新鄭市淺層地下水動(dòng)態(tài)淺析

楊亞茹 駱桂英 王波波

摘 要：地下水動(dòng)態(tài)變化不僅影響居民生活生產(chǎn)用水，還可能引發(fā)一系列環(huán)境地質(zhì)問題。為研究河南省新鄭市淺層地下水水位變化趨勢(shì)，本文收集2015年1月—2019年12月新鄭市5眼觀測(cè)井的監(jiān)測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)地下水埋深變化，分析影響其埋深的因素。結(jié)果表明：新鄭市地下水位埋深較深，多數(shù)地區(qū)地下水埋深大于20 m，近5年間除觀測(cè)孔3地下水埋深減少4.02 m，其他觀測(cè)孔埋深均增加1～5 m。通過分析影響埋深變化的因素發(fā)現(xiàn)：隨氣溫、降雨量季節(jié)周期性變化，淺層水位埋深的周期性變化并不明顯;當(dāng)?shù)氐叵滤宦裆钶^深，蒸發(fā)對(duì)其影響可以忽略;開采量的變化與地下水埋深變化相一致，推測(cè)地下水開采量仍是影響淺層水位埋深變化的重要因素，因此嚴(yán)控開采量仍是保護(hù)當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的重要措施。

關(guān)鍵詞：地下水;地下水水位;降雨量;開采量

Abstract： The dynamic change of groundwater not only affects the living and production water of residents， but also may cause a series of environmental geological problems. In order to study the change trend of shallow groundwater level in Xinzheng City， the monitoring data of 5 eye observation wells from January 2015 to December 2019 were collected， and the change of groundwater depth was statistically analyzed. The results show that the groundwater level in Xinzheng City is deep， and the groundwater depth in most areas is more than 20 m， During recent 5 years， the ground- water depth of observation hole 3 decreased by 4.02 m， and the groundwater depth of other observation holes in- creased by 1 ～5 m. By analyzing the factors affecting the change of groundwater depth， it found that with the seasonal periodic change of temperature and rainfall， the periodic change of shallow water level is not obvious. The local groundwater level is deep， and the influence of evaporation on it can be ignored. The exploitation amount is consistent with the change of groundwater depth. It is speculated that groundwater exploitation amount is still an important factor affecting the change of shallow water level. Strictly controlling the amount of exploitation is still an important measure to protect local groundwater resources

Keywords： groundwater; groundwater level; rainfall; exploitation

地下水作為自然界水資源的重要組成部分，是居民生活和部分地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的主要供水水源[1]。地下水埋深的上升或下降反映了地下水補(bǔ)給與消耗的變化，也直接反映了含水層中地下水資源量變化[2]。地下水水位動(dòng)態(tài)變化關(guān)系著供水量是否滿足人們的生活需要，可能會(huì)引起一系列環(huán)境地質(zhì)問題。例如：淺層地下水位上升會(huì)導(dǎo)致土中附加應(yīng)力減小、地基承載力大幅度下降以及次生鹽漬化災(zāi)害;水位的下降則會(huì)引起地面沉降、地裂縫、含水層疏干和生態(tài)退化等，甚至導(dǎo)致含水層枯竭。研究地下水水位動(dòng)態(tài)變化不僅可以判斷地下水是否均衡，開發(fā)利用是否合理[3]，還可以對(duì)因地下水動(dòng)態(tài)變化可能引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題進(jìn)行預(yù)警。通過監(jiān)測(cè)地下水動(dòng)態(tài)變化，分析影響地下水變化的影響因素，預(yù)測(cè)地下水動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，能夠更好地控制地下水水位變幅，遏制因地下水水位上升或下降而引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題。

南水北調(diào)工程未通水前，河南省新鄭市是嚴(yán)重缺水的地區(qū)之一，地下水是新鄭市主要的工農(nóng)業(yè)用水來源。為滿足當(dāng)?shù)鼐用窆まr(nóng)業(yè)用水的要求，該區(qū)地下水超采嚴(yán)重，地下水水位年降幅1 m左右。雖然隨著南水北調(diào)工程的實(shí)施，當(dāng)?shù)爻菂^(qū)用水由開采地下水轉(zhuǎn)為南水北調(diào)供水，地下水位下降情況有所減緩，但地下水水位的動(dòng)態(tài)變化仍需關(guān)注。本文通過收集2015年1月—2019年12月新鄭市5眼觀測(cè)井地下水埋深監(jiān)測(cè)資料，在充分分析資料的基礎(chǔ)上，研究新鄭市地下水埋深動(dòng)態(tài)及其影響因素，以及時(shí)掌握地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，提高對(duì)地下水出現(xiàn)危機(jī)時(shí)的綜合預(yù)警預(yù)報(bào)水平，保障地下水管理安全科學(xué)。

