浅议地下水位动态特征及趋势预测

2023-01-12栾晓燕

黑龙江水利科技 2022年1期

栾晓燕

(齐齐哈尔市水资源中心，黑龙江齐齐哈尔 161005)

0 前言

地下水是水资源生态环境的重要组成部分，是支撑经济社会发展的重要自然资源，具有可供人类开发使用的资源属性，是重要的供水水源和应急抗旱水源，也是维系良好生态环境的主要因素。为全面、准确、科学地反映齐齐哈尔地区几年年间地下水状况及其发展趋势，掌握地下水变化规律，为以后更合理开发利用保护地下水资源，科学合理地控制、规范地下水开采，不断改善和保护生态环境，科学配置水资源决策提供依据。

1 地下水位动态特征

区内地下水水位在空间上的变化，因地貌、含水层岩性、地质、水文、气象及开采等因素作用的程度不同，导致水位的变幅、波动频率、升降速度的差异，总体呈年度内呈季节性、年际上呈周期性变化特征。

1.1 孔隙潜水水位动态

1)潜水动态类型。根据1990-2013 年齐齐哈尔市地下水动态监测报告资料，区域内潜水按影响动态变化因素动态成因类型分为：渗入—蒸发型、渗入—径流型、渗入—蒸发—迳流型、渗入—蒸发—开采型、水文型、渗透—迳流型、径流型7种类型。齐齐哈尔中心城区潜水动态成因类型以径流型为主，区内工业、人口集中承压水被开发利用广泛，而潜水的开采利用相对减少。地表分布有透水性较好的粉土、粉细砂等，地面多被密集的建筑物和网状的柏油水泥地面覆盖，阻碍了大气降水的渗入与地下水的蒸发；潜水的补给来源主要来自上游地下径流，降水及地表水的侧渗占次要地位，并以地下径流形式沿层向区外排泄[1]。

在城区郊区一带属渗入—径流—开采型，地表多分布有透水性较好的粉土、粉细砂及黄土状粉土等，潜水位埋藏浅，水位<或接近于临界蒸发深度值(4m)，易接受降水的渗入和自然蒸发；本地区以农业(菜田)为主，农灌井分布较多，在农种期对潜水层经常进行不同规模的开采利用。

中心城区西侧沿嫩江一带潜水动态成因类型为水文型，嫩江河床与潜水含水层连通，互补关系密切，水位动态变化规律与降水及河水水位变化相一致，丰水期与雨季及洪水相对应，持续时间长；枯水期与干旱季节相吻合。随着4、5月份春汛和8、9月份秋汛江水水位的升高，潜水水位随即迅速抬升，水位动态变化曲线呈双峰状。含水层主要补给来源为河水及降水渗入。丰水期地表河流补给地下水，枯水期河流排泄地下水。

2)潜水水位埋藏深度。通过2014-2016年潜水各监测点长期埋深监测数据及统计显示，2014年齐齐哈尔中心城区潜水埋藏深度一般在3.84-9.15m，平均埋深6.18-6.50m，年均埋深6.35m，最小埋深2.83m(12月车辆厂二水站 QJ52-2观测)，最大埋深10.86m(1月建华水厂QJ4-2观测)，年变幅一般0.41-1.12m，平均年变幅0.77m，最小年变幅0.41m(建华垃圾场 QJ54和金锣肉联QJ29-2)，最大年变幅1.78m(龙沙水厂QJ20-2)。2015年潜水一般埋藏深度3.70-8.86m ，平均埋深6.03-6.36m，年均埋深6.18m，最小埋深2.64m(9月车辆厂二水站 QJ52-2观测)，最大埋深11.16m(7月建华水厂QJ4-2观测)，年变幅一般为0.47-0.97m，平均年变幅0.74m，最小年变幅0.40 m(车辆厂二水站QJ52-2)，最大年变幅1.45 m(建华水厂QJ4-2)，与2014年各监测点水位埋深年变幅变化较小，各监测点同比变幅差异一般在0.06-0.33m。2016年潜水一般埋藏深度3.86-8.86 m ，平均埋深5.92-7.03m，年均埋深6.49m，最小埋深2.37m(1月车辆厂二水站 QJ52-2观测)，最大埋深12.17m(10月建华水厂QJ4-2观测)，年变幅一般为0.97-2.08m，平均年变幅1.39m最小年变幅0.40m(金锣肉联 QJ29-2)，最大年变幅2.17m(建华水厂QJ4-2)，与2015年各监测点水位埋深年变幅相比变化相对较大，同比变幅差异在0.20-1.27m[2]。

