“十一五”期间河北平原地下水动态及其影响因素浅析

刘 煜，李玉龙，靳潇锐，马百衡

(河北省地质环境监测总站，河北 石家庄050021)

为满足河北省经济建设快速发展的需要，在地表水资源严重匮乏的现实情况下，不得不加大对地下水资源的开发强度，使得多地区长期处于超采状态，严重干扰了河北平原地下水系统的天然平衡，导致了相关环境问题的频频发生，如区域地下水水位下降、地面沉降、地裂缝、海水入侵、咸水下移等。这些问题日益突出，成为制约社会经济可持续发展的瓶颈。

因此，及时准确地掌握地下水水位动态，研究其形成历史和现状变化规律，追溯其发生原因，为解决相应的环境地质问题提供依据，十分必要。

1 河北平原水文地质概况

1.1 地下水系统分布

河北平原第四系地下水系统由滦河冲洪积平原、潮白河—蓟运河冲洪积平原、永定河冲洪积平原、大清河冲洪积平原、子牙河冲洪积平原、漳卫河冲洪积平原、古黄河冲洪积平原等7个地下水系统组成。

第四系松散含水岩通常被划分为4个含水层组，基本对应于第四系全新统Q4、上更新统Q3、中更新统Q2和下更新统Q1。含水层组底板埋深分别为:第一含水层组40～60 m、第二含水层组120～170 m、第三含水组250～350 m、第四含水组550～650 m。其中第一含水组为潜水，第二含水组为微承压水，由于人为混合开采的沟通，二者基本融为一体，俗称“浅层地下水”;第三含水组和第四含水组埋藏较深，均为承压水，俗称“深层地下水”。

1.2 地下水开发利用状况

河北平原是黄淮海平原的重要组成部分，东临渤海，拱卫京津，地理位置优越。该区面积虽然不到全省面积的一半，但涵盖了全省80%以上的城镇和土地，养育着全省70%以上的人口，是全国粮棉油集中产区之一，在河北省经济发展中占主体地位。

地下水是河北平原的主要供水源，地下水开采量占水资源总利用量的80%～85%。以2010年地下水开发利用情况统计，全省年度地下水开采总量约160×108m3左右，其中，山区地下水开采超过27×108m3，约占总开采量的17%;河北平原地下水开采超过132×108m3，约占总开采量的83%，平原地下水开采中，第四系浅层地下水开采约97.6×108m3，深层地下水开采约32.4×108m3，深部岩溶裂隙水开采约 2.5 ×108m3。

1.3 地下水水位多年变化特征

河北平原区域地下水动态经历了天然动态阶段、局部地下水水位下降阶段、区域地下水水位快速下降阶段、区域地下水水位减速下降阶段、区域地下水水位急速下降阶段和区域地下水水位缓速下降阶段共六个阶段。但从上个世纪70年代后，由于河北平原浅层地下水的开采量持续增加，降水量减少，地下水水位总体呈下降状态，个别丰水年份如1996年强降雨以后有所回升，但整体下降趋势不变(图1)。

图1 石家庄市典型水位监测井水位埋深变化曲线

深层地下水不直接受降水作用的影响，主要受人为开采的影响，水位的季节表现为无明显的峰值出现，(近50年来，深层地下水水位，主要受人为开采的影响，随着深层地下水开采量的增加，多年动态呈下降趋势。

2 典型地下水水位下降漏斗变化特征

由于地下水开采强度的增大，天然流场破坏，河北平原自20世纪70年代初期开始形成地下水水位下降漏斗，并且逐渐转化为常年性漏斗。到2010年为止，已经发展为20多个地下水水位降落漏斗。

2.1 浅层地下水水位下降漏斗

主要分布在山前平原城市集中开采区和山前平原与中部平原交接地带农业集中开采区，其中保定市漏斗、石家庄市漏斗、邯郸市漏斗、宁柏隆漏斗、天台山漏斗等比较典型。下面以石家庄市漏斗为例介绍浅层地下水水位降落漏斗变化特征。

石家庄地下水水位降落漏斗:开采层组为I+II含水层组，形成于1965年，漏斗中心位于石供027观测孔，中心水位埋深为7.57 m，漏斗面积为58 km2，1973年漏斗中心转移为石供053观测孔;至2002年以后，由于市区开采井逐渐减少，滹沱河水源地开采井增加，漏斗中心北移至化主孔一带，漏斗面积和深度则一直处于发展之中。2009年中心水位埋深为52.79 m，漏斗面积为452.5 km2，漏斗中心水位多年平均下降速率1.0 m/a，面积扩展速率为8.7 km2/a。