1 研究區(qū)概況

新鄭市位于河南省中部、鄭州市東南部，隸屬于鄭州市，位于黃河以南的山前平原，地處北緯34°16′～34°39′、東經(jīng)113°30′～113°54′，市域總面積873 km2。該區(qū)地處秦嶺緯向構(gòu)造東端，豫西山地向豫東平原的過渡地帶，地勢(shì)西高東低、中部高、南北低。西南部鳳后嶺一帶是低山區(qū)，東北部是黃河二級(jí)階地，西部是山前傾斜崗地，東南部是崗間洼地。該區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫為14.2 ℃，年均降水量為676.1 mm，最高年降水量為1 174.0 mm，最少年降水量為449.4 mm，年均蒸發(fā)量為1 476.2 mm。6—9月降雨占全年降水量的70%以上，水資源短缺。

新鄭市多年平均地表水水資源為0.592 4億m3，地下水資源為1.383 2億m3，除去0.502 3億m3的重復(fù)水量，多年平均水資源總量為1.473 3億m3，人均水資源占有量為236 m3。新鄭市大部分地區(qū)巖性為上更新統(tǒng)第四系的沉積物，東北部巖性以砂、粉細(xì)砂為主，西部主要是亞砂土和粉細(xì)砂，東南部巖性為粉細(xì)砂。淺層水主要以第四系松散巖類孔隙水為主，富水性好，是生產(chǎn)生活的供水水源之一[4]。

2 數(shù)據(jù)來源

為研究新鄭市地下水位埋深動(dòng)態(tài)變化，本文選取河南省水文局在新鄭市設(shè)置的5眼觀測(cè)井在2015年1月—2019年12月的地下水水位埋深動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，具體觀測(cè)孔位置見圖1。觀測(cè)孔均監(jiān)測(cè)淺層地下水水位埋深;氣溫、降雨量、蒸發(fā)量等氣象數(shù)據(jù)，源于收集的新鄭氣象資料;開采量及灌溉量來源于鄭州水資源公報(bào)、統(tǒng)計(jì)年鑒等。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析和審查，筆者認(rèn)為收集的資料具有一定的代表性和可靠性。

2.1 淺層地下水位埋深動(dòng)態(tài)分析

根據(jù)2015年1月—2019年12月新鄭市5眼淺層地下水常觀井觀測(cè)資料，繪制觀測(cè)孔地下水埋深趨勢(shì)變化曲線，見圖2。從圖2可以得出，新鄭市地下水位埋深較深，除位于新鄭市東部的觀測(cè)孔4地下水位埋深較淺（小于10 m），埋深8～10 m的地區(qū)主要分布在新鄭市東南部和航空港東北部一帶，其他地區(qū)地下水埋深均大于20 m。這可能主要是由于前期地下水是新鄭市最主要的供水來源，開采嚴(yán)重，淺層地下水開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地下水補(bǔ)給量。資料顯示，由于地下水開采，地下水埋深由1976年的9.73 m下降到2002年的24.99 m[5]，其中2007—2013年地下水埋深年降幅約為1 m[6]。隨著南水北調(diào)的通水，地下水過量開采現(xiàn)象得到遏制，地下水水位變幅量得到了一定控制。

