黃淮平原地下水流場(chǎng)變化及主要環(huán)境地質(zhì)問題

王喜軍

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南 鄭州 450053)

黃淮平原地下水流場(chǎng)變化及主要環(huán)境地質(zhì)問題

王喜軍

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南 鄭州 450053)

20世紀(jì)90年代，黃淮平原地下水開采量較小，地下水流場(chǎng)基本處于天然狀態(tài)，到2010年地下水開采量達(dá)到52.32×108m3，地下水流場(chǎng)發(fā)生變化，局部變化明顯，引起相應(yīng)環(huán)境地質(zhì)問題。本文通過對(duì)20年間地下水流場(chǎng)對(duì)比，主要論述了地下水流場(chǎng)變化特征和引起的主要環(huán)境地質(zhì)問題，為黃淮平原地下水資源管理提供參考。

地下水流場(chǎng);變化;黃淮平原;環(huán)境地質(zhì)問題

1 黃淮平原自然地理概況

1.1 位置交通

黃淮沖積平原區(qū)，西北、西南為黃河沖積扇邊界，北部、東部為河南省界，南到河南省淮陽一帶。地理坐標(biāo):東經(jīng)113°20'～ 116°06'，北緯 33°20'～ 36°12'。行政區(qū)劃分屬鄭州、開封、商丘、周口、焦作、新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽、濮陽市，面積39 812 km2。

1.2 地形地貌

黃淮沖積平原，位于河南省的東部。西與太行山、嵩箕山、伏牛山山前傾斜平原相接，北、東、南分別與河北平原、魯西平原、淮北平原相連。地形總趨勢(shì)西高東低，地面標(biāo)高95～40 m之間。黃河由西向東從平原的中部流過，至蘭考東壩頭折向東北，沿豫魯兩省的邊界地帶流出河南。由于黃河高含泥沙，在人工大堤的約束下形成世界上著名的“地上懸河”。河床一般高出堤外平原3～5 m，最高達(dá)10 m之多，成為南北平原的分水嶺，南面屬淮河流域;北面屬黃河流域。黃河以北，地勢(shì)由西南向東北緩傾斜，地面平均坡降1/4 000～1/7 000。該區(qū)是歷史上黃河決口、改道最頻繁的地區(qū)，地表仍有河道變遷的遺跡?，F(xiàn)黃河及明清故道以南，地勢(shì)由西北向東南緩傾斜，地面平均坡降約為1/2 000～1/5 000。這一地區(qū)是歷史上黃河決口南泛的主要波及區(qū)，決口泛濫所遺留的沙地、沙丘和沙崗、決口洼地、決口扇等均有分布，特別是沙地、沙丘、沙崗分布廣泛。

2 地下水資源開發(fā)利用歷史

區(qū)內(nèi)地下水的開發(fā)利用，以開采淺層地下水為主，城鎮(zhèn)區(qū)供水以深層地下水為主。建國初期，只有少量的土井開采地下水用于農(nóng)灌和居民生活;1953年才開始施工機(jī)電井，1960年，農(nóng)灌機(jī)井?dāng)?shù) 0.64萬眼，井灌面積164萬畝，估算地下水開采量為 4.9×108m3，其中淺層地下水的開采量占95%以上;60年代，井灌發(fā)展很快，至1970年底機(jī)井總數(shù)達(dá)6.65萬眼，井灌面積 445萬畝，估算地下水開采量 11.3×108m3，其中淺層水占95%以上。

80年代，機(jī)井灌溉持續(xù)發(fā)展，地下水開采量隨之增加，到1980年機(jī)井總數(shù)達(dá)到25.8萬眼，井灌面積753萬畝，當(dāng)年開采量22.7×108m3，淺層水開采量占95%以上。豫北地區(qū)井灌開采強(qiáng)度較大，局部出現(xiàn)超采現(xiàn)象，地下水位呈區(qū)域性持續(xù)下降趨勢(shì)，并逐步形成了漏斗區(qū)，如濮陽－清豐－南樂漏斗。

90年代井灌發(fā)展相對(duì)穩(wěn)定，工業(yè)與生活用水開采量逐年增加，從1980年的5.3×108m3增至1989的 18.0×108m3，80年代平均每年開采地下水40.43×108m3，淺層地下水占92%以上。

進(jìn)入21世紀(jì)00年代，地下水開采呈逐年增加趨勢(shì)，從1989年的42.11×108m3增至2010年的52.32×108m3，90年代平均每年開采地下水45×108m3，其中農(nóng)灌用水31.5×108m3，工業(yè)生活用水13.5×108m3，淺層地下水開采量占總開采量的92%。地下水開采量變化情況見表1。