由监测资料可见，石家庄浅层地下水水位降落漏斗在1975年以前，中心水位下降幅度较小，但漏斗面积扩展较快，漏斗中心水位下降速率为0.772 m/a，漏斗面积扩 展速率为12.9 km2/a;到1985年，漏斗中心水位下降速率加快，可达1.603 m/a，漏斗面积继续增大，扩展速率为 7.2 km2/a;到2000年，漏斗中心水位略有回升，漏斗面积的扩展速率也开始减小。2000－2005年漏斗中心水位又快速下降，2006－2010年漏斗中心水位变化不大，个别年份还略有回升，但整体呈缓慢下降趋势，漏斗面积趋于稳定(图2)。

图2 石家庄市浅层地下水水位降落漏斗剖面图

2.2 深层地下水水位下降漏斗

主要分布在中部及滨海平原城市集中开采区和农业集中开采区。主要有巨新漏斗、冀枣衡漏斗、沧州漏斗、廊坊市漏斗、青县漏斗、大城漏斗、唐山市漏斗、宁河唐海漏斗等。随着社会经济的发展，需水量的增大，深层地下水开采量不断增大，深层地下水位降落漏斗在深度和广度上不断扩大，形成了各漏斗联成一片的格局。下面以石家庄市漏斗为例介绍浅层地下水水位降落漏斗变化特征。

冀枣衡深层地下水水位降落漏斗形成于20世纪70年代初期。主要是第三含水组的承压水位漏斗，东南部已延伸至邢台、沧州、德州地区，形成大型的复合型深层水位降落漏斗。漏斗中心2001年以前在衡水市区衡61孔，2002－2004年漏斗中心移至景县南部KS1孔，2005年末又移至衡水市区衡61孔，2009年移到了衡62孔。1975年6月漏斗中心水位埋深为32.68 m，漏斗面积为3 252 km2;到2000年水位埋深达到101 m，由于地表水的大量使用(自1999年4月，衡水湖向市工业生活供水3 000万m3/a)，减小了深层地下水的开采量，2001年漏斗中心水位回升了29 m，然后又出现了相对较快的下降趋势，2005年6月末水位埋深达到最大为101.80 m，2009年6月中心水位埋深为91.24 m，漏斗面积8 815 km2，水位多年平均下降速率2.34 m/a，漏斗面积扩展速率222.52 km2/a，其下降速率为河北平原最快。

3 “十一五”期间河北平原地下水动态特征

根据“十一五”(2006—2010年)期间河北平原地下水水位监测资料收集，利用MAPGIS绘图软件，采用克里金差值法，完成了“河北平原地下水(深层、浅层)2006－2010年水位变差图”，进行分析总结。

3.1 浅层地下水水位埋深变化特征

3.1.1 河北平原浅层地下水现状(2010年6月)埋深分布如下

冀东平原浅层地下水埋深分布总体规律与地形变化趋势一致，即自西而东，由北往南地下水埋深变化呈现出由深变浅趋势，山前地区、唐山平原大部地下水位埋深一般10～15 m，西北部地下水位15～20 m，沿海地区一般小于2 m。在地下水超采形成的地下水位降落漏斗区水位埋深较大，唐山漏斗、唐海漏斗中心水位埋深大于35 m，由漏斗中心向外围埋深逐渐变浅。

京津以南平原浅层地下水埋深分布总体规律与地形变化趋势一致，即自西而东地下水埋深变化呈现出由深变浅趋势，山前地区地下水位埋深多10～15 m，邯郸山前地区小于10 m，东部地下水位较浅，沧州东部地区水位埋深小于5 m。在中部平原地下水集中开采区和超采形成的地下水位降落漏斗区水位埋深较大，如邢台宁柏隆漏斗中心水位埋深大于60 m，廊坊市霸州漏斗、保定市一亩泉漏斗、石家庄漏斗、邯郸东部平原肥乡－曲周漏斗等中心水位埋深大于40 m，由漏斗中心向外围埋深逐渐变浅。

