松嫩平原地下水位動(dòng)態(tài)影響因素分析

張梅桂，黃永明，蔡 賀

1．中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034；2．明達(dá)化工地質(zhì)有限責(zé)任公司，北京100013

松嫩平原地下水位動(dòng)態(tài)影響因素分析

張梅桂1，黃永明2，蔡 賀1

1．中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034；2．明達(dá)化工地質(zhì)有限責(zé)任公司，北京100013

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對(duì)比并繪制相關(guān)曲線，分析研究松嫩平原氣候、水文、地形地貌、地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、土壤與植被等自然因素以及地下水開(kāi)采與回灌等人為因素對(duì)地下水位動(dòng)態(tài)的影響，認(rèn)為：除降水量減少等自然因素外，人類(lèi)治水工程和開(kāi)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(dòng)態(tài)變化的主要因素．

松嫩平原；地下水位；動(dòng)態(tài)特征；影響因素

0 引言

地下水位動(dòng)態(tài)是水量均衡的反映，是多種因素綜合影響的結(jié)果.我們通過(guò)2008～2010年松嫩平原地下水動(dòng)態(tài)調(diào)查評(píng)價(jià)及研究工作，在前人工作的基礎(chǔ)上，增設(shè)人工監(jiān)測(cè)井與自動(dòng)監(jiān)測(cè)井，對(duì)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化和完善，實(shí)現(xiàn)對(duì)松嫩平原地下水動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)一監(jiān)測(cè).通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，可以獲得地下水位與水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；通過(guò)人工檢測(cè)，可以獲得地下水的水位與水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).

1 研究區(qū)自然地理與經(jīng)濟(jì)概況

松嫩平原位于東北地區(qū)中西部，地跨黑龍江、吉林兩省和內(nèi)蒙古自治區(qū)一小部分，地理坐標(biāo)為東經(jīng)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(zhǎng)約600 km，寬200～400 km，呈北東向展布.該區(qū)域四周高、中間低，為周邊向中部緩傾斜的半封閉式、不對(duì)稱(chēng)盆地.東、西、北分別為長(zhǎng)白山、張廣才嶺、小興安嶺和大興安嶺山地所環(huán)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(fā)育，除發(fā)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(dá)4 176 km2.濕地廣泛分布，面積約為25 420 km2，主要的國(guó)家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)有扎龍、向海和莫莫格等.

50年來(lái)，松嫩平原地區(qū)氣溫及降水的時(shí)空呈現(xiàn)規(guī)律性和趨勢(shì)性變化.研究結(jié)果表明［1］，50年來(lái)全區(qū)氣溫有顯著上升趨勢(shì)，平均氣溫升高幅度0．034 87℃/a.全區(qū)降水總體趨勢(shì)性變化不顯著，但還是呈現(xiàn)弱的減少趨勢(shì)，平均年降水量減少幅度為－0．007 83 mm/a.

松嫩平原是東北經(jīng)濟(jì)區(qū)的主體，是我國(guó)主要的糧食產(chǎn)區(qū)和重要的能源、汽車(chē)、機(jī)械加工制造基地.隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)地下水的開(kāi)發(fā)利用和依賴(lài)程度越來(lái)越高，從而引發(fā)了一系列的環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題，如地下水位持續(xù)下降、降落漏斗面積不斷擴(kuò)大、土地荒漠化、水質(zhì)污染趨勢(shì)加重等一系列與地下水有關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題.由于該區(qū)處于溫帶半濕潤(rùn)—半干旱過(guò)渡區(qū)，生態(tài)環(huán)境具有典型的過(guò)渡性和脆弱性，對(duì)外界擾動(dòng)的抵抗能力較弱，在自然及人為等因子的擾動(dòng)下，區(qū)域生態(tài)環(huán)境將會(huì)發(fā)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(dòng)態(tài)的主要因素，它的作用緩慢、持久，影響面廣，具有季節(jié)性和多年周期性等特點(diǎn).松嫩平原在近60年時(shí)間內(nèi)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(guó)內(nèi)的相關(guān)研究中，中國(guó)東北地區(qū)因其緯度較高、增暖明顯而備受關(guān)注.東北地區(qū)是北半球歐亞大陸的第三個(gè)高增溫區(qū)，也是20世紀(jì)中國(guó)變暖趨勢(shì)最為明顯的地區(qū)之一.在全球氣候變暖的大背景下，松嫩平原出現(xiàn)了持續(xù)而且明顯的氣溫升高現(xiàn)象.根據(jù)中國(guó)氣象局近60年資料，松嫩平原20世紀(jì)60年代平均氣溫為2．92℃，到了80年代為3．43℃，增長(zhǎng)了0．51℃，90年代猛增到了4．39℃，比80年代增加0．96℃，21世紀(jì)前10年平均氣溫為4．49℃，相比1990年代又有所增長(zhǎng)，60來(lái)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(jù)中國(guó)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(guò)去的60年呈持續(xù)緩慢減少趨勢(shì).特別是近30年來(lái)，降水量減少的趨勢(shì)更加明顯（圖2）.20世紀(jì)80年代松嫩平原平均降水量為495 mm，90年代為488 mm，21世紀(jì)前10年進(jìn)一步減少到433 mm，比1980年代減少了62 mm.整個(gè)松嫩平原地區(qū)生長(zhǎng)季降水量呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，減少量從西北向東南表現(xiàn)出遞加態(tài)勢(shì)［3］.氣溫升高和降水量的持續(xù)減少必然加劇松嫩平原的干旱化和荒漠化，對(duì)地下水環(huán)境造成不利影響.