相較于2015年，2016年地下水水位變幅較小，平均埋深減少0.063 m，地下水位有所回升。2017年地下水平均埋深繼續(xù)減少，較2016年平均埋深減少0.73 m，地下水位繼續(xù)回升。2018年較2017年，地下水平均埋深增加0.096 m，地下水水位有所下降。2019年地下水水位變幅較大，較2018年地下水平均埋深增加1.71 m，地下水水位下降較明顯。2015年1月—2019年12月監(jiān)測(cè)到的最大埋深為37.52 m，觀測(cè)時(shí)間為2019年5月，觀測(cè)點(diǎn)位為觀測(cè)孔1;最小埋深為6.93 m，觀測(cè)時(shí)間為2016年1月，觀測(cè)點(diǎn)位為觀測(cè)孔4。整體上，觀測(cè)期內(nèi)地下水埋深處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，且變化幅度較小，多數(shù)觀測(cè)孔水位變幅小于5 m。觀測(cè)孔1變化幅度較大，超過10 m，且2015年5月、2016年1月及2017年1月出現(xiàn)明顯埋深極小值點(diǎn)，2019年5月埋深較2019年4月增加11.08 m。2015—2018年地下水埋深變幅較大，其中2018年埋深變幅較小，而2019年變幅波動(dòng)變大，且5個(gè)觀測(cè)孔水位埋深變化趨勢(shì)并不一致。從觀測(cè)之日起至2019年12月，各觀測(cè)孔地下水位埋深除觀測(cè)孔3埋深減少4.02 m，其他各觀測(cè)孔埋深均增加1～5 m。

2.2 地下水位埋深影響因素分析

氣候因素和人類活動(dòng)共同決定了地下水的動(dòng)態(tài)變化[7]，可以改變地下水循環(huán)的補(bǔ)徑排條件對(duì)地下水系統(tǒng)和地下水均衡產(chǎn)生的影響，最終引起地下水位動(dòng)態(tài)的變化[8]。新鄭市淺層地下水主要補(bǔ)給來源為降雨入滲補(bǔ)給、山前側(cè)向補(bǔ)給以及灌溉水入滲補(bǔ)給等;排泄方式主要為蒸發(fā)、地下水開采等?，F(xiàn)分析氣溫、降雨量、蒸發(fā)量以及灌溉量等因素對(duì)地下水水位埋深的影響。

新鄭市多年年均氣溫與地下水埋深變化關(guān)系如圖3所示，年均氣溫在16 ℃上下波動(dòng)。年最高氣溫出現(xiàn)在7月，最低氣溫出現(xiàn)在1月。一般情況下，氣溫與水資源量成反比關(guān)系。氣溫升高使得用水需求和蒸發(fā)量加大，既暖又干的氣候會(huì)加劇地下水資源的緊缺[9-10]。新鄭市年內(nèi)氣溫波動(dòng)較大，但地下水位埋深隨氣溫波動(dòng)的變化規(guī)律并不明顯。究其原因，可能是影響地下水位的因素很多，機(jī)理較復(fù)雜，而氣溫只是一個(gè)相對(duì)間接的影響因素，且影響微弱，二者的關(guān)系難以僅靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得出。

根據(jù)新鄭市氣象資料統(tǒng)計(jì)，2015—2019年新鄭市年平均降水量為585.2 mm。由于受季風(fēng)氣候的影響，降水量時(shí)空分布極不平衡。降水多集中在6—9月這4個(gè)月，約占全年降水量的70%;1月、2月和12月3個(gè)月的降水量最少，不足全年降水的5.81%。

由于地下水水位受降雨入滲補(bǔ)給的影響，地下水水位埋深也應(yīng)隨降雨量周期性變化。新鄭市多年年均降雨量與地下水埋深變化關(guān)系如圖3所示。2015年5月、6月、7月、12月地下水位埋深較小，2016年1月、2月、11月、12月地下水位埋深較小，2017年1月、2月、11月、12月地下水位埋深較小，2018年1月、2月、11月、12月地下水位埋深較小，2019年1—4月地下水位埋深較小。地下水位埋深受降雨量影響較小，可能是由于新鄭市降雨易形成地表徑流，且地下水埋深較深。降雨一部分形成地表徑流，一部分經(jīng)包氣帶截留，只有很少部分補(bǔ)給地下水。通過對(duì)比新鄭市蒸發(fā)量隨時(shí)間變化與觀測(cè)孔埋深隨時(shí)間變化關(guān)系可以看出，蒸發(fā)量與埋深變化的相互關(guān)系難以觀察。由于新鄭市大部分地區(qū)地下水埋深大于20 m，蒸發(fā)對(duì)其影響可以忽略。