3.1.2 河北平原浅层地下水水位“十一五”(2006年与2010年对比)五年变化情况如下

冀东平原地下水位多为下降，下降幅度一般在4 m以内，部分地区下降幅度较大，如丰南、滦南交界地带下降幅度大于7～10 m，丰润东南部、西北部以及玉田东北等地下降幅度4～7 m。水位回升区主要分布在滨海区，回升幅度大部分在2 m以内，唐海沿海大于2 m。唐山市区、玉田西部也出现小范围水位回升区，回升幅度多在4 m以内，唐山市区北郊水厂一带回升幅度较大，最大达20.5 m。

京津以南平原地下水位也大多呈下降状态，回升区域主要分布在东部。下降区下降幅度山前地区较大，向东有减少趋势，山前地区南部下降幅度相对大于北部，邢台宁柏隆漏斗区下降幅度较大，一般大于7 m，最大38.84 m(宁57)，其它地区一般小于7 m，部分地区如保定中部等地下降幅度较小，局部出现回升。回升区水位回升幅度大多在2 m以内，局部大于2 m，但范围一般不大。

3.2 深层地下水水位埋深变化特征

3.2.1 河北平原深层地下水现状(2010年6月)埋深分布

冀东平原深层地下水埋深分布总体规律是东、西部浅，中部深，而东西部又是自山前向南埋深由深变浅再变深的变化。西部山前地区水位埋深10～20 m，向南小于10 m，再到10～20 m。东部山前地区水位埋深20～30 m，向南10～20 m，再到20～30、30～40及40～50 m。中部受漏斗影响，埋深较大，漏斗中心区水位埋深大于60 m。

京津以南平原深层地下水埋深分布总体规律由山前向东埋深增大趋势，北部、南部山前水位埋深浅于中部山前地区，漏斗中心地区埋深较大。保定以北山前地区水位埋深10～20 m，向东水位埋深依次增大，廊坊漏斗、廊坊市大城漏斗区水位埋深大于50 m，沧州市漏斗中心区水位埋深大于90 m。石家庄山前地区水位埋深40～50 m，向东在石家庄北部平原有一条带水位埋深较浅并与保定地区相连接，东部冀枣衡漏斗区水位埋深较大，漏斗中心水位埋深大于100 m。邢台市区山前水位埋深20～30 m，北部山前水位埋深较大，一般大于60 m，向东至巨新漏斗水位埋深最大，达100余 m，并与冀枣衡漏斗连成一片。邯郸南部山前地区水位埋深20～30 m，东南部30～40 m，邯郸市山前地区水位埋深50～60 m，东部漏斗区水位埋深大于60 m。

3.2.2 河北平原深层地下水“十一五”期间水位变化情况(2006年与2010年对比)

冀东平原深层地下水绝大多数地区表现为下降，仅东南沿海和唐海县城及以东呈条带状分布的小范围地区水位出现回升。回升区水位上升幅度多在2 m以内，局部大于2 m，最大为15.52 m(乐24－3)。下降区下降幅度西部多在4 m以内，中部及东北部多大于4 m，最大下降13.12 m(丰南32－3)。

京津以南广大平原地区深层地下水以降为主，降幅大多在7 m以内，南部平原相对较大，许多地区下降幅度超过10 m，最大下降26.94 m(巨51)，辛集、青县北部等地下水降幅也超过20 m。石家庄以北至高碑店山前水位下降幅度相对较小，一般小于4 m，保定市满城－徐水山前一带下降幅度小于2 m。水位回升较集中的地区出现在东北部沧州－廊坊一带，其它零星分布于大名东南、南宫、衡水、保定等地。回升区水位上升幅度一般小于7 m，沧州等部分区域上升幅度较大，最大上升 22.56 m(沧 20 －3.2)。

总体来说，“十一五”期间河北平原地下水位以下降为主，主要表现为山前平原及淡水分布区的浅层地下水水位下降，中东部有咸水区的深层地下水水位下降，水位下降幅度与人工开采地下水状况密切相关。

4 河北平原地下水动态影响因素分析

根据地下水动力场特征，结合地下水补给、径流、排泄条件变化的分析，认为人类经济活动和孜尔安条件的改变，是影响河北平原地下水动态变化的两大因素。认为因素主要是当地人口增长、经济发展、城市化进程的提高一级水利工程的建设等，自然因素主要是河北平原气温升高，降水量减少。

