降水對平原地下水超采區(qū)生態(tài)補給影響分析

馮新華，王會樂，潘 旭

（聊城市水文局，山東 聊城 252000）

聊城市多年平均降水量562.8 mm，且具有時空分布特征，一般每年汛期6～9 月份降水量最多，占全年降水量的45%～69%，冬季降水量最少，僅占全年降水量的1.3%～9.0%。根據(jù)山東省2013 年最新超采區(qū)劃定成果，聊城市超采區(qū)范圍包括莘縣-夏津淺層地下水超采區(qū)境內(nèi)部分和茌平淺層地下水超采區(qū)，總面積為2 777 km2，主要分布在莘縣、冠縣、臨清市。

1 分析方法

1.1 資料選取

以聊城超采區(qū)為主要分析區(qū)域，超采區(qū)現(xiàn)有地下水監(jiān)測站70 多處，且有分布均勻的雨量站，因此擁有多年連續(xù)的地下水位及降水數(shù)據(jù)。本次所取不同埋深分布的監(jiān)測井，最低埋深為臨清（50A）平均5.67 m，最大埋深監(jiān)測井為冠縣222平均25.3 m，土壤類型多為亞砂土。選取2000—2016 年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以此來分析降水對超采區(qū)不同埋深的補給影響。研究從超采區(qū)內(nèi)選取地下水代表站和相鄰雨量站的歷年數(shù)據(jù)進行分析。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

通過將地下水位數(shù)據(jù)及降水數(shù)據(jù)繪制關(guān)系曲線來分析降水對埋深的影響[1-2]。關(guān)系曲線采用的是降水與監(jiān)測井水位的數(shù)據(jù)，因為埋深為地面高程減去地下水位，所以分析降水與地下水位的關(guān)系，相應也會得到降水與地下水埋深的關(guān)系。

2 影響分析過程

2.1 降水入滲過程

聊城市區(qū)域降水主要集中在6～9 月份，各縣之間的降水量有一定差異，但總體差異不大，此次研究是分析降水對不同地下水埋深的影響。降水入滲過程分為3 個階段，分別是截留階段、下滲階段和產(chǎn)流階段。三個階段既是相互聯(lián)系的，同時又是交叉進行的[3]。

2.2 超采區(qū)地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

1）分析順序。本次分析從埋深最小的觀測井臨清（50A）開始研究，其平均埋深在5.67 m，最后分析埋深較大的測井。研究從2000—2016 年降水與地下水位的關(guān)系。通過前期查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)水位的回升不僅與降水量的大小密切相關(guān)，同時也與降水前土壤的含水量有關(guān)。

2）淺埋深數(shù)據(jù)分析。通過對臨清（50A）的分析，發(fā)現(xiàn)降水量與地下水位存在的聯(lián)系。6～9 月份為汛期，通過分析趨勢圖發(fā)現(xiàn)，此段時間為降水補給地下水的主要時期，因此水位整體呈現(xiàn)上升趨勢。汛期前由于地下水補充少，加之地下水的使用，水位基本呈現(xiàn)下降趨勢。

將降水數(shù)據(jù)與地下水位的數(shù)據(jù)作出曲線圖發(fā)現(xiàn)，針對埋深較小的井，較大的降水（日降水30 mm以上）在降水后一天內(nèi)就出現(xiàn)有水位回升，4 d 后基本趨于穩(wěn)定，低于20 mm 的日降水基本對地下水位沒有什么影響，但若連續(xù)的20 mm 左右的降水，將出現(xiàn)連續(xù)小幅度的水位回升，以2006—2013 年的關(guān)系曲線為例如圖1、圖2。