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

氣候因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響，主要通過(guò)降水補(bǔ)給、蒸發(fā)排泄、地表土層凍結(jié)及凍融影響地下水潛水的動(dòng)態(tài)，使其具有明顯的季節(jié)性和多年周期性變化.松嫩平原每年有一個(gè)豐水期和一個(gè)枯水期，其間地下水位都出現(xiàn)與之吻合的高低水位變化.雨季的早晚和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，控制著潛水高水位期形成的早晚和豐水期持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短.潛水位年變幅的大小與降水量的多少成正相關(guān).每年7～9月是本區(qū)降雨集中的季節(jié)，降水量可占全年總降水量的70%～80%，此段時(shí)間地下水獲得大量降水滲入補(bǔ)給，地下水位逐漸升高，10月份達(dá)到最高并開(kāi)始回落.潛水在每年的11月至翌年的3月凍結(jié)期，補(bǔ)給量明顯減少，蒸發(fā)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(jié)，是全年的枯水期.4月份以后隨著溫度升高，凍結(jié)層融水下滲補(bǔ)給潛水，同時(shí)蒸發(fā)量也逐漸加大，水位變化主要受冬季降雪量控制.蒸發(fā)強(qiáng)度5月份最大，地下水位降至谷底，最低水位出現(xiàn)時(shí)間主要受首次降水時(shí)間及強(qiáng)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(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的多年動(dòng)態(tài)變化.豐水年降水量增多，地下水降水補(bǔ)給量增大，地下水水位上升；枯水年降水補(bǔ)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(dòng)態(tài)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(xiàn)象.

2．1．2 水文

水文因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響，主要發(fā)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(cè)，是局部性的.對(duì)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(lián)系情況，以及地表水與地下水之間的水位差.潛水呈現(xiàn)以一年為周期的升降變化，且幅度較大，規(guī)律性十分明顯，動(dòng)態(tài)曲線呈現(xiàn)單峰型，波峰較尖，豐水期持續(xù)時(shí)間短.松嫩平原河流春汛時(shí)間短（3～4月），河水位變幅小，對(duì)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(shí)可涉及整個(gè)河谷，河水補(bǔ)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(méi)漫灘的絕大部分，高水位期一般持續(xù)15～30天，其間河水大量補(bǔ)給地下水，引起地下水位明顯升高.

圖4 松花江漫灘區(qū)地下水水位動(dòng)態(tài)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(dāng)河水補(bǔ)給潛水時(shí)，潛水位隨河水位的漲落而升降，但時(shí)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(shí)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(dòng)的影響逐漸減弱，潛水位變化曲線逐漸平緩.潛水的水質(zhì)距河越近越接近于河水的水質(zhì).

當(dāng)河流排泄地下水時(shí)，越接近河流，潛水位變幅越小，遠(yuǎn)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(qiáng)烈，潛水位上升很少；遠(yuǎn)河地段，水力坡度增大不多，徑流強(qiáng)度很少增大，故潛水位不斷抬高.

