巩义市城区地下水动态特征分析

巩义市城区地下水动态特征分析

张丽， 田晓龙

(华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450045)

摘要：了解巩义市城区地下水水位动态，为巩义市城区地下水资源利用提供依据，实现地下水资源的高效利用，为此，在巩义市城区布设了地下水位监测点.依据近3年的地下水位监测点的监测数据，分析巩义市城区的年内、年际间降水量对地下水位监测点的水位动态、水位埋深以及地下水降落漏斗变化趋势的影响.结果表明：研究区地下水位埋深较浅，降水量是其地下水位动态变化的主要影响因素;其中年内地下水位变化以相对稳定的季节性变化为主，而年际间地下水位处于动态平衡状态；研究区深层承压水含水层是主要的供水来源，长期过量开采，形成了较大的地下水降落漏斗，在实行限采的情况下，地下水降落漏斗保持稳定，基本实现采补平衡.

关键词：地下水位； 地下水降落漏斗； 动态变化； 降水量中图分类号：TV125文献标识码：A文章编号：1002-5634(2015)03-0024-04

收稿日期:2015-03-01

基金项目:河南省高等学校重点科研项目(15A570004).

作者简介：张运凤(1970—)，女，河南郑州人，副教授，主要从事水资源规划与高效利用、水资源系统工程方面的研究.

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2015.03.007

1巩义市城区概况

1.1　自然、地理及水文条件

巩义市位于河南省中部、中岳嵩山北麓，背倚青龙山，面临伊洛河，全市地貌主要分为山地、丘陵、河谷平原三大类型，其中山地面积占总面积的43.4%，丘陵区面积占45.3%，河滩面积占9.5%，水面面积占1.8%.境内河流分属黄河、淮河两大流域，地下水位监测区内主要河流为伊洛河，伊洛河为常年性河流.伊洛河水文站的资料显示：多年平均径流量为28.14×108m3/a，最大和最小流量分别为176.00、17.53 m3/s，多年平均水位106.9 m.伊洛河综合治理工程于2008年10月建成，可有效地改善市区地表水的用水现状，增加地下水的回灌补给量，大大缓解市区水资源严重不足的现状，城区防洪能力提高到50年一遇的防洪标准[1].

1.2　气象条件

巩义属大陆性暖温带季风气候，光热充足，降水偏少，四季分明.巩义市降水量居河南省中偏下水平，现状年(2014年)降水量为351.1 mm ，较上一年减少111.8 mm，低于多年平均降水量(587.3 mm)，降水时空分布不均，夏季多雨，汛期6—9月占年降水量的60%左右，冬季少雨雪[2].巩义地区历年来平均气温14.6 ℃，年极端最高气温43 ℃，最低气温-15.4 ℃，月平均气温以7月最高，为27.3 ℃，1月最低，为0.4 ℃.全年平均蒸发量1 950 mm，全年无霜期平均234 d.

1.3　水文地质条件

巩义市城区系晚第三纪以来在嵩山背斜之北翼形成的小型断陷盆地，盆地西南以南山口—黑石关一带的三迭系下统砂页岩为界，与基岩山相接，东北通过一狭长地带，与荥新盆地连通，其北则以孝义—站街掩埋断层为界.该区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，据其埋藏条件、富水性、分布特征划分为上第三系—下更新统含水层组、中上更新统含水层组、全新统含水层组.

巩义市康店桥、南河渡伊洛河两岸为断陷盆地冲洪积孔隙水水文地质区，该区域地下水的形成首先受地质、地形条件的控制，也和一定的气候、河流因素相联系.平原区地下水资源量主要来自于降水入渗补给、地表水体入渗补给及井灌回归补给；岭区地下水主要来自东南山区岩溶裂隙水及西北伊洛河滩区孔隙水的侧向径流补给；滩区地下水主要来自伊洛河的侧渗补给，其次为大气降水的入渗补给及灌溉水回渗补给.自然状态下，地下水的径流方向是自东南向西北.随着城区地下水的大量开发利用，改变了地下水的天然流向，即由原来的低山丘陵区向伊洛河运动改为由低山岭区及伊洛河向城区一带运动.岭区地下水的排泄方式主要是开采，滩区地下水的排泄除开采外，还向低岭区径流排泄.

2地下水动态监测

地下水动态特征可反映出研究区地下水补给条件的好坏和地下水开发利用程度的高低.巩义市城区地下水主要受地表水体的入渗补给和伊洛河的侧向径流补给，以向下径流和人工开采的方式进行排泄，地下水动态变化规律与降雨量、田间灌溉用水量及人工开采量密切相关，表现出降雨入渗—径流—蒸发的动态特征[3].