表1 地下水開采量統(tǒng)計(jì)表 108m3

3 淺層地下水流場(chǎng)變化特征

3.1 天然狀態(tài)下地下水流場(chǎng)特征

天然狀態(tài)下(1991年)地下水流場(chǎng)，淺層地下水流場(chǎng)受地形和補(bǔ)給源控制，黃河現(xiàn)河道是下游平原地下水的分水嶺。黃河以北地區(qū)，地下水位由南北兩側(cè)高漸變至東西兩側(cè)高，大致沿修武－新鄉(xiāng)－濮陽一線為水位低槽帶，地下水由兩側(cè)向低槽中匯集，總體流向東北，流場(chǎng)形態(tài)為向北偏東開口的箕形。兩側(cè)水力坡度達(dá)1/1 000～1/2 000，低槽中水力坡度為1/4 000～1/5 000，地下水位埋深由西南部的1～2 m，漸變至東北部的8～10 m。黃河邊地下水位較淺，一般小于4 m，局部地段小于1 m。黃河以南地區(qū)地下水總體上自西向東逕流，在東部漸變?yōu)橄驏|南流動(dòng)，水力坡度1/4 000～1/5 000，地下水位埋深除開封、通許－杞縣－寧陵－鹿邑、商丘－虞城一帶大于4 m外，其余地段均小于4 m，局部地段埋深小于2 m。

3.2 開采條件下地下水流場(chǎng)特征

開采條件下(2010年)地下水流場(chǎng)，地下水流場(chǎng)形態(tài)與天然狀態(tài)下相差不大，形態(tài)仍為向北東開口的箕形，但在濮陽一帶形成了降落漏斗。黃河以北地區(qū)，地下水位的低槽帶位于延津 －濮陽一線，水力坡度1/2 000～1/3 000?；h －濮陽－內(nèi)黃一帶地下水埋深大于15 m，濮陽－清豐一帶大于20 m。黃河以南地區(qū)，在開封以西，地下水與地表水一樣，大致沿賈魯河為地下水的匯集低槽帶，通許以東，低槽基本不存在，地下水流向東南。蘭考—杞縣、寧陵—商丘—虞城一帶，地下水埋深大于5 m，其中商丘地下水埋深大于10 m。

3.3 淺層地下水流場(chǎng)變化特征

淺層地下水流場(chǎng)形態(tài)沒有大的變化，但是地下水流向有所變化，黃河對(duì)地下水的補(bǔ)給作用越來越明顯。黃河以北地區(qū)，地下水的低槽帶位于延津－濮陽一線，水力坡度1/2 000～1/3 000?；h－濮陽－內(nèi)黃一帶地下水埋深大于15m，濮陽－清豐一帶大于20m。地下水流場(chǎng)形態(tài)仍為向北東開口的箕形，黃河以南地區(qū)，在開封以西，地下水與地表水一樣，大致沿賈魯河為地下水的匯集低槽帶，通許以東，低槽基本不存在，地下水流向東南。黃河北大致以淇縣 －封丘－長垣－濮陽－范縣為界，西北為地下水下降區(qū)，最大降幅在滑縣－內(nèi)黃之間，降幅大于10 m，一般為2～5 m，東南除新鄉(xiāng)開采區(qū)外，地下水位略有回升，升幅一般小于2 m，黃河以南，地下水位均有下降，下降幅度一般在3m以內(nèi)，在鄭州市區(qū)、開封市區(qū)、尉氏縣城、商丘市區(qū)，形成降落漏斗，在漏斗區(qū)地下水降幅較大。

4 深層地下水流場(chǎng)變化特征

4.1 天然狀態(tài)下地下水流場(chǎng)特征

深層地下水流場(chǎng)(1981年)，形態(tài)與同期的淺層水流場(chǎng)形態(tài)相同，由于黃河影響帶淺層地下水水位較高，淺層地下水對(duì)深層地下水越流補(bǔ)給，造成黃河影響帶也是深層地下水的分水嶺。黃河北，深層地下水接受西北部境外的側(cè)向逕流補(bǔ)給，以及黃河影響帶越流補(bǔ)給后形成的側(cè)向逕流，地下水流場(chǎng)中部低兩側(cè)高，形成向北偏東方向開口的箕形。黃河南，地下水接受西部境外的逕流補(bǔ)給，同時(shí)受黃河影響帶越流補(bǔ)給影響，在開封以西，大致沿地表水體賈魯河形成低槽，開封以東，地下水流向東南。

4.2 開采條件下地下水流場(chǎng)特征

由于近年來，城市大量開采深層地下水，形成以濮陽、鄭州、開封、商丘等為中心的降落漏斗，使城市區(qū)附近流場(chǎng)形態(tài)較天然狀態(tài)有較大改變，黃河影響帶仍是深層水的分水嶺，也是重要的補(bǔ)給源。黃河以北以濮陽為中心，形成開采降落漏斗，地下水位埋深大于30 m。據(jù)商丘市降落漏斗資料，深層地下水每年以2.0～2.5 m的速度下降，漏斗中心現(xiàn)水位埋藏深度已達(dá)60 m。外圍水位埋深30～35 m。城市區(qū)外圍的大部分地區(qū)地下水流場(chǎng)變化不大。

