子牙河沖洪積扇系統地下水動態特征研究

許偉，張發旺，張威

（1.石家莊經濟學院，石家莊 050031；2.中國地質科學院巖溶地質研究所，廣西桂林 541004；3.中國地質科學院水文地質環境地質研究所，石家莊 050061）

子牙河沖洪積扇系統地下水動態特征研究

許偉1，張發旺2，張威3

（1.石家莊經濟學院，石家莊 050031；2.中國地質科學院巖溶地質研究所，廣西桂林 541004；3.中國地質科學院水文地質環境地質研究所，石家莊 050061）

研究區地處子牙河地下水系統上游，為典型沖洪積扇地貌，其地下水動態變化會對下游系統產生明顯的影響。根據系統特征劃分地下水動態類型為山前開采型和側向補給—徑流—開采型，研究地下水動態的變化特征和影響因素。結果表明研究區地下水補給、徑流、排泄條件隨地下水開采量、降雨量等因素發生變化，并可根據其變化規律推測下游地區地下水動態特征。

沖洪積扇；地下水水位；特征分析；動態類型；影響因素

地下水動態是一個復雜的自然過程在某一特定的環境下，在多種因素作用下的外觀表現［1］。我國對于地下水水位的監測始于20世紀50年代，主要以區域范圍進行監測及評價，而專門對某一地貌特征對于地下水位的影響進行研究的較少。

子牙河沖洪積扇地區具有特殊的含水層結構，又地處華北平原較高的地勢，具有很高的研究價值，因此，研究其地下水動態變化，查明補給來源、徑流量、排泄途徑，對研究區及下游地區的地下水資源利用和保護具有重要作用。

1 研究區概況

子牙河沖洪積扇系統位于河北省西南部，東南方向與滹沱河古河道帶系統及漳衛河系統相鄰，西以太行山為界，北與大清河系統接壤，區域地勢西高東低，面積9241km2，為海河地下水系統的子系統，由滹沱河沖洪積扇子系統和滏陽河沖洪積扇子系統組成。行政區劃包括石家莊、邢臺、邯鄲部分地區。本區地處中緯度歐亞大陸東緣，屬于暖溫帶大陸性季風氣候。季節性變化顯著，地面的高低氣壓活動比較頻繁，四季分明，寒暑懸殊，干濕期明顯，雨量主要集中在夏季和秋季，且時空分布不均。子牙河沖洪積扇系統地貌見圖1，研究區主要由山區沖洪積扇及沖洪積扇平原組成，靠近山區，地勢由西向東逐漸降低。

圖1 子牙河沖洪積扇研究區觀測井分布

2 系統水文地質特征

系統由滹沱河沖洪積扇子系統和滏陽河沖洪積扇子系統組成，滹沱河沖洪積扇子系統面積4327km2，含水層層次分明，巖性主要為粗砂、礫石、卵石，導水系數在西部明顯大于東部，西部1000～5000m2/d，東部100～300m2/d。

滏陽河沖洪積扇子系統面積4914km2，含水層結構單一，巖性由西向東由以粗砂、細砂為主變為以中砂、粗砂為主，導水系數在沖洪積扇軸部1000～5000m2/d，扇間帶100m2/d［2］。

根據沉積物巖性和含水層的水力特征，依據水文地質條件將本區地下水劃分為3個含水層組［3］。

第1含水層組層底最深處50m，此層的地下水開發利用意義并不大，但是對環境的保護和研究起到重要作用。在沖洪積扇地區到沖洪積扇間及前緣地帶，含水層粒度由大變小，透水性由強變差，入滲補給和儲存條件也逐漸變差。

第2含水層組層底最深處200m，地下水徑流量大，上部屬于微承壓，半承壓地下水，是主要的農業用水開采層。下部較為深層的承壓地下水，是目前生活和工業用水的主要來源，水循環緩慢，開發利用受到嚴格的控制。

第3含水層組層底最深處300m，是目前深層承壓地下水主要開采層。

3 地下水動態類型

我國的地下水檢測始于20世紀50年代，近些年隨著地下水監測網的不斷完善和計算機相關軟件的應用，對基礎數據的分析途徑逐漸增多，尤其是數據庫的應用，更使檢測數據變得直觀，分析方法也更靈活。本次研究使用GIS技術，把對地下水動態有明顯影響的因素進行疊加，結合監測數據將研究區進行分區，分區時充分考慮了地下水動態的影響因素和各個觀測點水位的宏觀動態變化特征，最后將研究區地下水動態劃為山前開采型和側向補給—徑流—開采型［4］。

