降水对平原地下水超采区生态补给影响分析

冯新华，王会乐，潘 旭

（聊城市水文局，山东 聊城 252000）

聊城市多年平均降水量562.8 mm，且具有时空分布特征，一般每年汛期6～9 月份降水量最多，占全年降水量的45%～69%，冬季降水量最少，仅占全年降水量的1.3%～9.0%。根据山东省2013 年最新超采区划定成果，聊城市超采区范围包括莘县-夏津浅层地下水超采区境内部分和茌平浅层地下水超采区，总面积为2 777 km2，主要分布在莘县、冠县、临清市。

1 分析方法

1.1 资料选取

以聊城超采区为主要分析区域，超采区现有地下水监测站70 多处，且有分布均匀的雨量站，因此拥有多年连续的地下水位及降水数据。本次所取不同埋深分布的监测井，最低埋深为临清（50A）平均5.67 m，最大埋深监测井为冠县222平均25.3 m，土壤类型多为亚砂土。选取2000—2016 年的监测数据，以此来分析降水对超采区不同埋深的补给影响。研究从超采区内选取地下水代表站和相邻雨量站的历年数据进行分析。

1.2 数据分析方法

通过将地下水位数据及降水数据绘制关系曲线来分析降水对埋深的影响[1-2]。关系曲线采用的是降水与监测井水位的数据，因为埋深为地面高程减去地下水位，所以分析降水与地下水位的关系，相应也会得到降水与地下水埋深的关系。

2 影响分析过程

2.1 降水入渗过程

聊城市区域降水主要集中在6～9 月份，各县之间的降水量有一定差异，但总体差异不大，此次研究是分析降水对不同地下水埋深的影响。降水入渗过程分为3 个阶段，分别是截留阶段、下渗阶段和产流阶段。三个阶段既是相互联系的，同时又是交叉进行的[3]。

2.2 超采区地下水监测数据分析

1）分析顺序。本次分析从埋深最小的观测井临清（50A）开始研究，其平均埋深在5.67 m，最后分析埋深较大的测井。研究从2000—2016 年降水与地下水位的关系。通过前期查阅相关资料发现水位的回升不仅与降水量的大小密切相关，同时也与降水前土壤的含水量有关。

2）浅埋深数据分析。通过对临清（50A）的分析，发现降水量与地下水位存在的联系。6～9 月份为汛期，通过分析趋势图发现，此段时间为降水补给地下水的主要时期，因此水位整体呈现上升趋势。汛期前由于地下水补充少，加之地下水的使用，水位基本呈现下降趋势。

将降水数据与地下水位的数据作出曲线图发现，针对埋深较小的井，较大的降水（日降水30 mm以上）在降水后一天内就出现有水位回升，4 d 后基本趋于稳定，低于20 mm 的日降水基本对地下水位没有什么影响，但若连续的20 mm 左右的降水，将出现连续小幅度的水位回升，以2006—2013 年的关系曲线为例如图1、图2。

图1 临清（50A）2006 年降水与地下水位趋势线

图2 临清（50A）2013 年降水与地下水位趋势线

并且通过水位变化的大小发现，30～40 mm左右的降水量能引起的水位变幅在0.2 m 左右，40～60 mm 左右的降水量能引起的水位变幅在0.35 m 左右，大于60 mm 时的降水量引起的水位变幅在0.6 m 左右。这也表明，降水量过大，并不是地下水位回升的越高，当降水强度大于土壤的入渗能力时，就会形成径流而不会引起太大地下水位的变化[4]，对于临清50A 来说，去除特殊因素，单次降水所能引起的地下水位最大的变幅在0.6 m 左右。

对于莘县（135）测井，前期若是降水较少，土壤较为干旱，较大的降水40 mm 左右，地下水位基本保持不变，若是前期降水充沛，通过多年数据分析发现45 mm 左右及以上的降水会使地下水位在降水1 d 内回升，3～4 d 后水位趋于稳定。并且降水大于45 mm 及以上降水，变幅在0.1～0.5 m 之间如表 1。

3）较大埋深的测井分析。对于冠县（174A），其平均埋深已经接近10 m，其汛期地下水位基本呈现上升趋势如图3，对于某些降水偏少的年份偶有水位突然下降再缓慢回升的情况，分析可能是由于人为抽水导致的地下水位的下降，单次较大降水对水位的变化也看不出较大影响。

表1 莘县135 测井45 mm、100 mm 降水引起地下水位变幅

图3 冠县174A（2003）降水与地下水位关系曲线

对于测井莘县（110B）其埋深与测井莘县（174A）类似，通过分析多年的降水与水位的变化曲线发现，其变化趋势与测井莘县（174A）基本相同，即单次降水对地下水位没有明显的影响，但汛期基本水位为上涨趋势。

冠县（193A）为基本井，平均埋深为13.25 m，每月只有 1、6、11、16、21、26 日有地下水位的数据，临清（145A）为重点井，平均埋深为15.23 m。但从变化趋势看来，其结论与莘县（110B）、莘县（174A）相同。

对于临清（145），其降水对地下水位已看不出什么影响，但地下水位在汛期也是呈现上升的趋势。对于埋深更大的井，莘县（130）、莘县（97B）基本井、冠县（210A）、莘县（137A）、冠县（220）、冠县（222），结论同样如此，如图 4。

图4 冠县145A（2011 年）降水与地下水位趋势线

3 降水对超采区生态补给影响

降水对超采区地下水补给的影响，通过分析不同地下水埋深的测井以及相应雨量站，然后把历年的降水数据和地下水位的数据作出关系曲线，分析得出以下结论：超采区内，降水对超采区的补给影响显著，埋深越小，降水对其影响越明显。

1）对于埋深小于10 m 的区域，单次30 mm的降水量1 d 内即可使地下水埋深回升，3～7 d 左右地下水埋深可趋于稳定，并且连续两天20 mm左右的日降水量，也可引起埋深的变化。

2）针对埋深6.0 m 左右超采区边缘区域，通过数据分析发现，单次30～40 mm 左右的降水量能引起的埋深变幅在0.2 m 左右，单次40～60 mm左右的降水量能引起的埋深变幅在0.35 m 左右，大于60 mm 时的降水量引起的埋深最大变幅在0.6 m 左右；对于埋深10 m 以上的区域，单次降水短期对其没有明显影响，但在汛期内，埋深变化总趋势为逐渐回升。

3）整体来看，降水对埋深的影响随着埋深的变大其影响越来越小。埋深大于10 m 以上区域，单次较大降水短期对埋深也已基本看不出影响，其在汛期内的整体趋势是减小的。