从埋深曲线变化走势看，2014年1月-2016年5月水位埋深变化以沿时间轴呈水平趋势平缓的大致随季节周期性波状上下变动为主，变幅多在0.4-1.5m范围内波动变化，水位平均埋深6.03-6.50m,峰值多不明显，变化趋势呈稳定状态。2016年6-10月水位埋深多呈增加之势达到年最大埋深值,水位平均埋深6.51-7.03m，引起这一现象的主要原因是2016年降雨量较小318.9mm，仅为2015年507mm的2/3，致使潜水含水层补给量的减少从而加重农业用水开采量的增大，因而形成齐齐哈尔市及周边区域内2016年潜水枯水期出现在6-10月份，水位埋深下降最大观测值可达1.5m。随着农业用水的减少，在含水系统自然平衡作用下，2016年11-12月水位埋深有变小之势呈渐恢复状态。潜水总体变化趋势基本呈缓平的线型，以基本稳定为主。

齐齐哈尔城区主要潜水类型为径流型，其补给来源主要是上游城市郊区区域渗入—径流—开采类型的潜水地下径流为主，该区的开采强度大小直接影响了中心城区小区域内地下水枯丰期水位的不确定性变化，统计2014-2016年各监测点年最大埋深2/3值频出现在5-10月份中，最小埋深1/2值频出现在12-4月份中。

3)潜水水位标高。从2014-2016年潜水各监测点监测数据显示2014年齐齐哈尔中心城区潜水水位一般在141.16-144.03m，平均水位142.16-142.53m，年均水位142.39m，最低水位为136.79m(12月金锣肉联QJ29-2观测)，最高水位为146.98m(3月龙沙水厂QJ20-2观测)。

2015年水位一般在141.16-144.14，平均水位142.46-142.78m，年均水位142.64m，最低水位为137.08m(3月金锣肉联QJ29-2观测)，最高水位为146.90m(4月龙沙水厂QJ20-2观测)。

2016年水位一般在141.51-143.89m，平均水位141.78-142.90m，年均水位142.32m，最低水位为137.08m(7月金锣肉联QJ29-2观测)，最高水位为147.35m(3月龙沙水厂QJ20-2观测)。

潜水水位标高变化趋势和水位埋深一致，2014-2016年潜水水位基本呈较稳定状态，2014年1月-2016年5月间，各监测点水位标高多在141.05-144.13 m，平均水位在142.16-142.90 m，2016年6-10月，水位略有下降各监测点水位多在139.82-143.77 m，平均水位在141.98-142.30 m。

1.2 孔隙承压水水位动态

1)承压水动态类型。区内承压水的动态变化特征主要受上游地下径流、侧向径流、上层越流、渗透补给及人工开采的影响，根据1990-2013 年齐齐哈尔市地下水动态监测报告将区域内承压水动态成因类型按影响动态变化因素分为径流—开采型、径流型。

在齐齐哈尔中心城区北三区和中心城区富拉尔基区，地下水开采集中且强度较大，水位动态变化较频繁，地下水动态受人为开采影响较明显，天然流场有所变化，形成两个受人为因素影响的小区域流场，动态成因类型属于径流—开采型。在城区的外围广大地区开采量较小且分散，人为开采因素影响相对较小，水位动态主要受自然因素控制，水位动态变化较平缓，动态成因类型属径流型。

2)中心城区承压水水位埋藏深度。中心城区位于岗阜状低平原上，2014年中心城区承压水水位埋藏深度一般在3.98-7.67m，平均埋深6.19-6.52m，年均埋深6.40m，最小埋深3.10m(10月车辆厂QJ52观测)，最大埋深10.05m(12月金锣肉联QJ29观测)，各监测点年变幅一般为0.39-0.94m，平均年变幅0.64m，最小年变幅0.33m(金锣肉联QJ29)，最大年变幅1.13m(铁峰水厂QJ28)。

2015年承压水水位埋藏深度一般在3.88-7.39m，平均埋深6.12-6.62m，年均埋深6.26m，最小埋深2.65m(12月车辆厂QJ52观测)，最大埋深9.94m(1月金锣肉联QJ29观测)，各监测点年变幅一般为0.41-0.70m，平均年变幅0.57m，最小年变幅0.23m(炮台屯QJ26)，最大年变幅1.00m(铁峰水厂QJ28)。

