大同市2017-2018年地下水动态变化特征研究

陈建峰

(山西省水文水资源勘测总站，山西 太原 030001)

地下水开采过大，会形成地下水降落漏斗，地下水严重的超采会使地下水资源枯竭。通过对大同市市区及周边平原区地下水水位动态变化特征进行分析，阐述了本区地下水动态和地下水漏斗的变化特征。为合理调配区域地下水资源，保障工农业生产和国民经济发展的可持续性提供技术支持。

1 研究区概况

1.1 自然地理

大同市位于山西省北部，市区位于御河、十里河冲积平原，北邻内蒙古丰镇市，西为大同煤田，南与朔州市怀仁市接壤，东为云州区，平原区面积约为853 km2。大同是晋北地区的中心城市，全市人口340.64万人，其中市区面积约2 086 km2,人口178.2万人(2015年)，地区生产总值(GDP)1 052.9亿元(2015年)，城市工业经济以煤炭、电力、化工、机械、制药、旅游、商业为主。农业经济以种植、养殖、运输为主。

1.2 气象水文

本区属典型的温带大陆性季风气候，其特点是春季风沙多，干旱少雨；夏季雨热同步，降雨集中；秋季降雨减少，凉爽早霜；冬季寒风盛行，严寒少雪。多年年均降水量408.1 mm，70%左右的降水集中在7-9月，年蒸发量为1 200 mm，干旱指数2.5～3.0。年平均气温5.1℃～7.1℃，最高气温39℃，最低气温-29.1℃，无霜期90～130 d。平均风速2.5 m/s，最大可达29 m/s，年均8级以上的大风天29～65 d，多发生在春季。

大同市区及周边平原区主要河流有御河、十里河、万泉河、口泉河和桑干河。御河是桑干河的一级支流，发源于内蒙古丰镇市西北阳坡子，由北向南于新荣区堡子湾乡镇羌堡进入大同市境内，经孤山、大同城东、小南头，于云州区吉家庄汇入桑干河。干流全长155 km，大同市境内长78.3 km，流域面积5 001.7 km2，大同市境内流域面积2 597.37 km2。其主要支流有十里河、万泉河。多年平均径流量为1.53亿 m3(孤山水文站)，最大年径流量为1.85亿 m3(1987年)，最小年径流量为0.58亿 m3(1966年)。

十里河是御河的一级支流，发源于左云县马道头乡曹家堡村，流经左云县城、张家场、石墙框进入大同市，然后经高山镇、云冈镇，在小站村出山，最后在田村附近汇入御河。小站村以上(山区)段长75 km，小站村以下(平原区)段长14.5 km，流域面积1 228.37 km2。多年平均径流量为0.41亿 m3，多年平均清水径流量为0.03亿 m3。

万泉河是御河的一级支流，发源于内蒙古丰镇市官屯堡乡，由新荣区镇川口进入大同市，在黍地沟村汇入御河。干流全长26.87 km，流域面积161.88 km2。多年平均径流量为0.15亿 m3，多年平均清水径流量为0.006亿 m3。

口泉河是桑干河的一级支流，发源于左云县水窑乡尖口山，经云冈区鸦儿崖，在口泉镇出山，至堡子店入怀仁市，于智民村汇入桑干河。干流全长57.5 km，大同境内长57.5 km。流域面积501.89 km2。多年平均径流量为0.067亿 m3，1988年7月12日发生了693 m3/s洪峰(百年一遇)。

1.3 水文地质条件

1.3.1 地形地貌

监测区西侧及东北角为基岩山区，最高峰为馒头山，海拔2 426 m。平原区地势开阔平坦，地形总趋势是西、北侧高，东南侧低；边山高，中间低。山前均有面积不等的洪积扇裙，构成山前倾斜平原区，地形坡度3°～15°。地面高程1 000～1 200 m；中部为河流冲积形成的平原区，东西宽约38.7 km，南北长约49.37 km，地形较平坦，分布有御河、十里河、口泉河。平原区地形坡度1°～3°，倾向各大河流，地面高程950～1 100 m。按其成因和形态特征划分为基岩山地、黄土丘陵区、山前冲洪积倾斜平原、冲湖积平原与河谷平原(见图1)。

图1 监测区地形、地貌类型分区

1.3.2 水文地质条件

大同盆地由第四系松散堆积物组成，无矿产资源贮存。主要的断裂有：口泉断裂、泉寺头断裂和水峪断裂；在边山区局部开采石灰岩露天采场边坡存在山体崩塌隐患；过量超采地下水和工程建设密集的大同市区出现了地裂缝。地质环境条件较为简单。

大同市平原区含水层为第四系松散层孔隙含水岩系。

中低山丘陵区：在盆地边缘和东北部及监测区西侧边缘，含水层颗粒细，局部地段有砂砾石透镜体，潜水位埋深10～50 m，局部大于50 m，单位涌水量一般小于2 L/s·m。

山前冲洪积倾斜平原区：现代冲洪积扇裙比较发育，一般扇长5 km左右，含水层以砂砾石层为主，地下水丰富，为富水地段。一般单位涌水量2.78～16.67 L/s·m。水位埋深变化较大。倾斜平原中上部是盆地最富水地段，为孔隙承压水，含水层时代为早、中、晚更新世，岩性一般为砂卵砾石层，单位涌水量一般1.11～2.22 L/s·m。主要取水层位80～350 m。

