松嫩平原地下水位動態影響因素分析

張梅桂，黃永明，蔡 賀

1．中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034；2．明達化工地質有限責任公司，北京100013

松嫩平原地下水位動態影響因素分析

張梅桂1，黃永明2，蔡 賀1

1．中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034；2．明達化工地質有限責任公司，北京100013

通過對實測數據進行統計、對比并繪制相關曲線，分析研究松嫩平原氣候、水文、地形地貌、地質與水文地質條件、土壤與植被等自然因素以及地下水開采與回灌等人為因素對地下水位動態的影響，認為：除降水量減少等自然因素外，人類治水工程和開采地下水等因素是造成松嫩平原水資源減少的重要原因，是影響松嫩平原地下水位動態變化的主要因素．

松嫩平原；地下水位；動態特征；影響因素

0 引言

地下水位動態是水量均衡的反映，是多種因素綜合影響的結果.我們通過2008～2010年松嫩平原地下水動態調查評價及研究工作，在前人工作的基礎上，增設人工監測井與自動監測井，對地下水環境監測網進行調整、優化和完善，實現對松嫩平原地下水動態的實時監測和統一監測.通過自動監測，可以獲得地下水位與水溫的實時監測數據；通過人工檢測，可以獲得地下水的水位與水質監測數據.

1 研究區自然地理與經濟概況

松嫩平原位于東北地區中西部，地跨黑龍江、吉林兩省和內蒙古自治區一小部分，地理坐標為東經121°21′～128°18′，北緯43°36′～49°26′，總面積18．7× 104km2.松嫩平原屬松花江流域，長約600 km，寬200～400 km，呈北東向展布.該區域四周高、中間低，為周邊向中部緩傾斜的半封閉式、不對稱盆地.東、西、北分別為長白山、張廣才嶺、小興安嶺和大興安嶺山地所環繞，南部以松遼分水嶺為界與遼河平原相鄰.松嫩平原地表水系發育，除發育有嫩江、松花江及其支流洮兒河、霍林河、綽爾河、雅魯河、阿倫河、諾敏河、訥謨爾河、烏裕爾河、呼蘭河等外，天然湖泊星羅棋布，總面積達4 176 km2.濕地廣泛分布，面積約為25 420 km2，主要的國家級濕地自然保護區有扎龍、向海和莫莫格等.

50年來，松嫩平原地區氣溫及降水的時空呈現規律性和趨勢性變化.研究結果表明［1］，50年來全區氣溫有顯著上升趨勢，平均氣溫升高幅度0．034 87℃/a.全區降水總體趨勢性變化不顯著，但還是呈現弱的減少趨勢，平均年降水量減少幅度為－0．007 83 mm/a.

松嫩平原是東北經濟區的主體，是我國主要的糧食產區和重要的能源、汽車、機械加工制造基地.隨著社會經濟的快速發展，對地下水的開發利用和依賴程度越來越高，從而引發了一系列的環境和生態問題，如地下水位持續下降、降落漏斗面積不斷擴大、土地荒漠化、水質污染趨勢加重等一系列與地下水有關的環境地質問題.由于該區處于溫帶半濕潤—半干旱過渡區，生態環境具有典型的過渡性和脆弱性，對外界擾動的抵抗能力較弱，在自然及人為等因子的擾動下，區域生態環境將會發生顯著改變［2］.

2 影響因素分析

2．1 自然因素

2．1．1 氣候

氣候變化是影響地下水動態的主要因素，它的作用緩慢、持久，影響面廣，具有季節性和多年周期性等特點.松嫩平原在近60年時間內氣候變化的總體特征是，氣溫逐漸升高，降水量緩慢下降.

在國內的相關研究中，中國東北地區因其緯度較高、增暖明顯而備受關注.東北地區是北半球歐亞大陸的第三個高增溫區，也是20世紀中國變暖趨勢最為明顯的地區之一.在全球氣候變暖的大背景下，松嫩平原出現了持續而且明顯的氣溫升高現象.根據中國氣象局近60年資料，松嫩平原20世紀60年代平均氣溫為2．92℃，到了80年代為3．43℃，增長了0．51℃，90年代猛增到了4．39℃，比80年代增加0．96℃，21世紀前10年平均氣溫為4．49℃，相比1990年代又有所增長，60來松嫩平原平均氣溫上升了1．57℃（圖1）.