2016年承压水水位埋深一般为5.66-8.63m，平均埋深7.03-7.94m，年均埋深7.52m，最小埋深5.66m(5联合水厂一水源QJ8观测)，最大埋深9.91m(6月金锣肉联QJ29观测)，各监测点年变幅一般0.89-1.51m，平均年变幅0.89m，最小年变幅0.38m(炮台屯QJ26)，最大年变幅2.01m(龙沙水厂QJ20)。

齐齐哈尔中心城区承压水地下水动态类型属于径流—开采型，承压水各观测点多为不同类型的水源地开采井，人为因素对水位影响较大。各监测点水位埋深以沿时间轴呈水平趋势大致随季节周期性波状上下变动为主，波动较频繁，波幅较小，各点周期不同步，变化波动范围多在0.4-1.1m内。 2014年1月-2016年6月各监测点水位变化以水平线型趋势为主，2016年7月-10月受降水量偏小影响，水位埋深多呈小幅度下降，平均下降0.2-0.65m。从埋深曲线总体趋势分析齐齐哈尔城区承压水动态变化以水平或近水平线状为主，呈基本稳定势态。

3)中心城区承压水水位标高。2014年齐齐哈尔中心城区承压水水位一般140.31-142.35m，平均水位140.96-141.36m，年均水位141.14m，最低水位为138.28m(8月龙沙水厂QJ20观测)，最高水位为142.75m(9月检车线QJ53观测)。

2015年水位一般在140.42-143.13m，平均水位141.20-141.49m，最低水位为138.68m(7月龙沙水厂QJ20观测)，最高水位为143.13m(12月车辆厂QJ52观测)，年均水位141.33m，与2014年相比上升0.19 m。

2016年水位一般在140.10-142.22m，平均水位140.27-141.18m，年均水位140.69m，最低水位为137.22m(10月龙沙水厂QJ20观测)，最高水位为142.22m(5月联合水厂一水源QJ8观测)。

承压水位标高变化趋势和水位埋深一致，2014-2016年承压水水位基本呈水平线状趋势、小幅度上下波动的较稳定状态。2014年1月-2016年6月，各监测点水位标高多在140.5-143.0 m，平均水位在140.71-141.79 m间，2016年6-10月，水位略有下降各监测点水位多在140-141.5m，平均水位在140.31-140.52m间。

4)齐齐哈尔市富拉尔基区承压水水位动态。富拉尔基区承压水水位埋藏深度。富拉尔基区位于波状低平原上，根据2014-2016年齐齐哈尔富拉尔基区承压水各监测点水位埋深观测数据，2014年富拉尔基区承压水埋藏深度一般为7.9-10.24m，平均埋深8.62-9.31m，年均埋深9.06m，最小埋深7.59(1月四水源FJ15观测)，最大埋深10.24m(6月二水源FJ13观测)，各监测点年变幅为0.58-1.47m，平均年变幅1.0m，最小年变幅0.58m(二水源FJ13)，最大年变幅1.47m(北钢电炉分厂FJ7)。

2015年承压水水位埋藏深度一般为8.54-10.52m，平均埋深9.19-9.64m，年均埋深9.47m，最小埋深7.9m(4月四水源FJ15观测)，最大埋深10.52m(2月二水源FJ13观测)，各监测点年变幅一般为0.58-1.15m，平均年变幅0.81m，最小年变幅0.44m(二水源FJ13)，最大年变幅1.28m(北钢电炉分厂FJ7)。

2016年承压水水位埋藏深度为8.12-10.69m，平均埋深8.62-9.31m，年均埋深9.71m，最小埋深8.12m(1月四水源FJ15观测)，最大埋深10.69m(3月北钢电炉分厂FJ7观测)，各监测点年变幅为0.46-0.94m，平均年变幅0.69m，最小年变幅0.46m(北钢电炉分厂FJ7)，最大年变幅0.94m(三水源FJ13FJ14)。

由水位埋深变化曲线可见，各监测点水位埋深区间较集中变化较小，以沿时间轴在约8-11 m区间呈水平趋势随季节周期性波状上下波动变化，波幅较小，最大波幅1.47m，一般多在0.6-1.2m间。枯水期一般在每年1-4月，7-10月为丰水期，受降水量较小的影响2016年丰水期曲线较平缓。从埋深曲线总体趋势分析富拉尔基区承压水动态变化发展趋势以水平或近水平线状为主，年际间呈基本稳定势态。

5)富拉尔基区承压水水位标高。由2014-2016年富拉尔基区承压水各监测点观测数据可见(见表3-11、3-12、图3-8)，2014年富拉尔基区承压水水位一般在140.75-144.71m，平均水位142.47-143.16m，年均水位142.71m，最低水位为140.75m(7月二三二处FJ16观测)，最高水位为146.31m(1月四水源FJ15观测)。