收集的2016—2018年的新鄭市地下水開采量資料顯示，2016年開采量為0.95億m3，2017年開采量為0.76億m3，2018年開采量為0.82億m3。2017年地下水平均埋深減少，較2016年平均埋深減少0.73 m，地下水位回升。2018年較2017年地下水平均埋深增加0.096 m，地下水位有所下降，開采量與其地下水埋深變化一致，推測(cè)地下水開采量仍是影響地下水水位變化的重要因素。但是，有些地區(qū)地下水開采為中深層地下水，加之地下水埋深受許多因素影響，因此地下水開采總量對(duì)地下水的影響還需查明淺層開采量做進(jìn)一步分析。灌溉水入滲補(bǔ)給地下水也是該區(qū)地下水的補(bǔ)給來源，經(jīng)包氣入滲補(bǔ)給地下水。查閱2015—2019年灌溉量資料發(fā)現(xiàn)，年灌溉量變化不大，且灌溉時(shí)間固定，可見地下水的年際變化與灌溉量關(guān)系不大。

3 結(jié)論和建議

①新鄭市地下水位埋深較深，位于新鄭市東部的觀測(cè)孔4地下水位埋深小于10 m，埋深在8～10 m的地區(qū)主要分布在新鄭市東南部和航空港東北部一帶，其他地區(qū)地下水埋深均大于20 m。從開始觀測(cè)至2019年12月，除觀測(cè)孔3地下水埋深減少4.02 m，其他觀測(cè)孔埋深增加1～5 m。

②通過分析影響其變化的因素，氣溫、降雨量季節(jié)周期性變化對(duì)地下水位埋深的影響并不明顯。當(dāng)?shù)氐叵滤宦裆钶^深，蒸發(fā)對(duì)其影響可以忽略。開采量與其地下水埋深變化一致，推測(cè)地下水開采量仍是影響地下水水位變化的重要因素，需控制地下水開采量以維持地下水環(huán)境穩(wěn)定，但需查明淺層開采量做進(jìn)一步分析。

③為保證新鄭市居民正常供水，維持新鄭市地下水處于平衡狀態(tài)，仍需繼續(xù)控制地下水開采量，加強(qiáng)地表水和地下水的合理調(diào)配，提高水資源利用率，加強(qiáng)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水的管理。

在加強(qiáng)新鄭市地下水和地表水合理利用的基礎(chǔ)上，新鄭市可通過爭(zhēng)取指標(biāo)外調(diào)水源，構(gòu)建由水庫及配套供水工程、引提水工程、地下水供水工程、強(qiáng)化節(jié)水工程、污水處理及回用工程、雨水利用工程、外調(diào)水源工程等組成的統(tǒng)一調(diào)控、多水源并舉的未來全市水資源配置格局。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔花瑞，苗利芳，張延平.鶴壁市地下水動(dòng)態(tài)及開發(fā)利用情況分析研究[J].河南水利與南水北調(diào)，2015（13）：19-20.

[2]張真真，卞建民，李天宇，等.大安市地下水動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)因素研究[J].水文，2015（4）：91-96.

[3]趙傳燕，李守波，馮兆東，等.黑河下游地下水波動(dòng)帶地下水位動(dòng)態(tài)變化研究[J].中國(guó)沙漠，2009（2）：365-369.

[4]趙國(guó)紅，寧立波，王現(xiàn)國(guó).新鄭市淺層地下水流數(shù)值模擬及評(píng)價(jià)[J].地下水，2007（6）：43-46.

[5]王永紅，孟維彥，趙妙姝.新鄭市水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及可持續(xù)發(fā)展對(duì)策[J].地下水，2006（6）：12-14.

[6]李玉濤，林衛(wèi)東.新鄭市淺層地下水資源研究[J].水資源開發(fā)與管理，2015（2）：65-68.

[7]劉得俊.格爾木流域地下水水位對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)[J].南水北調(diào)與水利科技，2016（1）：23-25.

[8]劉婕，楊鵬年，闞建，等.變化環(huán)境下新疆沙灣縣灌區(qū)地下水動(dòng)態(tài)趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)因素[J].節(jié)水灌溉，2019（3）：58-63.

[9]李鵬，王新娟，孫穎，等.氣候變化對(duì)北京地下水資源的影響分析[J].節(jié)水灌溉，2017（5）：80-83.

[10]丹利，楊富強(qiáng)，吳澗.1960—2009年北京地區(qū)城市化背景下蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的時(shí)空變化[J].氣象科學(xué)，2012（4）：405-413.