衡水市浅层地下水时空动态变化特征分析

于晓彤

（河北省衡水水文勘测研究中心，河北 衡水 053000）

衡水市为华北平原水资源最为匮乏的地区之一。由于长期超采深层地下水，区域地下水位不断下降，形成地下水降落漏斗，进而引发地裂缝、地面沉降、地下水水质污染等环境地质问题。为解决地下水严重超采问题，国家有关部门逐步开展了华北地区地下水超采治理工作，使衡水深层地下水超采状况得到有效缓解，但水资源供需矛盾依然严峻，且对浅层地下水的开发利用需求十分迫切[1]。

浅层地下水资源量为地下水饱和含水层逐年更新的动态水量，可以直接接受大气降水和地表水补给。浅层地下水资源为水资源的重要组成部分，受地质构造及水文地质条件等因素影响，与大气降水资源和地表水资源密切联系，互相转化。本文通过研究衡水不同水平年浅层地下水动态特征及其对降水的响应，为合理高效开发利用衡水浅层地下水提供一定参考。

1 研究区概况

衡水位于河北省东南部平原区，属于温带大陆性季风气候，多年平均降水量509.7 mm，年蒸发量129.5 mm。地势平坦，海拔12～30 m，属于冲洪积、冲湖积平原地貌，根据第四系地层特征，平面上横跨3 个构造单元，即西北部冀中坳陷区、中部沧县隆起区和东南部黄骅坳陷区；垂向上自上而下划分为4 个含水组即第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水组，第Ⅰ、Ⅱ含水组为浅层地下水，第Ⅲ、Ⅳ含水组为深层地下水[2]。

本文研究浅层地下水，其补、径、排条件在天然状态下受其所在地域的地形地貌及含水层岩性等因素的制约。衡水浅层地下水属于潜水和微承压水，位于第Ⅰ、Ⅱ含水组，岩性以粉砂为主，大气降水入渗、地表水渗漏为其主要的补给来源。由于衡水地势平缓，地下水水力坡度小于1/400，地下水径流较弱，侧向补给量、排泄量很小，所以人工开采、潜水蒸发、越流排泄为其主要排泄方式。

2 数据来源

20 世纪70年代，为全面掌握衡水地下水动态，衡水水文中心设立了人工地下水观测井，如今衡水形成由366 眼监测井组成的地下水自动监测站网。本文选取衡水参与河北省地下水情况通报浅层地下水自动监测站，并从中选取代表不同层位埋深的地下水代表站。由于降水补给为浅层地下水资源主要补给来源，不同水平年降水量大小直接影响当年地下水水位变幅情况。2019—2021年衡水降水量分别为382.5、510.4、843.7 mm，将其作为枯、平、丰水平年的代表年。

3 浅层地下水时间动态变化特征

通过对2019—2021年衡水浅层地下水自动监测站网监测井埋深数据统计，衡水浅层地下水动态类型主要有降水入渗蒸发型、农业灌溉-降水入渗越流型、降水入渗开采型。

3.1 降水入渗蒸发型

该类型浅层地下水补给项主要为降水入渗，排泄项主要为潜水蒸发，主要分布于桃城区中部、南部，冀州区北部，故城县北部、东部，地下水埋深小于5 m。2021年故城县青罕浅层地下水埋深动态变化，如图1所示。

图1 2021年故城县青罕浅层地下水埋深动态变化

该类型地下水动态变化年内可分为3 个阶段：第1阶段发生在1—5月，浅层地下水埋深逐渐增大，此阶段大气降水较少，不足全年的20%，随着3、4 月气温回升，植被生长，潜水蒸发作用不断增强，地下水位逐渐下降；第2 阶段发生在5—10 月，涵盖整个雨季，浅层地下水埋深不断减小，此阶段为全年降水的集中发生时节，占全年的66%以上，而蒸发作用在此阶段减弱，降水入渗作用占主导地位，地下水位大幅度回升，而埋深最小峰值晚于降水最大峰值，说明降水入渗补给地下水具有滞后性[3]；第3阶段发生在10 月至年末，地下水埋深不断增大，此阶段降水大幅减少，潜水蒸发逐渐成为主要影响因素，地下水位不断下降。

3.2 农业灌溉-降水入渗越流型

该类型浅层地下水补给项为农业灌溉入渗、降水入渗，排泄项主要为越流排泄，主要分布于桃城区西北部，冀州区，武邑县，深州市南部，景县、阜城县西部等有咸水分布的农灌区，地下水埋深多为5～15 m。2020年桃城区代家口浅层地下水埋深动态变化，如图2所示。