2015年水位一般在140.44-144.26m，平均水位142.14-142.59m，最低水位为140.44m(12月二三二处FJ16观测)，最高水位为146.00m(4月四水源FJ15观测)，年均水位142.31m，与2014年相比下降0.40 m。

2016年水位在140.52-145.78m，平均水位141.64-142.85m，最低水位为140.52m(4月三水源FJ14观测)，最高水位为145.78m(1月四水源FJ15观测)，年均水位142.50m，与2015年相比上升0.19 m。

承压水位标高年变幅与变化趋势和水位埋深一致，从承压水水位曲线图上明显可见，2014-2016年承压水水位基本呈水平线状趋势、小幅度上下波动，枯、丰水期变化波形较明显。

2 地下水水位动态变化

根据黑龙江省地质环境监测总站齐齐哈尔分站编写的《齐齐哈尔市地质环境监测通报》中对齐齐哈尔地区年际间地下水水位变化的分级标准与量化确定方法：第N年地下水位动态变化为第N年地下水位统测(枯水期)观测成果与N-1年同期成果直接对比，将区内地下水水位动态变化级别分为强上升型(水位同比上升>2m)、弱上升型(水位同比上升在>0.5与≤2.0m间)、基本稳定型(水位同比在下降≥-0.5或上升≤0.5m间)、弱下降型(水位同比下降≥-2与<-0.5m间)、强下降型(水位同比下降<-2m)五类。

2.1 潜水水位动态变化

通过对区内孔隙潜水点2014—2016年枯水期统测资料的统计及水位动态变化级别的确定，2014年枯水期潜水埋深0.63-10.32m，水位标高137.01-146.68m。2015年枯水期埋深0.75-11.23，标高137.03-146.23m，与2014年同比潜水位升降幅值在-0.91-0.02间，多为下降变化，降幅为-0.91--0.01m，下降较小，75%的观测点动态变化以基本稳定型为主，其余少数监测点位呈弱下降型。

2016年枯水期潜水埋深4.20-10.23m，水位标高136.81-146.33m。与2015年同比潜水位升降幅值在-2.44-1.13间，升降幅值多较小，63%的观测点动态变化以基本稳定型为主，25%的观测点动态变化为弱上升型，个别点水位下降较大呈强下降型。

2.2 承压水水位动态变化

1)齐齐哈尔中心城区。通过对市中心城区内承压水监测点2014-2016年枯水期统测资料统计及水位动态变化级别的确定，2014年枯水期承压水埋深3.24-9.37m，标高138.25-142.54m。2015年枯水期埋深3.14-9.53m，标高138.89-142.64m。与2014年同比水位升降幅值在-0.31-0.44间，多为下降变化，降幅为-0.31--0.10m，下降较小，所有观测点动态变化呈基本稳定型。

2016年枯水期水位埋深3.32-9.59m，标高138.66-142.46m。与2015年同比水位升降幅值在-0.18-0.64间，多为上升变化，升幅为0.14-0.64m，上升较小，区内75%的观测点动态变化以基本稳定型为主，其余少数观测点为弱上升型。

2)富拉尔基区。通过对富拉尔基区内承压水监测点2014-2016年枯水期统测资料的统计及水位动态变化级别的确定，2014年(枯)承压水埋深8.01-10.84m，水位标高140.72-145.89m。2015年(枯)水位埋深8.47-10.30m，水位标高141.26-145.43m。与2014年同比水位升降幅值在-0.46-0.54间，升降幅值较小，区内83%的观测点动态变化以基本稳定型为主，所有观测点动态变化呈基本稳定型。

2016年(枯)水位埋深8.43-10.37m，水位标高140.81-145.47m。与2015年同比水位升降幅值在-0.61-0.27间，升降幅值较小，区内67%的观测点动态变化以基本稳定型为主，少数观测点为弱下降型。