圖1 臨清（50A）2006 年降水與地下水位趨勢線

圖2 臨清（50A）2013 年降水與地下水位趨勢線

并且通過水位變化的大小發(fā)現(xiàn)，30～40 mm左右的降水量能引起的水位變幅在0.2 m 左右，40～60 mm 左右的降水量能引起的水位變幅在0.35 m 左右，大于60 mm 時的降水量引起的水位變幅在0.6 m 左右。這也表明，降水量過大，并不是地下水位回升的越高，當降水強度大于土壤的入滲能力時，就會形成徑流而不會引起太大地下水位的變化[4]，對于臨清50A 來說，去除特殊因素，單次降水所能引起的地下水位最大的變幅在0.6 m 左右。

對于莘縣（135）測井，前期若是降水較少，土壤較為干旱，較大的降水40 mm 左右，地下水位基本保持不變，若是前期降水充沛，通過多年數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)45 mm 左右及以上的降水會使地下水位在降水1 d 內(nèi)回升，3～4 d 后水位趨于穩(wěn)定。并且降水大于45 mm 及以上降水，變幅在0.1～0.5 m 之間如表 1。

3）較大埋深的測井分析。對于冠縣（174A），其平均埋深已經(jīng)接近10 m，其汛期地下水位基本呈現(xiàn)上升趨勢如圖3，對于某些降水偏少的年份偶有水位突然下降再緩慢回升的情況，分析可能是由于人為抽水導致的地下水位的下降，單次較大降水對水位的變化也看不出較大影響。

表1 莘縣135 測井45 mm、100 mm 降水引起地下水位變幅

圖3 冠縣174A（2003）降水與地下水位關(guān)系曲線

對于測井莘縣（110B）其埋深與測井莘縣（174A）類似，通過分析多年的降水與水位的變化曲線發(fā)現(xiàn)，其變化趨勢與測井莘縣（174A）基本相同，即單次降水對地下水位沒有明顯的影響，但汛期基本水位為上漲趨勢。

冠縣（193A）為基本井，平均埋深為13.25 m，每月只有 1、6、11、16、21、26 日有地下水位的數(shù)據(jù)，臨清（145A）為重點井，平均埋深為15.23 m。但從變化趨勢看來，其結(jié)論與莘縣（110B）、莘縣（174A）相同。

對于臨清（145），其降水對地下水位已看不出什么影響，但地下水位在汛期也是呈現(xiàn)上升的趨勢。對于埋深更大的井，莘縣（130）、莘縣（97B）基本井、冠縣（210A）、莘縣（137A）、冠縣（220）、冠縣（222），結(jié)論同樣如此，如圖 4。

圖4 冠縣145A（2011 年）降水與地下水位趨勢線

3 降水對超采區(qū)生態(tài)補給影響

降水對超采區(qū)地下水補給的影響，通過分析不同地下水埋深的測井以及相應雨量站，然后把歷年的降水數(shù)據(jù)和地下水位的數(shù)據(jù)作出關(guān)系曲線，分析得出以下結(jié)論：超采區(qū)內(nèi)，降水對超采區(qū)的補給影響顯著，埋深越小，降水對其影響越明顯。

1）對于埋深小于10 m 的區(qū)域，單次30 mm的降水量1 d 內(nèi)即可使地下水埋深回升，3～7 d 左右地下水埋深可趨于穩(wěn)定，并且連續(xù)兩天20 mm左右的日降水量，也可引起埋深的變化。

2）針對埋深6.0 m 左右超采區(qū)邊緣區(qū)域，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，單次30～40 mm 左右的降水量能引起的埋深變幅在0.2 m 左右，單次40～60 mm左右的降水量能引起的埋深變幅在0.35 m 左右，大于60 mm 時的降水量引起的埋深最大變幅在0.6 m 左右；對于埋深10 m 以上的區(qū)域，單次降水短期對其沒有明顯影響，但在汛期內(nèi)，埋深變化總趨勢為逐漸回升。

3）整體來看，降水對埋深的影響隨著埋深的變大其影響越來越小。埋深大于10 m 以上區(qū)域，單次較大降水短期對埋深也已基本看不出影響，其在汛期內(nèi)的整體趨勢是減小的。