4.1 人为活动因素分析

(1)“十一五”期间，河北省保持了经济平稳较快发展的良好态势。2010年，全省生产总值突破2万亿元，年均增长比上年增长12.2%，人均生产总值由2005年的1.47万元提高到2.87万元。农业方面，大力发展集约型农业，现有耕地面积8 852万亩，粮食总产量达到2 975.9万 t，增长2.3%，创历史最高水平。工业方面，全部工业增加值9 554亿元，比上年增长13.5%。规模以上工业增加值达到8 182.8亿元，增长16.5%，较2005年增加1倍。城镇化建设方面，五年间，河北省城市化进程不断加快。到2010年，全省建成区面积1 641.4 km2，城镇化率1953年的11.6%提高至2010年45%，城市道路面积 26 619.8 ×104km2。

另据统计，河北平原总人口从上世纪五十个代2 510万人增加到2010年5 793万人，人口增加，用水量也相应增加，据资料显示，城市生活用水由1950年的2.18%增加到2010年的6.1%;农村生活用水由5.5%增加到6.5%。

地下水水位埋深的变化受开采量的影响十分明显。经济的增长、人口的增加、城市化进程的加快，都加大了水资源的开发利用程度。地下水作为河北平原的主要供水水源，开采强度不断加大，开采层位不断加深，开采量常年高于补给量，实际开采量常年高于可开采量，长期过量开采地下水资源导致河北平原地下水水位的持续下降，随着地下水开采量的增加，地下水水位埋深逐渐加大的趋势十分明显。(见图3、图4)

图3 河北省地下水资源量及开采量对比(2006－2010年)

图4 河北平原典型监测井开采量与水位埋深关系对比图

(2)此外，建国以来，河北省开展了大规模的水利工程建设，先后建成大、中、小型水库1 063座，总库容115.7亿 m3。这些水库控制山区来水的90%，改变了地表径流的特征，造成了河北平原有河皆干的局面，虽然有些河流在丰水年的汛期有短时间的地表径流通过，但由于时间短暂，不能充分补给地下含水层，使得原先常年接受地表水补给的沿河地带，不能有效的获得甚至根本得不到地表水的补给，造成沿河地区地下水水位常年下降。

4.2 气候变化因素分析

气候变化是影响河北省水资源最主要的自然因素，主要表现为气温升高和降水量的减少。

气温方面:根据有关资料，近45年，河北省平均温度显著上升，平均增速达到0.3℃/10a。其中冬季增暖幅度最大，夏季变化不明显，而且20世纪60年代最冷，70、80年代开始增温，20世纪90年代至今达到最暖(见表1)。气温的升高提高了蒸发量，无论水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发，还是潜水的蒸发，气温的升高都会使水的消耗量增加，增加了农业的旱情，使农业的需水量增加。由于气温的升高变化，在河北平原常常会出现高温天气，城市生活用水量也增加，造成水资源供需矛盾日趋加剧。

表1 河北省年平均气温10年际变化

降水方面:在气候因素中，降水对浅层地下水资源变化起明显作用，根据对河北平原典型监测点地下水位和降水资料的对比分析，降水的多少对水位变化影响明显(见图5)。据资料统计，河北平原从二十世纪50年代至今，降水量呈线性下降，下降速率27.4 mm/10年(见图6)。受降水量影响，河北省水资源总量从2003到2010年呈逐年减少趋势，地下水资源量也逐年减少。降水是河北平原地下水的主要补给来源，年降水量的减少，则浅层地下水补给量减少，从而导致主要靠浅层地下水越流补给的深层地下水补给量减少。

图5 石家庄市城市代表监测点地下水位与降雨量关系曲线

图6 河北省降水量十年际变化

5 结语

“十一五”期间河北平原地下水水位埋深整体呈下降趋势，文章从人为活动因素和气候变化因素两个方面，结合地下水补径排条件，阐述了地区地下水位下降的影响因素，为解决区域下水下降、地面沉降等环境地质问题提供了可靠详实的依据。

［1］朱延华，刘淑芬，郭永海.河北平原地下水动力环境演化规律及影响因素［J］.地球科学.1995，20(4).

［2］陈永红，张英爱，郭晓军，等.河北省近45年温度变化的特征分析［J］.山东气象.2009(2).

［3］河北省经济年鉴［Z］.2011(27).

［4］中国水资源公报［Z］.(2006－2010).

［5］中国地质环境监测院.华北平原地下水动态调查评价报告［R］.2010.

［6］河北省地质环境监测总站.河北严重缺水地区地下水监测成果报告［R］R.2012.