2.3 地下水水位降落漏斗变化

—2013年前，区内第四系孔隙承压水在开采过程中形成了龙沙水厂、建华水厂、富区、昂区四个开采降落漏斗。据《1990-2013年齐市地区地下水动态监测报告》及2013-2016年《齐齐哈尔市地质环境监测通报》资料，龙沙水厂漏斗于1988年枯水期形成，中心水位埋深5.32m，面积2.78km2，至2013年中心水位139.03 m，埋深6.44m，面积12.27km2。2014年中心水位138.59 m，埋深6.88m，面积13.24km2，与2013年相比中心水位埋深下降了0.44 m，面积扩大了0.97 km2。2015年漏斗中心水位138.17 m，埋深7.83 m，面积22.62km2，与2014年相比中心水位标高下降了0.42 m，面积扩大了9.38 km2，漏斗中心南移。2016年漏斗中心水位137.76 m，埋深8.24 m，面积35.21km2，与2015年相比中心水位标高下降了0.41 m，面积扩大了12.59 km2(见表3-19)，由此可见龙沙漏斗在2014-2016年间呈扩大之势。

富区漏斗形成于98年，基本上以北满特钢厂和富区二水源为中心，99年漏斗中心水位埋深10.65m，面积7.38km2，至2013年中心水位139.68 m，埋深10.53m，面积4.52km2。2014年漏斗中心水位标高139.93 m，埋深10.28m，面积9.39 km2，与2013年同比水位上升了0.25 m，面积扩大了5.87 km2。2015年漏斗中心水位标高139.78m，埋深13.22 m，漏斗面积8.60 km2，与2014年同比水位下降了0.15 m，面积减小了0.79 km2。2016年漏斗中心水位标高139.75 m，埋深13.25m，面积5.56 km2，与2015年同比水位下降了0.03 m，面积缩小了3.04 km2。龙沙漏斗在2014-2016年间基本呈平衡稳定状态。

建华厂漏斗形成在2000年后，2010年漏斗中心水位141.07 m，埋深7.14m，面积12.43km2，2013年中心水位140.43 m，埋深7.80m，面积2.66km2。2014年漏斗中心水位141.95 m，埋深6.28m，面积1.46km2，与2013年同比水位上升1.52 m，面积减小1.2 km2。2015年漏斗消失。

昂区漏斗形成在2000年后，2010年漏斗中心水位137.75 m，埋深4.25m，漏斗面积55.30km2，2013年漏斗中心水位138.49 m，埋深3.51m，面积12.18km2。2014年漏斗中心水位138.68 m，埋深3.32m，面积12.08km2，与2013年同比水位上升0.19 m，面积缩小0.1 km2。2015年漏斗中心水位138.68 m，埋深3.32m，面积9.49km2，与2014年同比水位保持不变，面积缩小2.59 km2。2016年漏斗中心水位136.86 m，埋深5.14m，面积20.48km2，与2015年同比水位下降1.82 m，面积扩大了10.99 km2。由此可见昂区漏斗在2014-2015年呈平衡稳定状态，2016年间呈扩大之势。

综上所述，由于市区集中开采承压水形成的龙沙水厂、建华水厂、富区、昂区四个降落漏斗，在2014-2016年间，龙沙漏斗呈扩大的趋势，富区漏斗基本呈平衡状态，建华漏斗萎缩消失，昂区漏斗2014-2015年呈平衡状态，2016年呈扩大状态。虽然由于人工开采引起局部承压水头的小区域降低形成了漏斗，但中心水位降低较小，降深最大的龙沙漏斗自98年至今中心水位降深约4m，约为承压水水头高度的1/10，开采的水资源应属承压水弹性释放储量，属于承压水自然调节平衡范畴内，不构成破坏性开采。

3 影响地下水动态的主要因素

区内影响地下水动态的主要因素可分为两大类：自然因素和人为因素。

1)自然因素主要是降水量对地下水的影响。降水量是地下水水位变化的主要影响因素，降水的周期性变化，水位也相应的变化。根据齐齐哈尔市气象局资料，区内降水量多集中在6—9月份，占年降水量的70%-80%，由于区内大部分地区包气带薄且不连续，地形坡度小或低洼易积水，易于接受大气降水的垂直渗入，因此降水量大部分渗入地下转化为地下水，使潜水位和承压水位抬高，根据齐市地区多年的观测资料显示，一般月降水量大，潜水水位就明显上升，水位上升迟于降水期，是降水渗透过程所致。承压水受降水影响相对较差，水位抬高较潜水滞后，水位变幅也较之潜水小。

2)人为因素主要是指人工开采利用对地下水的影响。人类活动中对地下水的开采直接对地下水水位产生一定的影响，由于区内市区大量集中持续的开采承压水，直接使承压水位降低，在局部区域产生降落漏斗，导致局部地下水流场的改变，使局部区域的补给条件也发生变化，随承压水头高度降低，承压水与潜水水压力差值变大使上部的潜水通过弱隔水层或“天窗”补给下部承压水的量增大，将上部水质较差的潜水补充给下部承压水。