4.3 深層地下水流場(chǎng)變化特征

黃河影響帶淺層地下水水位較高，淺層地下水對(duì)深層地下水越流補(bǔ)給，造成黃河影響帶也是深層地下水的分水嶺。黃河北，深層地下水接受西北部境外的側(cè)向逕流補(bǔ)給，以及黃河影響帶越流補(bǔ)給后形成的側(cè)向逕流，地下水流場(chǎng)中部低兩側(cè)高，形成向北偏東方向開口的箕形。黃河南，地下水接受西部境外的逕流補(bǔ)給，同時(shí)受黃河影響帶越流補(bǔ)給影響，在開封以西，大致沿地表水體賈魯河形成低槽，開封以東，地下水流向東南。

近年來，城市區(qū)大量開采深層地下水，形成以濮陽、鄭州、開封、商丘等為中心的降落漏斗，使城市區(qū)附近流場(chǎng)形態(tài)較天然狀態(tài)有較大改變，黃河影響帶仍是深層水的分水嶺，也是重要的補(bǔ)給源。黃河以北以濮陽為中心，形成開采降落漏斗，地下水位埋深大于30 m。據(jù)商丘市降落漏斗資料，深層地下水每年以2.0～2.5 m的速度下降，漏斗中心現(xiàn)水位埋藏深度已達(dá)60 m。外圍水位埋深30～35 m。城市區(qū)外圍的大部分地區(qū)地下水流場(chǎng)變化不大。

深層地下水水位年降幅，大致沿濮陽－長垣－滑縣 －新鄉(xiāng)－武陟 －開封－通許以西，地下水位降幅大于5m，該區(qū)域以東地下水降幅小于5 m，其中在濮陽市區(qū)、新鄉(xiāng)市區(qū)、鄭州市區(qū)、開封市區(qū)、商丘市區(qū)地下水降幅一般大于20 m，降幅最大的商丘，降幅達(dá)40 m。

5 地下水流場(chǎng)變化引起的主要環(huán)境地質(zhì)問題

5.1 局部地區(qū)地下水位持續(xù)下降

在開采地下水比較大的城市，如鄭州、商丘、開封、新鄉(xiāng)、濮陽等地，形成了大面積的降落漏斗。如:安陽 －鶴壁 －濮陽漏斗面積為5 648 km2，漏斗中心水位埋深30.65 m。新鄉(xiāng)市淺層地下水降落漏斗位于北站區(qū)一帶，漏斗中心位于周莊至楊九屯一帶，中心水位標(biāo)高 54.09 m，水位埋深為 17.71 m，漏斗面積200 km2(以68 m水位等值線圈定)。鄭州市淺層漏斗面積225 km2，中心水位埋深 32.9 m;深層漏斗面積491.0 km2，中心水位埋深 74.31 m，多年平均下降速率為2.2 m/a(表2)。漏斗區(qū)形成，水位的快速下降，表明開采大于補(bǔ)給。地下水供不應(yīng)求，是水資源緊張的表現(xiàn)。目前鄭州、商丘漏斗區(qū)水位埋深分別高達(dá)70、50余米，已造成原有水井提水設(shè)備報(bào)費(fèi)，水井出水量減小。

表2 漏斗特征一覽表

5.2 地面沉降

地下降落漏斗區(qū)的地面沉降主要是因?yàn)樗幌陆怠⒑畬訅嚎s引起的，地面沉降主要分布于開封市、新鄉(xiāng)市、濮陽市。開封市累計(jì)沉降量大于113 mm，對(duì)地面建筑物已有破壞性反映。新鄉(xiāng)1981.1 ～1984.6 月下沉了 450 mm，下沉速率為 13.1 mm/a。濮陽市自1996～2010年以來，沉降中心累計(jì)最大沉降量達(dá)45mm，年平均沉降量為3.75～12.67 mm。據(jù)多年觀測(cè)資料顯示，沉降中心位置基本未改變，沉降范圍在逐年擴(kuò)大，目前，沉降面積超過100 km2，沉降中心仍位于濮陽市。

5.3 地表水體及濕地萎縮，導(dǎo)致局部生態(tài)環(huán)境惡化

區(qū)域地下水位下降對(duì)一些地區(qū)有益，如鹽堿地的縮小、消失，擴(kuò)大了耕地面積，提高了耕地質(zhì)量，此乃一種正面作用，促使環(huán)境向好的方面轉(zhuǎn)化，但是也產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，部分地段河水?dāng)嗔鳎e水面積縮小或干涸，沼澤地消失，失去了魚類及其它生物的生存條件。如黃河故道兩側(cè)，原來地下水位埋藏淺，常年有積水，蘆葦叢生，是鳥類珍惜動(dòng)物的棲息場(chǎng)所，現(xiàn)在局部地段沼澤和積水消失，形成鹽漬化土地，失去了鳥類和珍惜動(dòng)物的棲息地。

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1004－1184(2012)01－0153－02

2011－11－11

王喜軍(1963－)，男，河南禹縣人，高級(jí)工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作。