在此选取了资料完整、数据可靠的6个监测点，分别为化工厂4号井、白沙滩小沟、孝北滩、化工厂2号井、伊洛河上游康店桥、火车站.所选取的观测资料系列为巩义市2012—2014年间的地下水位埋深、各年内月际平均降雨量及地面高程等.其中监测点观测频次为10 d/次，观测时间为每月的5号、15号、25号，即观测36次/a[4].根据对监测点的地下水位埋深数据分析，可推断巩义市城区地下水位埋深总的分布规律是由东、东南向西、西北逐渐减小，即由高岭区—低岭区—滩区逐渐变小，局部集中开采区地下水位埋深大于分散开采区.其中，化工厂4号井、白沙滩小沟、孝北滩、化工厂2号井、火车站、伊洛河上游康店桥为滩区，分散于伊洛河的周边，地下水位主要受伊洛河侧向径流和地表水入渗补给的影响.根据数据显示，滩区地下水位较低，在地下15 m以下范围，由近滩区向远滩区地下水位埋深增大.火车站属于低岭区，距离伊洛河较远，地下水位受伊洛河的影响较小，地下水位的埋深主要受降水的入渗补给和人工开采的影响，地下水位埋深范围为45～100 m.

3地下水位动态分析

3.1　地下水位埋深与降雨量的相关性分析

影响地下水位埋深变化最主要的因素是降雨和人工开采.这两个主要因素中，降雨量的年际变化量大，监测数据资料完整；开采量基本上是以统计数据为主，准确性相对较差，经分析，与地下水位的相关性并不好[5].因此，笔者选择降雨量和地下水位埋深建立相关关系，并对此进行年内和年际间的相关性分析.

3.1.1年内地下水位埋深与降雨量的相关性分析

从年内动态分析各监测点2014年地下水位埋深情况(火车站监测点除外)如图1所示(图中，每月从5号开始记录数据，后面的图同此).由康店桥伊洛河水位变化动态可以看出，上半年伊洛河水位较低，至6月下旬降至最低，7—10月份由于降雨集中且农业开采量减少，地下水位逐步回升，回升幅度较大，至10月中旬达到年内最高水位，增幅为3.78 m.汛期过后，随着降雨量的减少，地下水位埋深逐渐增大.化工厂4号井、白沙滩小沟井、孝北滩井及化工厂2号井距伊洛河较近，易受伊洛河水位的影响，地下水位埋深较浅，一般为1～10 m.地下水位动态变化与伊洛河相似，也呈上半年下降，下半年上升的变化规律，并在7、8月份达到最低，地下水位埋深范围为4.83～9.26 m[6].随着汛期的到来，降雨量增加，化工厂4号井、白沙滩小沟、孝北滩、化工厂2号井监测点开始接受降雨的补给，地下水位逐渐上升，增幅为1.67～3.12 m.汛期过后，降雨量减少，地下水位逐渐回落至各监测点上半年水位平均值.在10月中旬，伊洛河水位逐渐下降，其他监测点地下水位逐渐上升，这主要是受伊洛河的侧向补给所致.年内出现最高水位期与出现年内降雨量最大值月份相近或有所延迟，这主要是由于降雨的入渗补给抬高了地下水位所致.

图1　2014年地下水位埋深动态

3.1.2年际间地下水位埋深与降雨量相关性分析

采用2012—2014年的地下水位监测资料分析区域内地下水位的动态变化规律.由于缺失2012年12月下旬的地下水位监测数据，导致地下水位埋深动态曲线图出现断点.图2为研究区近3年的地下水位埋深变化曲线图.

综合这5个观测点在不同年份的地下水位埋深变化对降雨量的响应，可从图2中看出，研究区年际间地下水位埋深动态主要为“降—升—降”类型[7]，同一监测点的地下水位年内变化基本相似，变幅相近，出现低水位和高水位的时间也相对稳定，说明降雨量年际变化基本不影响地下水位的变化趋势.地下水埋深动态变化，主要受大气降水入渗补给、蒸发排泄、人工开采的影响，使其具有明显的季节性周期变化.由于每年的11月到翌年3月属于冻结期，降水量较少，加之蒸发量小，研究区内地下水位变化相对稳定.4—6月份，由于干旱少雨，强烈的蒸发作用和人工开采的影响，导致地下水位急剧下降，形成全年的枯水期.由于每年7—10月汛期的到来，降雨量相对集中，水位上升较快，每年10月份地水位达到年内峰值，其中年际最高水位出现的时间和大气降水峰值时间基本一致或稍有滞后[8].因此，地下水位长期变化的主要特征是年内周期变化和多年趋向变化.

