河北省平原區(qū)淺層地下水蓄水量變化特征及其影響因素

陳雪英

(河北省水資源研究與水利技術試驗推廣中心，石家莊市新華區(qū)石清路69號 050061)

河北省平原區(qū)地理位置位于省域的東南部，覆蓋了秦皇島市、唐山市、廊坊市、保定市、滄州市、石家莊市、邢臺市和邯鄲市8個城市及其大部分縣區(qū)和辛集市、定州市2個省直管縣，總流域面積達10.12萬km2，占全省總流域面積的57.37%。河北省是我國糧食主產地，其平原區(qū)是主產區(qū)，同時也是人口密集區(qū)。受年降水量與自然環(huán)境條件變化的影響和經濟社會活動等因素的影響，河北省大部分的區(qū)域地下水超采十分嚴重，由此引發(fā)了一系列的環(huán)境地質問題，已經嚴重影響區(qū)域經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

不少學者對河北地區(qū)地下水水位的動態(tài)進行了研究。通過河北省地下水動態(tài)監(jiān)測工作情況和近幾年觀測資料系統(tǒng)，給出了地下水動態(tài)監(jiān)測網絡構成和建設的實質性意見[1]。劉美英等基于河北平原11個監(jiān)測點2008-2014年日尺度的地下水埋深數(shù)據，分析了地下水位埋深從山前平原區(qū)到中部平原區(qū)的變化特征，表明不同地區(qū)年內水位下降和水位回升狀況也存在較大差異[2]。王向飛的研究表明，由于1972年和1975年的大旱，沒有雨水補給和上游水利工程的影響，地下水資源處于超采狀態(tài)，欒城縣地下水位下降速率加快[3]。馮慧敏采用水循環(huán)理論、小波變換和地下水系統(tǒng)水量平衡等研究方法，基于石家莊平原區(qū)近50年來地下水動態(tài)相關資料，應用MPI-ESM-MR大氣環(huán)流模式，預測2011～2060年期間降水量以及氣溫等數(shù)據，揭示了該區(qū)域地下水流場演變與氣候變化和人類活動之間的關系與機制，預測了不同氣候情景下未來50年地下水位變化趨勢[4]。

對于河北地區(qū)地下水動態(tài)特征的研究已有很多成果，但對于河北省平原區(qū)淺層地下水蓄水變量特征及其影響因素研究較少。文中分析了河北省平原區(qū)2007～2016年淺層地下水埋深和蓄水變量特征，識別了降水量、開采量和徑流量對淺層地下水蓄水變量的影響，研究成果對于河北省平原區(qū)地下水管理和可持續(xù)利用具有一定的參考價值[5-6]。

1 淺層地下水水文地質條件

新生界第四系松散沉積物構成了河北地區(qū)的淺層地下水含水層，含水層組底界面埋深40～60m[7]。含水層的厚度大、粒度粗、垂向連續(xù)性強，屬于單層或雙層含水結構，透水性好。地下水的水力性質屬于潛水-微承壓水類型。地下水礦化度多小于1g/L。中部平原地區(qū)河道帶的含水層，以北東東向條帶狀分布的細砂及粉砂層為主，一般厚度為10～30m。濱海平原地區(qū)的含水層以粉砂、細砂為主，厚度一般小于10m，局部10～20m[8]。在冀東濱海平原地區(qū)，含水層多為亞砂土層，地下水基本上為大于5g/L的高礦化度氯化鈉型水，最高礦化度在61g/L以上。

2 淺層地下水位動態(tài)特征

淺層地下水埋深從山前的10～20m，逐步過渡到濱海的2～5m；年內地下水位變幅山前平原區(qū)5～10m，其他平原區(qū)1～3m；地下水動態(tài)的年內變化為自3～4月份春灌開始水位陸續(xù)下降，至6月底前后出現(xiàn)年內最低水位，7～8月份水位開始回升，至年末或翌年2～3月份達到最高水位。