圖1 松嫩平原平均氣溫變化圖Fig．1 Variation of average temperature of Songnen Plain

根據中國氣象局降水量資料，采用線性回歸方法分析可知，松嫩平原年平均降水量在過去的60年呈持續緩慢減少趨勢.特別是近30年來，降水量減少的趨勢更加明顯（圖2）.20世紀80年代松嫩平原平均降水量為495 mm，90年代為488 mm，21世紀前10年進一步減少到433 mm，比1980年代減少了62 mm.整個松嫩平原地區生長季降水量呈現出減少趨勢，減少量從西北向東南表現出遞加態勢［3］.氣溫升高和降水量的持續減少必然加劇松嫩平原的干旱化和荒漠化，對地下水環境造成不利影響.

圖2 松嫩平原降水量變化趨勢圖Fig．2 Variation of rainfall of Songnen Plain

氣候因素對地下水動態的影響，主要通過降水補給、蒸發排泄、地表土層凍結及凍融影響地下水潛水的動態，使其具有明顯的季節性和多年周期性變化.松嫩平原每年有一個豐水期和一個枯水期，其間地下水位都出現與之吻合的高低水位變化.雨季的早晚和持續時間的長短，控制著潛水高水位期形成的早晚和豐水期持續時間的長短.潛水位年變幅的大小與降水量的多少成正相關.每年7～9月是本區降雨集中的季節，降水量可占全年總降水量的70%～80%，此段時間地下水獲得大量降水滲入補給，地下水位逐漸升高，10月份達到最高并開始回落.潛水在每年的11月至翌年的3月凍結期，補給量明顯減少，蒸發度最小，水位緩慢下降（圖3）.

圖3 松嫩平原齊齊哈爾（2008～2009年）降水量與潛水水位變化曲線圖Fig．3 Variation of rainfall and water table of Qiqihar in Songnen Plain during 2008－20091—降水量（rainfall）；2—地下水位（groundwater level）

每年的4、5月是春旱季節，是全年的枯水期.4月份以后隨著溫度升高，凍結層融水下滲補給潛水，同時蒸發量也逐漸加大，水位變化主要受冬季降雪量控制.蒸發強度5月份最大，地下水位降至谷底，最低水位出現時間主要受首次降水時間及強度控制.

氣象因素具有多年變化周期，受其影響，地下水位出現與之對應的多年動態變化.豐水年降水量增多，地下水降水補給量增大，地下水水位上升；枯水年降水補給量減少，大約只有豐水年的一半，水位下降明顯.與氣候變化相比，地下水動態的變化在其速度和程度上都要緩和得多，存在一定的滯后現象.

2．1．2 水文

水文因素對地下水動態的影響，主要發生在河谷平原沿河一帶，如松花江、嫩江、呼蘭河、阿什河、拉林河等河谷兩側，是局部性的.對地下水的影響程度，主要取決于地表水與地下水之間的水力聯系情況，以及地表水與地下水之間的水位差.潛水呈現以一年為周期的升降變化，且幅度較大，規律性十分明顯，動態曲線呈現單峰型，波峰較尖，豐水期持續時間短.松嫩平原河流春汛時間短（3～4月），河水位變幅小，對地下水影響不明顯；隨著冰雪融化入滲和降水的增加，地下水水位逐漸回升；夏汛洪水期，影響范圍較大，有時可涉及整個河谷，河水補給潛水，地下水位升高（圖4）.一般年份，嫩江、松花江及其各主要支流洪水位可高出平水期水位1～5 m；特大洪水年可高出5～8 m，甚至淹沒漫灘的絕大部分，高水位期一般持續15～30天，其間河水大量補給地下水，引起地下水位明顯升高.

圖4 松花江漫灘區地下水水位動態變化曲線Fig．4 Variation of groundwater table of the flood plain of Songhuajiang River1—地下水位（groundwater level）；2—江水位（water level of river）

當河水補給潛水時，潛水位隨河水位的漲落而升降，但時間滯后于河水位的變化.距河越近，潛水位的變化幅度、漲落時間與河水位的變化情況越接近.隨著距河距離的增大，河水位變動的影響逐漸減弱，潛水位變化曲線逐漸平緩.潛水的水質距河越近越接近于河水的水質.

當河流排泄地下水時，越接近河流，潛水位變幅越小，遠離河流的河間地塊或分水嶺地段，水位變幅大.其原因是，降水入滲抬高地下水水位后，近河地段水力坡度迅速變大，徑流強烈，潛水位上升很少；遠河地段，水力坡度增大不多，徑流強度很少增大，故潛水位不斷抬高.