图2　2012—2014年地下水位埋深动态

3.2　地下水降落漏斗分析

根据有关资料，多年来由于城区地下水开采量较大，降雨量减少，地下水的补给受到不同程度的影响，进一步导致了研究区地下水位的持续下降，巩义市城区局部产生了大的地下水降落漏斗.漏斗中心位于巩义市低岭区西部的火车站、中孚药厂一带，近年来由于城市节水等措施，漏斗有所减小.根据2014年巩义市城区地下水水位资料，可以看出巩义市城区原火车站、中孚药厂一带的降落漏斗仍然存在，火车站中心地下水位与2013年相比基本稳定，变幅在1 m左右.5月份中心水位93.86 m，与上一年同期持平；12月份中心水位91.82 m，较上一年同期90.47 m上升了1.35 m.近3年火车站地下水位变幅情况如图3所示.

图3　火车站地下水位变幅图

由图3可以看出：2012—2014年每年11月份以前地下水位变化趋势基本相同，11月份之后，由于2014年9、10月份降水量较大，地下水位埋深较前两年有所降低，降低幅度在3 m左右[9].

4结语

1)研究区地下水位埋深较浅，一般为1～10 m，受气候影响变化大，每年春季干旱少雨，蒸发作用强，地下水位下降迅速，形成枯水期.从7月份汛期开始，降雨量相对集中，地下水接受降雨补给，地下水位逐渐回升.

2)降水量对研究区地下水位埋深影响面较大、范围较广，是该区域地下水位动态变化的主要影响因素.同一监测点的地下水位年内变化基本相似，变幅相近，出现低水位和高水位的时间也相对稳定，说明降水量年际变化基本不影响地下水位的变化趋势.从总体上看，研究区年内地下水位变化以相对稳定的季节性变化为主，而年际间地下水位近几年处于动态平衡状态.

3)研究区深层承压水含水层是主要的供水来源，长期过量开采，形成了较大的地下水降落漏斗.近年来，由于加大了地下水的保护力度，地下水降落漏斗保持稳定，基本实现采补平衡.因此，应继续对地下水漏斗区实行限采，防止漏斗面积的扩大和地下水位下降，以实现地下水资源的可持续开发利用.

参考文献

[1]郑州市水务局.2011年郑州市水资源公报[R].郑州：郑州市水务局，2012.

[2]贾晓东.原平市城区重点水源地监测分析[J].山西水利，2013(5)：22，25.

[3]张传荣.2012年新疆温宿县地下水动态分析[J].地下水，2013，35(5)：72-74.

[4]刘文静，何立新，李传哲，等.地下水动态监测时间优化[J].水电能源科学，2013(2)：109-111.

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[9]王纪军,竹磊磊,胡彩虹,等.陆浑水库控制区近50年夏季降水变化特征[J].华北水利水电大学学报(自然科学版)，2014，35(3):1-5.

Analysis on Dynamics Characteristics of Groundwater in Gongyi City

ZHANG Li， TIAN Xiaolong

(School of Water Conservancy， North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450045， China)

Abstract:To understand the dynamic of groundwater table in Gongyi City, provide some basis for the groundwater resources in Gongyi City, and achieve the high-efficient use of groundwater resources, the monitoring points of groundwater table were laid in the urban area of Gongyi City. Based on the monitoring datum of monitoring points of groundwater table in nearly 3 years, we analyzed the influence of the annual and inter-annual precipitation on the dynamic of groundwater table, the depth to groundwater table and the change trend of groundwater drawdown funnel. The results show： in the research area, the depth to groundwater table is shallower, the precipitation is the main influence factor of the dynamic fluctuation of groundwater table； the annual fluctuation of groundwater table is mainly the seasonal fluctuation, the inter-annual groundwater table is in a state of dynamic balance； the aquifer of confined water is the main supply source of the research area, but the long-term excessive mining results in larger groundwater drawdown funnels; under the condition of limit mining, the groundwater drawdown funnel will keep stable, and the groundwater will basically realize the balance between mining and recharging.

Keywords:groundwater table; groundwater drawdown funnel; dynamic change; precipitation

(责任编辑：乔翠平)