河北省平原區(qū)平均地下水位埋深由1980年的5.53m，發(fā)展到2000年的12.65m。1980～2000年地下水位下降速率變化分為3個大的階段：第一階段1980～1990年，地下水位平均下降速率為0.34m/a；第二階段1990年～1996年，地下水位下降速率為0.10m/a；第三階段1996～2000年，地下水位下降速率0.52m/a。太行山山前平原區(qū)地下水位下降速率明顯大于其他平原區(qū)，1980年至2000年，平均每年下降速率為0.58m，20世紀90年代之后平均每年下降0.65m。至2000年河北省平原區(qū)淺層地下水已形成11處較大地下水位降落漏斗，合計漏斗面積5000多km2，漏斗中心水位埋深20～50m。河北省平原區(qū)淺層地下水埋深變化見圖1。

圖1 河北省平原區(qū)淺層地下水埋深年際變化圖Fig.1 Interannual variation of shallow groundwater depth in plain area of Hebei Province

3 淺層地下水蓄水量變化

3.1 蓄水量計算公式

區(qū)域淺層地下水蓄水量計算式為

Q儲=μ·M·F

式中：Q儲為含水層儲存量，m3；μ為含水層給水度；M為含水層厚度，m；F為計算面積，m2。

3.2 地下水蓄水量變化情況

經計算，2007-2016年河北省不同平原區(qū)淺層地下水蓄水變量如表1所示。

表1 2007～2016年河北省平原區(qū)淺層地下水蓄水變量情況

由表1可以看出，2007～2016年淺層地下水蓄水變量沒有明顯的變化規(guī)律，其中蓄水量增加的有2008年、2012年、2013年和2016年4個年度，其余6個年度均有不同程度的減少。

在8個平原區(qū)中地下水位回升的有2個，分別為灤河平原及冀東沿海平原蓄水量增加2.77億m3、黑龍港及運東平原蓄水量增加2.35億m3。大清河淀西平原、子牙河平原、漳衛(wèi)河平原、徒駭馬頰平原等4個平原區(qū)地下水位逐年下降，其中，子牙河平原地下水位下降最為嚴重，蓄水量累計減少58.53億m3，占總量的60.38%；其次為大清河淀西平原，蓄水量累計減少32.12億m3，占總量的33.13%。北四河平原和徒駭馬頰平原等2個平原區(qū)地下水位較穩(wěn)定，蓄水量分別累計減少0.61億m3和0.26億m3。

單位流域面積(km2)的蓄水變量累計情況為：灤河平原及冀東沿海平原2.64億m3，北四河平原-1.27億m3，大清河淀西平原-27.45億m3，大清河淀東平原-6.26億m3，子牙河平原-38.01億m3，漳衛(wèi)河平原-25.16億m3，黑龍港及運東平原1.05億m3，徒駭馬頰平原-6.50億m3。

3.3 地下水蓄水變量特征

河北省平原區(qū)淺層地下水蓄水變量在2012年、2016年2個年度出現(xiàn)了最高值。2012年是近10年的降水量最大年份，2016年為降水偏豐年，加上地下水超采綜合治理項目的大力開展，地下水位回升明顯。

子牙河平原覆蓋河北省南部的石家莊、滄州、衡水、邢臺和邯鄲5個城市及其部分縣區(qū)，大清河淀西平原覆蓋河北省的廊坊和保定2個城市及其部分縣區(qū)，是河北省經濟相對發(fā)達的內陸縣區(qū)，水資源缺乏，地下水受人類經濟社會活動的影響較為明顯，開發(fā)利用程度高，地下水位下降幅度較大。

灤河平原及冀東沿海平原覆蓋河北省唐山和秦皇島2個城市及其部分縣區(qū)，黑龍港及運東平原覆蓋河北省滄州、衡水、邢臺3個城市及其部分縣區(qū)，區(qū)域內以沿?？h區(qū)為主，水資源相對豐富，地下水資源開發(fā)利用程度低，加之區(qū)域節(jié)水措施開展力度大，故地下水位有所回升。