2．1．3 地形地貌

地質(zhì)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(guī)律，形成了松嫩平原總體的地下水補(bǔ)給、徑流、排泄的規(guī)律；其次不同地質(zhì)構(gòu)造條件、地貌特征的差異性形成了地下水賦存規(guī)律的差異性.因此地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水形成是起了整體控制作用.因此地質(zhì)地貌是地下水環(huán)境的基礎(chǔ)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(bǔ)給的強(qiáng)弱.一般情況下，地勢(shì)低，地下水位埋深淺，降水補(bǔ)給量增大（水位埋深3～5 m，降水滲入補(bǔ)給量最大），水位變化明顯且頻繁；地勢(shì)高，水位埋深大，降水補(bǔ)給量變小，水位變化平穩(wěn)而遲緩，在水位埋深大于40 m的地區(qū)，幾乎沒(méi)有降水滲入補(bǔ)給.因此，西部山前傾斜平原地下水的補(bǔ)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(bǔ)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(wěn).地形地貌還控制降水再分配和地下徑流的強(qiáng)弱，影響地下水位的變化.地形起伏變化復(fù)雜，迂回曲折減緩了地表水徑流，延長(zhǎng)了入滲時(shí)間，增加了對(duì)地下水的補(bǔ)給，同時(shí)也削弱了地下水徑流強(qiáng)度，進(jìn)而使地下水位變化比地形簡(jiǎn)單地區(qū)明顯.

2．1．4 地質(zhì)與水文地質(zhì)

地質(zhì)作用中除地震、火山、滑坡等少數(shù)快速突變作用外，大多數(shù)是極其緩慢的，只是在地質(zhì)年代中才反映出來(lái).如構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、風(fēng)化作用、變質(zhì)作用等，對(duì)地下水的形成環(huán)境影響很大，但與氣候、水文因素相比，隨時(shí)間的變化是極其緩慢的，可視為相對(duì)穩(wěn)定因素.因此，地質(zhì)因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)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(zhì)構(gòu)造決定了地下水的埋藏條件（即含水層在水文地質(zhì)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(qiáng)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(dòng)態(tài)在空間上的變異性.

地層巖性影響滲透循環(huán)能力，在相同降水強(qiáng)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(qiáng)，降水滲入補(bǔ)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(tái)地、淺丘狀（崗狀）砂礫石高平原.包氣帶和含水層顆粒細(xì)則透水性弱，降水滲入率小，地下水徑流遲緩，降水滲入補(bǔ)給引起水位變化明顯，一般會(huì)出現(xiàn)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(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響，主要表現(xiàn)在承壓水的封閉性上.承壓水頂?shù)装宸植挤€(wěn)定，隔水層厚度大，封閉性越好，補(bǔ)給來(lái)源越單一，補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)分帶越明顯，地下水動(dòng)態(tài)變化越小，峰值較低平，滯后于豐水期時(shí)間長(zhǎng).反之則地下水動(dòng)態(tài)變化大，補(bǔ)、徑、排分帶性差，峰值與雨季相差時(shí)間短，地下水動(dòng)態(tài)變化則大.

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，地殼活動(dòng)可使?jié)撍畡?dòng)態(tài)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)急劇變化.尤其是地震有時(shí)可使地下水的水位和水質(zhì)產(chǎn)生急劇變化.因此，監(jiān)測(cè)地下水動(dòng)態(tài)的異常變化，可以作為預(yù)報(bào)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(guò)影響下滲和蒸發(fā)間接影響地下水的動(dòng)態(tài)，另一方面還對(duì)地下水的化學(xué)成分產(chǎn)生一定影響.

土壤因素主要反映在土壤對(duì)潛水水質(zhì)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(qū)，這種影響明顯地反映在潛水和土壤中鹽分的季節(jié)性變化和多年變化.

植被因素主要反映在植被對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響.植被，特別是森林植被，對(duì)地下水影響有兩重性.一方面森林地區(qū)植被的存在有利于水分的聚集，可以大大加強(qiáng)地下水的補(bǔ)給，而且可以延長(zhǎng)補(bǔ)給期，進(jìn)而影響地下水的動(dòng)態(tài)；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(jié)果引起潛水動(dòng)態(tài)發(fā)生季節(jié)性和多年變化.

