天津地區(qū)典型巖溶水源地地下水埋深變化特征及影響因素研究

袁 杰，董立新，彭 慧，康 婧

（1.天津市水利科學(xué)研究院，天津300061；2.天津市水文水資源管理中心，天津300061）

地下水源由于經(jīng)過土壤自然凈化，水質(zhì)好、分布廣、不易被污染、調(diào)蓄能力強(qiáng)、供水保證程度高，被人們廣泛地開發(fā)利用， 尤其是在我國北方干旱和半干旱區(qū)的許多地區(qū)和城市，地下水是極為重要的飲用水水源［1］。

天津地區(qū)不同地質(zhì)歷史時期的地殼運(yùn)動在北部山地、 山前平原和中部平原東北部發(fā)育了大量富水性較好的蓄水構(gòu)造， 大部分蓄水構(gòu)造被第四系松散底層淺覆蓋，碳酸鹽巖發(fā)育巨厚，具有良好的調(diào)蓄能力，有些經(jīng)過勘探、開發(fā)、利用成為了重要的巖溶地下水水源地［2］。 目前，天津地區(qū)已做過初步勘探或詳細(xì)評價的巖溶地下水水源地共有5處，分別為薊州城關(guān)水源地、 薊州大康莊水源地、 薊州西龍虎峪水源地、寶坻下倉水源地和寧河北水源地，根據(jù)水源地目前開采利用情況和數(shù)據(jù)資料的完整性和連續(xù)性，選取薊州城關(guān)水源地和寶坻下倉水源地作為天津地區(qū)典型巖溶水源地。 采用這兩個水源地2012—2018年逐月水位埋深和逐年開采量變化數(shù)據(jù)及于橋水庫和九王莊雨量站2012—2018逐月降雨量數(shù)據(jù)對水源地地下水埋深年內(nèi)和年際變化及其影響因素進(jìn)行分析，為進(jìn)一步合理開發(fā)利用水源地地下水資源提供依據(jù)。

天津地區(qū)典型巖溶水源地及其雨量監(jiān)測站地理位置如圖1。

圖1 天津地區(qū)典型巖溶水源地及其雨量監(jiān)測站

1 天津地區(qū)典型巖溶水源地概況

1.1 薊州城關(guān)水源地

薊州城關(guān)水源地位于薊州城關(guān)一帶， 由山前斷裂與邦均-溵溜斷裂交叉形成三角形隱伏巖溶儲水構(gòu)造。該水源地由高于莊組、霧迷山組白云巖構(gòu)成其主要含水層，以高于莊組三、四段，霧迷山組二、三段巖溶裂隙最為發(fā)育，是儲水構(gòu)造的主要含水段。儲水構(gòu)造內(nèi)的基巖地下水主要接收來自東部及北部的側(cè)向徑流補(bǔ)給， 其次還得到第四系通過弱透水層的越流補(bǔ)給，總的趨勢是由北向南流動。

1.2 寶坻下倉水源地

寶坻下倉水源地位于天津市寶坻區(qū)、薊州區(qū)境內(nèi)，向東延伸至河北省玉田縣和豐潤區(qū)， 該水源地為一隱伏巖溶儲水構(gòu)造，位于新安鎮(zhèn)西斷裂以北，主體構(gòu)造為下倉-林南倉復(fù)向斜盆地， 上部有100～250m的松散層覆蓋，西部和北部以寒武系泥質(zhì)巖為相對隔水邊界，奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，儲水構(gòu)造東部為補(bǔ)給區(qū)。

天津地區(qū)典型巖溶水源地基本情況如表1。

表1 天津地區(qū)典型巖溶水源地基本情況

2 地下水埋深變化特征及影響因素

地下水埋深變化主要取決于大氣降水、溫度、人工開采、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和巖性等綜合影響，其中最主要的影響因素是大氣降水和人工開采［2-4］。 降水量是地下水補(bǔ)給的主要來源， 而人工開采則是地下水消耗的主要方式［5］，這兩個因素在很大程度上影響著地下水埋深的變化。 本文分別從年內(nèi)和年際地下水埋深變化特征進(jìn)行論述， 并選取降水量和開采量作為主要影響因素進(jìn)行分析。

2.1 年內(nèi)地下水埋深變化特征

通過對2012～2018年于橋水庫和九王莊兩個雨量站降雨量資料進(jìn)行對比，選取2018年豐水年、2013年枯水年為典型年， 對薊州城關(guān)和寶坻下倉水源地年內(nèi)埋深變化過程進(jìn)行分析，如圖2，圖3。

