松散含水层水文地质问题初探

李英英

（河北省煤田地质局第二地质队，河北 邢台 054000）

最近几年，越来越多的国内外学者对于水文地质进行了研究，尤其是在地下水的动态平衡和动态特征方面，投入了大量的精力，希望能够对水文地质有一个更加深入的分析和了解。

1 区域概况

1.1 地理位置

本次选择的抽水试验区域在黑河流域中下端的侵蚀堆积平原，其动态研究主要是针对张掖盆地、山丹盆地等[1]。

1.2 水文地质条件

河流之中携带山区的粗颗粒物质，在盆地之中堆积，这样就会形成储存地下水的空间。勘查资料显示，黑河流域中游的张掖盆地，其松散物质含水层的赋存厚度在盆地中部地区最大，保持在300～500 m，延伸至南北两侧逐渐变薄，变化范围在100～200 m。

2 地下水动态平衡与动态特征分析

由于地理位置的优势，本流域的水资源相对充沛，经济发展迅速，人类活动不可避免地会对地下水动态产生干扰。因此，针对地下水动态特征进行研究，其本身有利于区域之中的水资源评价，并且对于区域性的用水规划也可以进行合理的指导[2]。

2.1 地下水动态数据

2.1.1 动态监测数据

基于单点形式，针对松散地层所有井的自动监测数据，完成月均值的时间序列整理，并且针对CNT 的不同需做好对应的整理，要求每小时进行一次CMT 井的监测。考虑到河道径流量数据按照月均值数据采集，所以，对于后续的交叉小波分析，都是利用月均值来加以处理[3]。地下水监测点分布情况如图1所示。

图1 地下水监测点分布

2.1.2 河道径流量数据

针对河道径流量，其计算是根据莺落峡来水量进行分析，按照月均值进行整理的结果如图2所示。

图2 月均径流量值

2.2 地下水动态平衡研究

2.2.1 连续小波验证

首先，通过连续小波的变换来分析其显著性周期。按照周期实际的计算结果，基于不同平衡分区来展示部分分析结果。从图3中的黑色实线圈定范围就可以看出其地下水位变动的主周期值。对于各个时间序列数据，按照95%的置信水平标准红噪声检验，其显著时段是不一致的，并且水位的动态连续性和显著时段都存在不一致的特点[4]。

通过对于径流量连续小波分析之后，就可以看出其本身呈现出规律性较强的波动变化，如图3所示。

图3 径流量连续小波变换结果

2.2.2 地下水不平衡区

这一类型的区域主要包含三个地方，针对其各自的H11-0、H65、H61 监测井的长序列地下水位检测数据开展连续小波的分析处理，具体结果如图4所示。

考虑到区域之中的地下水位呈现出持续降低的趋势，所以，分析结果没有任何波动的周期。其出现可能是因为区域之中地下水位趋势性变化较强，实际的数据序列没有周期性正弦余弦波有关联。所以，其地下水变化特征是满足要求的[5]。

图4 监测数据连续小波分析结果

2.2.3 地下水自平衡区

这一类型的区域主要包含两个方面，针对本区域的地下水水位，基于1水文年作为基本单位的周期性波动，其年均的水文波动变化度较少，具体情况如图5所示。

图5 H1、86、H20-0 分析结果

从图5可以看出，地下水位的监测数据呈现显著的周期性结果，其本身的水位波动规律较强。地下水位长序列数据显著性波动为1年，和黑河的实际径流量水文波动周期基本是一样的，其本身的地下水位波动具有较强的规律性，但是随着枯水年和丰水年，其实际的水位变化情况存在一定的差异，呈现出明显的变化情况。20世纪80年代，开采导致其地下水的水位年变幅为0.5 m，从90年代开始，地下水位的年变幅逐渐增加，2008年达到最大的6.66 m，之后又逐渐变小，2014年稳定在1 m 左右。不难看出，对于稳定性波动规律的波形，利用小波分析具有良好的适用性，但是考虑到出现周期性波动的振幅变化，就需要结合其他因素来判断小波分析的实际结果。

在远离河道的地区，由于其本身的地下水补给条件有所欠缺，2001年之前呈持续降低的趋势，2001年之后有所上升。

从图6可以看出，其周期性规律不强。这与波形振幅、地下水变化趋势有着直接的关系，通过图形基本可以判断出来，这一个区域的水波动周期为1年，和水文周期基本上一样，其本身的特征也和丰水期、平水期、枯水期的变化基本一致[6]。

图6 H13-0 和H54-0 分析结果

由于农业灌溉、沙漠绿化等因素影响，大量地下水的开采使得地下水位逐渐降低，直至2001年才趋于稳定，其分析结果如图7所示。

图7 H7-0 和71 分析结果

地下水动态平衡区域还存在异常点，其前期能够保持水位的稳定性，但是林场的建设与发展导致其地下水位降低，补给不足造成其水位持续降低。从图8可以看出，其呈现出阶段性的变化。

上述分析结果能够满足水动态平衡分区的要求，不难看出，在地下水动态研究中，连续小波法具有辅助作用。这一方式能够抓住地下水任何的异常波动，但是对于相对复杂的区域，其使用还存在局限，还无法对于其周期性、趋势性做出合理的判断。

通过其对应的地下水位监测数据的变化趋势和特征的分析，人们就可以将其进行具体的划分，并且按照连续小波分析结果和数据特征，就能够基于小区域的水文地质条件，将其划分为两个自平衡区和三个不平衡区。

图8 H5-1、H5-2、H5-3 连续小波分析结果

3 结语

在未来很长一段时间内，本区域的地下水平衡状态还会延续。不平衡区域的制约因素几乎是不可逆转的，还需要加以控制，避免环境出现过度的恶化。自平衡区则需要做好补给环境的保护，遏制可能打破自平衡的因素，这是今后研究中需要重点关注的问题。