4淺層地下水蓄水量動態(tài)變化影響因素分析

4.1 區(qū)域降水量、徑流量及開采量情況

河北省平原區(qū)2007～2016年降水量、徑流量及開采量情況如表2所示。

表2 河北省平原區(qū)2007～2016年降水量、徑流量及開采量情況表Tab.2 Precipitation，runoff and exploitation in plain area of Hebei Province from 2007 to 2016

由表2可知：年降水量最大值出現(xiàn)在2012年，為513.73億m3，最小值出現(xiàn)在2014年，為285.45億m3，其余年份變動區(qū)間為373.76～470.20億m3；徑流量最大值出現(xiàn)在2012年，為38.53億m3，最小值出現(xiàn)在2007年，為6.45億m3，其余年份變動區(qū)間為8.92～15.74億m3；開采量最大值出現(xiàn)在2012年，為91.38億m3，最小值出現(xiàn)在2015年，為62.78億m3，其余年份變動區(qū)間為67.77～89.64億m3。

2012年起全國開始實行“最嚴格水資源管理制度”，“用水總量”是其中一項必須嚴格管控的指標。河北省作為全國地下水超采綜合治理試點，于2014年起開展地下水壓采工作，節(jié)水效果明顯。通過數(shù)據可以看出，河北省的地下水開采量也自2012年起逐年下降，節(jié)水措施對控制地下水開采起到了很好的作用。

4.2淺層地下水蓄水量動態(tài)變化影響因素分析

4.2.1 降水量對蓄水變量的影響

降水量是地下水資源的重要補給來源，對蓄水變量的影響非常明顯，兩者之間有較明顯的正相關性(見圖2)：2012年降水量為2007～2016年中的最大值513.73億m3，蓄水變量也相應的表現(xiàn)為期間最大增加值17.60億m3；2014年降水量為2007～2016年中的最小值，為285.45億m3，蓄水變量也相應地表現(xiàn)為期間最大減少值53.06億m3。

圖2 降水量與蓄水變量的變化關系曲線圖Fig.2 Relationship between precipitation and the water storage variables

4.2.2 徑流量對蓄水變量的影響

徑流量受下墊面的影響非常大，2012年為38.53億m3，與蓄水變量同時表現(xiàn)為最大值，其余年份徑流量較穩(wěn)定，變化區(qū)間為6.45～13.80億m3，較蓄水量變化不明顯。徑流量與蓄水變量呈現(xiàn)對數(shù)關系，但相關性差，見圖3。

圖3 徑流量與蓄水變量的變化關系曲線圖Fig.3 Relationship between runoff and the water storage variables

4.2.3 開采量對蓄水變量的影響

開采量是最能體現(xiàn)人類經濟社會活動頻繁程度的指標之一，2007～2016年，8個平原區(qū)對淺層地下水的開采總量基本呈現(xiàn)為下降趨勢，尤其在2014～2016年3個年度表現(xiàn)最為明顯。2014年是河北省開始實施地下水超采綜合治理的開局之年，治理的重點主要集中在用水大戶——農業(yè)灌溉。2014～2016年蓄水變量相應明顯地表現(xiàn)為上升[7-8]。

開采量與蓄水變量沒有明顯的相關性，見圖4。

圖4 開采量與蓄水變量的變化關系曲線圖Fig.4 Relationship between exploitation and the water storage variables

5 結論

(1)河北省平原區(qū)淺層地下水埋深從山前的10～20m逐步過渡到濱海的2～5m，年內地下水位變幅山前平原區(qū)5～10m，其他平原區(qū)1～3m，年內變化為波動變化。

(2)2007～2016年河北省平原區(qū)淺層地下水蓄水變量在2012年和2016年2個年度出現(xiàn)了最高值，地下水位回升明顯。

(3)徑流量、開采量與降水量峰值不同期。通過降水量、開采量和徑流量對淺層地下水蓄水變量的影響分析，降水量與蓄水變量之間表現(xiàn)為較明顯的正相關，徑流量與蓄水變量之間呈現(xiàn)對數(shù)關系，但相關性差，而開采量與蓄水變量沒有明顯的相關性。