图2 2020年桃城区代家口浅层地下水埋深动态变化

该类型地下水动态变化年内可分为4 个阶段：第1阶段发生在1—5月，浅层地下水埋深逐渐减小，此阶段1—3 月降水量较少，引黄、引卫等地表水引水工程有效缓解了春灌用水短缺，农业灌溉入渗水量占主导地位，4—5 月降水量增多，浅层地下水位逐渐上升；第2阶段为5—7月初，浅层地下水埋深不断增大，此阶段深层地下水开采量大、埋深大，潜水越流补给承压水[4]，降水及引水工程补充不足，浅层地下水位快速下降；第3 阶段发生在7—10 月，浅层地下水埋深不断减小，此阶段大量的降水使地下水得到补充，地下水位不断回升，且降水入渗补给地下水具有滞后性；第4阶段发生在10月至年末，此阶段降水大幅减少，地下水埋深不断增大。

3.3 降水入渗开采型

该类型为衡水浅层地下水典型动态类型，补给项主要为降水入渗，排泄项主要为人工开采，广泛分布于衡水北部、东部、南部淡水分布区，地下水埋深为10～50 m。 2020年安平县安平浅层地下水埋深动态变化，如图3所示。

图3 2020年安平县安平浅层地下水埋深动态变化

该类型地下水动态变化年内可分为4 个阶段：第1 阶段发生在1、2 月，无地下水开采，地下水埋深缓慢减小；第2 阶段发生在2 月末至6 月初，降水量较少，而农业开采量较大，地下水埋深迅速增大，5 月降水增大使地下水位短暂回升后继续下降；第3 阶段发生在6—9 月，降水量较大，农业开采量减少，地下水位埋深不断减小，且降水入渗补给地下水具有滞后性；第4 阶段发生在9 月末至年末，降水量减少，秋灌开采使地下水位短暂下降后缓慢回升。

4 浅层地下水空间动态变化特征

对衡水浅层地下水动态类型分析，发现降水补给为浅层地下水补给最主要来源。采用2019—2021年衡水浅层地下水自动监测站网地下水埋深监测数据，利用地统计学插值分析法绘制衡水不同水位期地下水埋深分布，分别如图4—6所示。

图4 2019年衡水低水位期（6月）与高水位期（9月）埋深分布

从图4—6 可以看出，衡水浅层地下水埋深整体呈现自西北向东南方向递减分布特点，大部分区域埋深在1～15 m，年内变幅约在0～5 m，中部、东南部部分区域埋深较浅，小于5 m，而北部区域埋深最大且变幅大，高水位期（12 月）埋深为30～50 m，低水位期（6月）埋深为30～70 m。

对比衡水浅层地下水不同水平年高、低水位期特征值发现，不同水平年低水位期地下水埋深覆盖范围与面积空间变化不明显，而高水位期受汛期降水补给影响，0～10 m 埋深覆盖范围与面积出现明显增大趋势。枯水年（2019年）高水位期比低水位期0～10 m 埋深覆盖范围及面积为减少趋势，10～50 m 埋深覆盖范围及面积为增大趋势，这是由于汛期降水补给不足导致的，而且侧面反映了浅层地下水埋深动态变化受降水入渗深度影响，极限深度小于10 m[5]。平水年（2020年）高、低水位期埋深覆盖范围与面积空间变化不明显。丰水年（2021年）高水位期比低水位期0～10 m 埋深覆盖范围及面积为明显增大趋势，10～15 m 埋深覆盖范围及面积为明显减小趋势，说明丰富的降水补充了地下水存量，抬升了地下水水位。衡水浅层地下水不同水平年高、低水位期特征值，详见表1。

表1 衡水浅层地下水不同水平年高、低水位期特征值

5 结论

在地下水超采治理背景下，本文以2019—2021年衡水浅层地下水自动监测站地下水埋深数据为基础，通过分析研究得出如下结论。

（1）近几年，浅层地下水动态类型主要有降水入渗蒸发型、农业灌溉-降水入渗越流型、降水入渗开采型。分析浅层地下水动态变化特征，得出以下结果：降水入渗蒸发型分布于地下水埋深小于5 m 的区域，年内地下水动态变化可分为3 个阶段，水位年初至年末经历下降-回升-下降；农业灌溉-降水入渗越流型多分布于有咸水的农灌区，地下水埋深约在5～15 m，年内地下水动态变化可分为4 个阶段，水位年初至年末经历上升-快速下降-快速上升-下降；降水入渗开采型广泛分布于衡水淡水分布区，地下水埋深约在10～50 m，年内地下水动态变化可分为4 个阶段，水位年初至年末经历短暂上升-持续下降短暂回升后快速下降-阶段上升-短暂下降后上升。

（2）降水入渗为地下水主要补给来源，结合降水年内变化，从3 种地下水动态类型均能反映出降水入渗补给地下水具有滞后性。

（3）利用地统计学插值分析法绘制衡水不同水位期地下水埋深分布图，发现衡水浅层地下水埋深整体呈现自西北向东南方向递减分布特点，大部分区域在1～15 m，年内变幅约在0～5 m，而北部区域最大且变幅大。不同水平年低水位期地下水埋深覆盖范围与面积空间变化不明显，而高水位期受汛期降水补给影响，0～10 m 埋深覆盖范围与面积丰水年出现明显增大趋势。