2．2 人為因素

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)水資源需求的增加，人為因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響越顯突出.人為因素對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響有兩方面的作用.一是人們?yōu)榱碎_(kāi)發(fā)利用和控制地下水動(dòng)態(tài)所采取的一系列措施，如打井抽水、人工回灌等，是針對(duì)地下水有目的有計(jì)劃的活動(dòng)；另一方面活動(dòng)雖然其出發(fā)點(diǎn)并不是針對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的，但活動(dòng)本身派生出對(duì)地下水動(dòng)態(tài)影響的效果來(lái)，如灌溉農(nóng)田、工礦企業(yè)用水、各種排水工程、引水蓄水工程等，這類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水的影響廣泛而深刻，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并會(huì)隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展而不斷擴(kuò)大.

人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用地下水以及排水工程的運(yùn)行使地下水儲(chǔ)存量減少并使地下水位下降，過(guò)量開(kāi)采甚至造成區(qū)域性的水位下降.如哈爾濱、長(zhǎng)春、綏化、大慶、齊齊哈爾等城市，由于長(zhǎng)期抽取地下水，均形成了規(guī)模不等的水位下降漏斗.春季農(nóng)灌期大量開(kāi)采地下水，使枯水位大大降低，甚至造成雨季無(wú)法恢復(fù)，破壞了地下水的動(dòng)態(tài)平衡.夏季降雨期抽水，則干擾了雨季高水位的形成.

人工開(kāi)采，在時(shí)空分布上變化較大.城鎮(zhèn)生活和工業(yè)集中供水，常年開(kāi)采地下水，區(qū)域及局部地段形成規(guī)模不等的地下水水位降落漏斗，漏斗中心水位下降較大.農(nóng)業(yè)開(kāi)采分散，主要在4～6月季節(jié)性開(kāi)采.農(nóng)田灌溉水回滲對(duì)地下水的影響，主要在江河沿岸及引地表水灌區(qū).

在水庫(kù)、引水渠道和灌區(qū)周?chē)捎谒畮?kù)蓄水、渠道輸水和農(nóng)田灌溉，人為增加了地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給，使地下水位升高.如向海水庫(kù)、扎龍水庫(kù)、北引嫩干渠、引洮干渠、引拉干渠、前郭灌區(qū)、查哈陽(yáng)灌區(qū)、洮兒河灌區(qū)等地，其周?chē)叵滤幻黠@抬高，形成次生鹽漬化與沼澤化.一般水庫(kù)或渠水位抬高1～3 m，地下水位也相應(yīng)升高0．5～2 m，影響范圍可達(dá)0．2～1 km.因此，在引水灌區(qū)要合理控制灌水定額，控制回滲量.

3 結(jié)論與建議

松嫩平原地下水動(dòng)態(tài)演化是自然因素和人類(lèi)活動(dòng)綜合作用的結(jié)果［4］.其中，氣象水文因素和人類(lèi)活動(dòng)影響著地下水環(huán)境演化的進(jìn)程；地質(zhì)地貌、水文地質(zhì)條件等自然因素控制著流域地下水動(dòng)力場(chǎng)空間展布規(guī)律和不同水文地質(zhì)單元演化速率的差異性.

應(yīng)深入研究松嫩平原地下水動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，科學(xué)制定地下水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃，為人類(lèi)的生存，保護(hù)好這片資源與環(huán)境.

［1］欒兆擎，章光新，鄧偉，等．松嫩平原50年來(lái)氣溫及降水變化分析［J］．中國(guó)農(nóng)業(yè)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(huán)境負(fù)效應(yīng)［J］．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2010，24（1）：126－130．

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

［4］費(fèi)宇紅，張兆吉，張鳳娥，等．華北平原地下水位動(dòng)態(tài)變化影響因素分析［J］．河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)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(guó)地質(zhì)調(diào)查局“松嫩平原地下水動(dòng)態(tài)調(diào)查評(píng)價(jià)”項(xiàng)目（1212010813093）．

張梅桂（1965—），女，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)研究工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)黃河北大街280號(hào)，

E-mail//syzhangmei@163.com

蔡賀（1963—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)研究工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)黃河北大街280號(hào)，E-mail// hljcaihe@163.com

1671-1947（2016）06-0563-04

P314.1；TU831

A