圖2 水源地豐水年年內(nèi)地下水埋深與降雨量關(guān)系

由圖2可看出，豐水年薊州城關(guān)和寶坻下倉水源地地下水埋深年內(nèi)波動相對較大，地下水埋深在6、7月份達(dá)到頂峰，隨著汛期的到來，較大的降雨量對地下水有一定的補(bǔ)給作用，薊州城關(guān)水源地6～8月份水位抬升明顯，8月份出現(xiàn)了全年最小的地下水埋深12.91m，8月份之后，隨著汛期結(jié)束，埋深又開始增加；寶坻下倉水源地3月份水位埋深開始增加，7月份達(dá)到全年最大值23.2m后，7～10月份埋深保持穩(wěn)定，10月份之后地下水埋深才開始減小。

由圖3可以看出，枯水年薊州城關(guān)和寶坻下倉水源地地下水埋深較豐水年年內(nèi)波動減小，相對較平穩(wěn)，地下水埋深年內(nèi)在5、6月份達(dá)到頂峰，隨著汛期降雨量增加，對地下水不斷補(bǔ)給，薊州城關(guān)水源地在5～10月份埋深逐漸減小，較豐水年下降速度慢，時間長，10月份之后埋深開始增加；寶坻下倉水源地6月份之后埋深一直處于逐漸減小的過程。

圖3 水源地枯水年年內(nèi)地下水埋深與降雨量關(guān)系

綜上可以看出， 兩個水源地年內(nèi)地下水埋深變化主要有以下3個特點(diǎn)：①水源地豐水年年內(nèi)地下水埋深變化幅度大于枯水年；②水源地地下水埋深在年內(nèi)有一個上升和一個下降的過程，6月份之前地下水埋深不斷增加，一般在6月份達(dá)到頂峰，隨著6～9月份汛期降水量增加，地下水獲得集中補(bǔ)給，地下水埋深不斷減??；③地下水埋深變化對大氣降水有一定的滯后， 降水對巖溶地下水的補(bǔ)給需要一個過程［5］，薊州城關(guān)水源地最大降水量在7月份，滯后1～3個月才能達(dá)到地下水位的峰值， 寶坻下倉水源地水位抬升周期更長， 一般要到第2年的3、4月份才能達(dá)到地下水位的峰值。

2.2 年際地下水埋深變化特征

薊州城關(guān)和寶坻下倉水源地2012—2018年降雨量、開采量和地下水埋深關(guān)系如圖4，圖5。

圖4 薊州城關(guān)水源地2012—2018年降雨量、開采量與埋深關(guān)系

圖5 寶坻下倉水源地2012—2018年年降雨量、開采量與埋深關(guān)系

由圖4可看出，薊州城關(guān)水源地在2012—2018年地下水埋深略有增加， 年平均埋深由2012 年的12.05m增加到2018年的14.50m。 2012—2013年地下水埋深減少，水位抬升，主要與2012年降水量大、開采量小有關(guān)；2013—2015年地下水埋深有一個明顯增加的過程，主要與這段時間降水量明顯減少，開采量增加有關(guān)；2016年之后開采量明顯減少，降雨量相對增加，地下水埋深有一個減小的過程。

由圖5可看出，寶坻下倉水源地在2012—2018年地下水埋深波動不大， 年平均埋深由2012 年的19.67m增加到2018年的20.28m。 2012—2013年地下水埋深減少，主要與2012年降水量大，對地下水補(bǔ)給增加相關(guān)；2013—2016年地下水埋深較穩(wěn)定，波動不大，而這段時間開采量和降雨量變化也較??；2016年之后開采量明顯減小，降雨量相對較充足，但地下水埋深不減反增， 初步推測為由于寶坻下倉蓄水構(gòu)造面積大，覆蓋面廣，該蓄水構(gòu)造中其他取水戶取水量增加導(dǎo)致的埋深增加。

綜上可看出， 兩個水源地在2012—2018年地下水埋深變化波動不大， 說明這兩個水源地巖溶裂隙發(fā)育、富水性較強(qiáng)、補(bǔ)給條件較好，自2014年南水北調(diào)中線通水后，2016年之后兩個水源地開采量明顯下降， 薊州城關(guān)水源地在2016年之后地下水埋深開始減小，水位回升；寶坻下倉水源地2016年之后地下水埋深的增加初步推測為寶坻下倉蓄水構(gòu)造中其他取水戶取水量增加導(dǎo)致。

3 結(jié)語

根據(jù)對薊州城關(guān)水源地和寶坻下倉水源地2012—2018年內(nèi)和年際地下水埋深變化的特征及其影響因素分析可以看出： 兩個水源地豐水年年內(nèi)地下水埋深變化幅度大于枯水年， 地下水埋深在年內(nèi)有一個上升和一個下降的過程， 其變化對大氣降水有一定的滯后； 兩個水源地地下水埋深在2012—2018年之間變化幅度不大， 說明兩個水源地巖溶裂隙發(fā)育、富水性較強(qiáng)、補(bǔ)給條件較好。

建議繼續(xù)加強(qiáng)天津地區(qū)巖溶水源地地下水埋深的動態(tài)監(jiān)測，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，為天津地區(qū)巖溶地下水水源地科學(xué)管理和合理開發(fā)利用提供依據(jù)。