2．1．3 地形地貌

地質地貌等控制了地下水形成、分布的整體格架，形成了四周高中間低的徑流規律，形成了松嫩平原總體的地下水補給、徑流、排泄的規律；其次不同地質構造條件、地貌特征的差異性形成了地下水賦存規律的差異性.因此地質構造對地下水形成是起了整體控制作用.因此地質地貌是地下水環境的基礎條件.

地形地貌控制地下水位埋深，而水位埋深大小直接影響降水滲入補給的強弱.一般情況下，地勢低，地下水位埋深淺，降水補給量增大（水位埋深3～5 m，降水滲入補給量最大），水位變化明顯且頻繁；地勢高，水位埋深大，降水補給量變小，水位變化平穩而遲緩，在水位埋深大于40 m的地區，幾乎沒有降水滲入補給.因此，西部山前傾斜平原地下水的補給條件好于中部低平原，水位變化最明顯，中部低平原地下水的補給條件又好于東部高平原，中部低平原水位變化次之，東部高平原水位變化遲緩且平穩.地形地貌還控制降水再分配和地下徑流的強弱，影響地下水位的變化.地形起伏變化復雜，迂回曲折減緩了地表水徑流，延長了入滲時間，增加了對地下水的補給，同時也削弱了地下水徑流強度，進而使地下水位變化比地形簡單地區明顯.

2．1．4 地質與水文地質

地質作用中除地震、火山、滑坡等少數快速突變作用外，大多數是極其緩慢的，只是在地質年代中才反映出來.如構造運動、風化作用、變質作用等，對地下水的形成環境影響很大，但與氣候、水文因素相比，隨時間的變化是極其緩慢的，可視為相對穩定因素.因此，地質因素對地下水動態的影響并不反映在周期上，而是反映在形成特征方面.其中地質構造決定了地下水的埋藏條件（即含水層在水文地質剖面中所處的部位及受隔水層限制的情況）；巖性影響下滲、貯存和徑流強度；地貌條件控制了匯流條件.這些條件的變化，造就了地下水動態在空間上的變異性.

地層巖性影響滲透循環能力，在相同降水強度條件下，巖石的透水性能和給水性越好，潛水位的變化幅度就越小.包氣帶和含水層巖性顆粒越粗，透水性越強，降水滲入補給量大，地下水徑流通暢，降水滲入引起的水位升高一般峰值不顯著，水位年變化多在1 m左右，如砂礫石扇形地、砂土河谷平原、砂礫石臺地、淺丘狀（崗狀）砂礫石高平原.包氣帶和含水層顆粒細則透水性弱，降水滲入率小，地下水徑流遲緩，降水滲入補給引起水位變化明顯，一般會出現1～3 m的明顯峰值，如黃土狀土波狀高平原、砂土波狀高平原、砂土低平原等.

地質結構對地下水動態的影響，主要表現在承壓水的封閉性上.承壓水頂底板分布穩定，隔水層厚度大，封閉性越好，補給來源越單一，補給區、徑流區、排泄區分帶越明顯，地下水動態變化越小，峰值較低平，滯后于豐水期時間長.反之則地下水動態變化大，補、徑、排分帶性差，峰值與雨季相差時間短，地下水動態變化則大.

構造運動強烈地區，地殼活動可使潛水動態在短時間內出現急劇變化.尤其是地震有時可使地下水的水位和水質產生急劇變化.因此，監測地下水動態的異常變化，可以作為預報地震的一種重要手段.

2．1．5 土壤和植被

土壤和植被因素一方面通過影響下滲和蒸發間接影響地下水的動態，另一方面還對地下水的化學成分產生一定影響.

土壤因素主要反映在土壤對潛水水質的的影響與改變方面.潛水埋藏越淺，這種作用越顯著.在松嫩平原土壤鹽漬化和沼澤化地區，這種影響明顯地反映在潛水和土壤中鹽分的季節性變化和多年變化.

植被因素主要反映在植被對地下水動態的影響.植被，特別是森林植被，對地下水影響有兩重性.一方面森林地區植被的存在有利于水分的聚集，可以大大加強地下水的補給，而且可以延長補給期，進而影響地下水的動態；另一方面，森林植被的蒸騰是地下水的重要排泄途徑.植物根系吸收大量的水分，輸送至葉面，消耗于蒸騰，蒸騰的結果引起潛水動態發生季節性和多年變化.