3.1 山前開采型

山前地區地下水開采集中，開采程度較高，尤其是位于大城市及主要城鎮的附近，這些地區工業農業用水相對集中，如石家莊地區地下水開采程度高。年內該區的地下水變化特點。如圖2所示，地下水位年內整體變化不劇烈，1～4月降水量較少，地下水位變化不明顯；5～8月降水較豐富，地下水位受降水的影響不明顯或影響相對滯后；9～12月降雨量再次減少時，地下水位同樣沒有出現劇烈的變化，但整體來看地下水位的波動性明顯。

圖2 山前開采型地區2009年地下水位變化過程線

3.2 側向補給—徑流—開采型

此區域位于沖洪積扇地帶，年內地下水變化特點如圖3可知，最低水位出現在每年4月或5月，此時降雨量沒有明顯增加，但農業灌溉用水增加，致使地下水位下降明顯；6～8月降水量增大，由于含水層接受補給能力較強，該區地下水水位受山區含水層側向補給的水量較大，地下水位回升較明顯；9～12月降水量減小，農業灌溉用水有所增加，使地下水位又有所回落。同時此區域內徑流條件好，入滲能力強，地下水水位波動性明顯，對下游地區的補給量也受到地下水位的變化呈現波動性。

圖3 側向補給—徑流—開采型地區2009年地下水位變化過程線

4 地下水動態與水文地質條件的關系

4.1 地下水的水位變化

地下水總流向由山前平原向中部平原，流線以沖洪積扇頂部為端點，呈輻射狀。

因受氣象、水文等因素的影響，地下水水位在山前開采型地區變化不明顯。在側向補給—徑流—開采型地區，地下水水位年內的變化分3個階段：①春季氣候干燥，降水量少，3～4月份降水偏少，農業用水增加，使地下水位下降，5月份前后水位降到最低值；②夏季降水豐富，5～9月降水占全年降水量的63%～75%，地下水補給量增加，地下水水位回升；③10月至次年2月為水位調整期，因秋季晴朗少雨，農業用水增加，水位波狀下降，冬季氣候寒冷，干燥降水量少，農業用水量減小，水位緩慢上升。綜合多年數據分析，地下水水位年際出現波動，變化特點見圖4。近幾年地下水位整體為下降趨勢，局部區域形成了地下水位（頭）降落漏斗，遇豐水年，降水入滲補給和河川徑流補給增加，地下水受到補給量增加的影響，水位將會上升。近些年隨著人們對地下水保護力度的加大及倡導節約用水的推廣，地下水水位下降速度減慢。

圖4 子牙河沖洪積扇水文要素變化走勢曲線

4.2 地下水補徑排的特征變化

隨著人類活動的影響，地下水補徑排條件也發生了變化。本區地下水的補給來源，主要為大氣降水入滲補給、山區側向徑流補給、河道滲漏補給。太行山區河流出山口含水層透水性強，含水層呈扇狀結構分布，主要由礫石、卵石及中粗砂為主，是接受山區側向徑流流入補給的主要地段。在沖洪積扇頂部，以含礫砂與含卵石砂為主，具有較好的降水入滲補給條件［2］。同時山區河流出山口地下徑流流入平原區，對下游含水層的補給量也比較大。

自20世紀60年代以來，隨著人類對地下水開采量的增加和降水量的減少，子牙河沖洪積扇系統地下水的補給方式也發生了變化，由初期的降水入滲補給、山前側向徑流補給和河道滲漏補給之外，增加了渠道滲漏補給和灌溉回歸補給［5］。研究區自20世紀50年代以來，降水量趨于減少，以石家莊為例，1956～2002年，平均降水量531.2mm，1958～1978年平均降水量557.2mm，1979～2002年506.7mm，平均較前期低9.07%，較多年平均值低4.66%［4］。

