(图4)分析显示，该站地下水埋深数值分布区间为(2.95 m，4.3 m)，年变幅为1.35 m，全年降雨量为1 376.5 mm，降雨量总体分布趋势呈现低-高-低趋势，降雨月极大值出现在该年度6月份，地下水埋深图形总体趋势呈波浪递增趋势，其中位于11—12月份区间段曲线分布呈现翘尾现象。

图4 枯水年典型井埋深变化曲线图

丰水年降雨量和地下水埋深变化曲线图(图5)分析显示，该站地下水埋深数值分布区间为(1.91 m，4.58 m)，年变幅为2.67 m，全年降雨量为2 032 mm，地下水埋深由于受降水充沛的影响，图形在4—8月份地下水埋深曲线处于稳定期，波动较缓；9—10月份由于降水减少，地下水位埋深波动较大。平水年降雨量和地下水埋深变化曲线图(图6)分析显示，该站地下水埋深数值分布区间为(2.01 m，3.39 m)，年变幅为1.38 m，全年降雨量为1 502.5 mm，其平水年典型井埋深曲线和丰水年图形趋势基本一致[6]，即年内降雨较充沛，地下水埋深呈波动起伏。4—8月份地下水埋深曲线处于稳定期，波动较缓；9—10月份由于降水减少，地下水位埋深波动较大；11—12月份，枯水期降雨大大减少，天气干旱，蒸发量增大，地下水位埋深迅速下降，翘尾现象明显。

图5 丰水年典型井埋深变化曲线图

图6 平水年典型井埋深变化曲线图

以上典型年地下水埋深观测井池州市(曼哈顿站点)资料分析显示：池州市(曼哈顿站点)地下水位、地下水埋深、降雨量要素之间呈现一定的关系，降水量减小时，地下水埋深相应增大；相反，降雨增多时，地下水埋深曲线呈现下降态势，波动趋缓，峰谷主要出现在11—12月份；而降水量峰顶值主要出现在6月和7月。

地下水埋深变化主要原因是年初1—4月降雨少，地下水位埋深大；5—7月为雨季，降雨量多、天气潮湿，地下水位快速上升、埋深浅；8—9月份进入夏季，降雨量一般甚至减少，且气温高、蒸发量大，地下水位下降，埋深逐渐加大；10月为秋雨季节，蒸发量减少，地下水位反而上升；当11—12月入冬时，该时间段月平均降雨量114 mm，而该时间段典型年枯、丰、平所对应的平均月降雨量分别为52，49, 21 mm，分别较多年平均偏低54.4%，58.1%，71.6%，降雨大大减少，天气干燥，导致地下水位迅速下降，出现翘尾现象。

3.3 典型年地下水埋深与土壤墒情关系

为进一步分析地下水埋深变化规律，同步收集池州市(贵池站点)土壤墒情监测站土壤含水率数据(采样位置10 cm和40 cm)点绘成图，并选取枯水年、丰水年、平水年作为分析时间段。

3.3.1 枯水年地下水埋深和土壤墒情关系

枯水年地下水埋深和土壤墒情关系图(图7)分析显示，该站地下水埋深数值分布区间为(2.95 m，4.30 m)，土壤含水率数值分布区间为(7.6%，34.1%)，2个水文要素的数值总体分布趋势当时间段在1—10月份时候呈现从高到低，10 cm和40 cm采样处土壤含水率在11—12月份曲线分布呈现翘尾现象。这与该时间段降水量增加有关。同时，10 cm和40 cm采样处的土壤含水率由于采样位置的不同，在时间段3—5月份，40 cm土壤含水率分布曲线较10 cm土壤含水率分布曲线趋平现象出现，这主要是由于土壤含水率受采样位置深度的影响。采样离地面越近，其数值波动就越大；相反，采样数值离地面越深，其土壤含水率受地面影响就越小[7]，其图像总体分布趋势进一步收敛。

图7 枯水年地下水埋深与土壤墒情关系图

3.3.2 丰水年地下水埋深和土壤墒情关系

丰水年地下水埋深和土壤墒情关系图(图8)分析显示，该站地下水埋深数值分布区间为(1.91 m，4.58 m)，土壤含水量数值分布区间为(13.4%，30.3%)，2个水文要素的数值总体分布为：当时间段在1-10月份时候地下水埋深图形呈现波浪减低的分布趋势，10 cm和40 cm采样处土壤含水率在11—12月份曲线分布呈现平尾现象。地下水埋深分布趋势和土壤含水率分布趋势基本接近[6]。40 cm采样位置处土壤含水率分布趋势呈现波浪形，这主要是丰水年土壤含水率增大，深层土壤含水率采样数值波动幅度较浅层土壤含水率波动幅度增大导致，图7、图8综合分析显示，土壤含水率和地下水埋深变化趋势均受当年降水量大小的影响[8]。

图8 丰水年地下水埋深与土壤墒情关系图

3.3.3 平水年地下水埋深和土壤墒情关系

平水年地下水埋深和土壤墒情关系图(图9)分析显示，该站地下水埋深数值收敛区间为(2.01 m，3.39 m)，土壤含水率数值收敛区间为(16.0%，29.9%)，地下水埋深曲线呈现波浪形分布，10 cm和40 cm采样处土壤含水率曲线分布呈现接近平缓曲线分布。10 cm和40 cm采样处土壤含水率在11—12月份曲线分布呈现平尾及压尾现象。

图9 平水年地下水埋深与土壤墒情关系图

从图7～图9分析显示：丰水年和平水年浅部(10 cm)土壤含水率波动性大，前半年波动性更大，至5月或6月最少，6—7月土壤含水率随即增大，到8—12月呈缓慢下降趋势。而深部(40 cm)土壤的含水率年平均变化不大，呈平缓小幅波动，仅在7—8月份出现峰值，说明在丰水年和平水年，由于年均降雨量充足，地下水位较高，地下水毛细血管上升，增加了深度的土壤含水率。枯水年地下土壤含水率呈波动缓慢下降趋势，到10份最低，11—12月份土壤含水率变高，出现翘尾现象，翘尾主要是由于枯水年11-12月份降雨增多导致。

4 结 论

通过对丰水年、平水年、枯水年地下水位、降雨及墒情变化关系分析，池州市(曼哈顿站点)地下水埋深最小值为1.91 m(丰水年10月16日)；地下水埋深最大值4.58 m(丰水年2月6日)，地下水埋深最大变幅出现在丰水年，上升2.67 m；最小土壤含水率7.6%，发生在2019年10月；最大土壤含水率34.1%，发生在2019年2月。分析显示：降雨增多时，地下水埋深曲线呈现下降态势，波动趋缓，峰谷主要出现在11—12月份；而降水量峰顶值主要出现在6—7月份。丰水年和平水年浅部(10 cm)土壤含水率波动性大，前半年波动性更大，至5月或6月最少，而深部(40 cm)土壤的含水率年平均变化不大，呈平缓小幅波动，因枯水年11-12月份降水量增多，导致地下水土壤含水率高，出现翘尾现象。