2．2 人為因素

隨著國民經濟的發展和對水資源需求的增加，人為因素對地下水動態的影響越顯突出.人為因素對地下水動態的影響有兩方面的作用.一是人們為了開發利用和控制地下水動態所采取的一系列措施，如打井抽水、人工回灌等，是針對地下水有目的有計劃的活動；另一方面活動雖然其出發點并不是針對地下水動態的，但活動本身派生出對地下水動態影響的效果來，如灌溉農田、工礦企業用水、各種排水工程、引水蓄水工程等，這類活動對地下水的影響廣泛而深刻，持續時間長，并會隨國民經濟的不斷發展而不斷擴大.

人類開發利用地下水以及排水工程的運行使地下水儲存量減少并使地下水位下降，過量開采甚至造成區域性的水位下降.如哈爾濱、長春、綏化、大慶、齊齊哈爾等城市，由于長期抽取地下水，均形成了規模不等的水位下降漏斗.春季農灌期大量開采地下水，使枯水位大大降低，甚至造成雨季無法恢復，破壞了地下水的動態平衡.夏季降雨期抽水，則干擾了雨季高水位的形成.

人工開采，在時空分布上變化較大.城鎮生活和工業集中供水，常年開采地下水，區域及局部地段形成規模不等的地下水水位降落漏斗，漏斗中心水位下降較大.農業開采分散，主要在4～6月季節性開采.農田灌溉水回滲對地下水的影響，主要在江河沿岸及引地表水灌區.

在水庫、引水渠道和灌區周圍，由于水庫蓄水、渠道輸水和農田灌溉，人為增加了地表水對地下水的補給，使地下水位升高.如向海水庫、扎龍水庫、北引嫩干渠、引洮干渠、引拉干渠、前郭灌區、查哈陽灌區、洮兒河灌區等地，其周圍地下水位明顯抬高，形成次生鹽漬化與沼澤化.一般水庫或渠水位抬高1～3 m，地下水位也相應升高0．5～2 m，影響范圍可達0．2～1 km.因此，在引水灌區要合理控制灌水定額，控制回滲量.

3 結論與建議

松嫩平原地下水動態演化是自然因素和人類活動綜合作用的結果［4］.其中，氣象水文因素和人類活動影響著地下水環境演化的進程；地質地貌、水文地質條件等自然因素控制著流域地下水動力場空間展布規律和不同水文地質單元演化速率的差異性.

應深入研究松嫩平原地下水動態演化規律，科學制定地下水資源開發利用規劃，為人類的生存，保護好這片資源與環境.

［1］欒兆擎，章光新，鄧偉，等．松嫩平原50年來氣溫及降水變化分析［J］．中國農業氣象，2007，28（4）：355－358．

［2］趙海卿，張哲寰，陳艷麗．松嫩平原地下水位下降與環境負效應［J］．干旱區資源與環境，2010，24（1）：126－130．

［3］張偉，閆敏華，陳泮勤．松嫩平原近50年來生長季降水資源特征分析［J］．干旱區資源與環境，2007，21（10）：73－78．

［4］費宇紅，張兆吉，張鳳娥，等．華北平原地下水位動態變化影響因素分析［J］．河海大學學報：自然科學版，2005，33（5）：538－541．

ANALYSIS ON THE DYNAMIC IMPACTING FACTORS FOR THE GROUNDWATER TABLE OF SONGNEN PLAIN

ZHANG Mei-gui1，HUANG Yong-ming2，CAI He1
1．Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，CGS，Shenyang 110034，China；
2．Mingda Chemical Geology Co．，Ltd．，Beijing 100013，China

Based on statistics and comparison of surveyed data，with plotting of correlative curves，the Songnen Plain is studied on both natural and artificial factors that impact the groundwater table．The natural factors include climate，hydrology，topography，geology，hydrogeology，biology and soil．The artificial factors involve mining and recharge of groundwater．It is concluded that，beside the decrease of rainfall，the most important reasons for the reduction of groundwater resources in Songnen Plain are the water control projects and groundwater mining by human beings．That is the key factor to impact the dynamic change of groundwater table．

Songnen Plain；groundwater table；dynamic change；impacting factor

2015－01－07；

2016－04－22．編輯：張哲

中國地質調查局“松嫩平原地下水動態調查評價”項目（1212010813093）．

張梅桂（1965—），女，教授級高級工程師，主要從事水文地質、環境地質研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，

E-mail//syzhangmei@163.com

蔡賀（1963—），男，教授級高級工程師，主要從事水文地質、環境地質研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail// hljcaihe@163.com

1671-1947（2016）06-0563-04

P314.1；TU831

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