受此影響，研究區內的河川徑流量明顯減少，在某些年份河道還會發生斷流現象。區域內子牙河、滏陽河等河道在20世紀60年代前水量豐富，能夠通航；到70年代，各河道中水量減少明顯，航運基本停止；到80年代，主要河道幾乎干涸。近些年研究區內修建的山前水庫，其水庫壩基截影響也使地下水的側向補給量減少。

地下水的排泄方式主要是徑流、潛水蒸發，河道排泄，或以泉的形式排泄［6］。在地下水位埋藏較淺的地區，潛水蒸發量比較大，主要集中于春季和秋季；但隨著地下水位的下降，潛水蒸發能力越來越弱，超過蒸發臨界深度則停止蒸發。由于近些年地下水水位下降，地下水排泄轉變為人工開采地下水為主的消耗方式。在枯水期河道兩側水位較高時，地下水通過河道排泄。

4.3 系統對下游補給的影響

下游系統主要為古河道帶，河床沉積作用明顯，平原地區多洼地、湖沼，含水層在垂面由砂層粉砂層過度為粗砂層或卵石層。地下水系統補給主要為大氣降水入滲補給和上游徑流補給，由于地勢變平緩，地下水徑流減慢，排泄方式減少，遇豐水年降雨量偏大，以及上游徑流補量增加，容易形成洪澇災害。因此上游系統的徑流補給及排泄量對下游系統的影響作用明顯。

5 結語

（1）研究區降水總量的減少、入滲條件的變化，地下水徑流條件的變化，排泄方式的轉變是影響地下水動態變化的主要原因。

（2）研究區的地下水位下降，改變了地下水的天然流場狀態，對人民群眾生產生活造成了很多不利影響。近些年區域內許多地區控制地下水開采，地下水位下降出現明顯減緩的趨勢，地下水位降落漏斗的發展趨勢減緩，受豐水年降水補給影響，某些區域地下水位有所回升。

（3）研究系統處于華北平原較高地勢的區域，其地下水徑流是下游系統的補給來源之一，其地下水徑流量的減少及地下水排泄方式發生的變化都會對下游系統的補徑排特征產生影響。因此，保護水資源、節約用水、防止地下水位持續下降、加強地下水動態觀測等工作，對系統及下游系統都具有重要的意義。

［1］陳葆仁，洪再吉，等.地下水動態及其預測［M］.北京：科學出版社，1988.

［2］張兆吉，費宇紅，陳宗宇，等.華北平原地下水可持續利用調查評價［M］.北京：地質出版社，2009.

［3］張光輝，費宇紅.太行山前平原區地下水調蓄靶區可利用庫容及其特征研究［R］.中國地質科學院水文地質環境地質研究所，2005.

［4］王仕琴，宋獻方，王勤學，等.華北平原淺層地下水水位動態變化［J］.地理學報，2008，63（5）：462-472.

［5］王春澤，張石春，張建平.河北平原區近30年地下水動態及可持續利用對策［J］.河北水利，2005（5）：14-16.

［6］張宗祜，施德鴻，沈照理，等.人類活動影響下華北平原地下水環境的演化與發展［J］.地球學報，1997，18（4）：337-344.

Rearch on Groundwater Dynamic Characteristics in Alluvial-fan of Ziya River System

XU Wei1，ZHANG Fa-wang2，ZHANG Wei3
（1.Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang 050031，China；
2.Institute of Karst Geology，GAGS，Guilin 541004，China；
3.The Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，CAGS，Shijiazhuang 050061，China）

The alluvial-fan of Ziya river system locates at the upstream of Ziya river groundwater system，is the typical alluvial-fan landscape，the variation of its dynamic can generate obvious influence to the downstream system.On the basis of system characteristic，the type of groundwater is divided into two parts，piedmont mining type and lateral suppliesrunoff-mining type，and researched the change characteristic and influence factor of groundwater dynamic.The results show that the groundwater recharge，runoff and discharge conditions change with the variation of groundwater resources，rainfall factors，and then conjecture the regularities of dynamic characteristics of downstream system.

alluvial-fan；groundwater level；characteristics analysis；dynamic type；influence factor

P641

A

1672-9900（2013）01-0007-04

2012-09-06

973項目“華北平原地下水演變機制與調控”（2010CB428800）

許偉（1980－），女（漢族），北京人，碩士，主要從事地下水循環與模擬方面研究，（Tel）13932143221。

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