冲湖积平原区：分布于御河、十里河、口泉河两岸地区，宽约10～20 km。含水层颗粒细，厚度小，为潜水，水位埋藏浅，富水性普遍较差。党留庄、兼铺一带存在古河床，发育有厚层的中粗砂和砾石，为承压水，水量丰富，一般单位涌水量0.5～20 L/s·m。

河谷平原：含水层颗粒粗、厚度大，呈带状分布，空间上连续均匀，含水系统内部水力联系良好。因此，在河谷平原孔隙水系统中打井取水，成功率很高。通常顺层渗透性好，而垂直层面渗透性差，为层状非均质介质。

1.3.3 地下水补给、径流、排泄条件

大同市平原区地下水补给来源主要为大气降水入渗，西、北边山侧向补给及边山峪口地表水入渗补给。盆地内地下水自边山向盆地中心径流，沿御河由北向南径流。地下水埋深从边山到盆地中心由深变浅，边山埋深80～100 m，盆地中心埋深5～10 m，边山前洪积扇区地下水水力坡度3‰～5‰，平原区地下水水力坡度0.5‰～1‰。

地下水排泄方式主要是沿御河向下游径流、人工开采和地面蒸发。

2 地下水位动态变化特征分析

为研究大同市市区及周边平原区地下水动态，选定地下水监测范围北起新荣区镇川堡以南，西至边山地带，东到云州区三十里铺、高寒区作物研究所、党留庄，南至怀仁市界的平原区各地貌单元，总控制面积约853 km2。有地下水位监测井40个。各监测井根据其井深及观测层位，可分为浅层水(井深小于60 m)监测井、中深层混采层水(井深大于60 m)，其中浅层水监测井2个，中深层混采层水监测井38个。

2.1 监测区地下水水位年变差

从多年长观资料分析，大同市区及周边平原区浅层、中层地下水之间有较好的水力联系，它们与深层水之间也有一定的联系。这主要是由于区内隔水层空间分布不稳定，加上人为混合开采的原因所致。

浅层地下水位和中层地下水位动态变化相同，深层水尽管变化较为复杂，但变化总趋势和浅、中层地下水动态一致，说明了它们之间有一定水力联系。

从河流上游到下游，浅层、中层地下水水力联系由密切逐步过渡到较差，深层水与浅层、中层地下水之间水力联系在主要开采区较好，其它区域较差。

2.2 监测区地下水水位分区

监测区地下水年均水位变差分区图(图2)，由此可见，监测区地下水位下降区主要集中在城北孤山至金家湾为中心地带，城东三十里铺一带，城西宋庄村一带，城西南高庄一带，城东南党留庄一带。水位变幅-0.5～-2.0 m区域面积约90.69 km2，水位变幅<-2 m区域面积约6.33 km2。水位下降区面积约占总面积的11.37%。这些下降区均位于大同市城北、城南、三十里铺、党留庄水源地的中心或边缘。

图2 监测区地下水年均水位变差分区图

地下水位回升区分布在大同市区及口泉河与十里河中间区域，面积约77.39 km2，占总面积的9.07%。其中，水位上升0.5～2.0 m区域面积约59.69 km2，水位上升>2.0 m区域面积约17.70 km2。水位上升区域内市区不允许开采地下水，居民用水主要来源于各水源地的供给，周边地区本年度补给大于开采，地下水得到涵养，致使本年度这些区域地下水位有较为明显的提升。

2.3 枯水期地下水漏斗状况

枯水期(5月份)地下水位等值线图(图3)，揭示了枯水期 地下水漏斗现状。

图3 枯水期(5月份)地下水位等值线图

2.3.1 城北水位降落漏斗区

城北水位降落漏斗区位于古店以南，金家湾、白马城、马家小村、大同公园、齐家坡、古城一带，形状似不规则葫芦型，北部小，南部大。以1 015 m等值线闭合，较2017年度1 020 m等值线闭合下降了5.0 m，显示漏斗区面积变小。漏斗区内浅中层监测井BC7枯水期(5月份)水位标高为1 003.65 m，枯水期(5月份)漏斗面积25.61 km2，比2017年同期水位漏斗面积36.51 km2减小了10.9 km2。

2.3.2 城西水位降落漏斗区

城西水位降落漏斗区位于城西水源地新添堡、马营、西韩岭一带，呈南北向两头大中间狭长型，北头大、南头较小。漏斗平面形态较2017年度发生些许变化，仍以1 010 m等值线闭合，漏斗区内中深层监测井XJ04枯水期(5月份)水位标高为997.08 m，漏斗面积35.65 km2，较2017年同期的28.89 km2，增大了6.76 km2。

2.3.3 城南水位降落漏斗区

城南水位降落漏斗区位于水泉洼、七里村、东河河、小南头、冯庄、塔儿村一带，呈南北两块椭圆漏斗区，以1 000 m等值线闭合，较2017年度同期1 010 m闭合等值线下降10 m。枯水期(5月份)北侧中心XJ10井地下水位标高980.958 m，南侧中心D4井水位标高983.519 m，枯水期(5月份)北侧漏斗面积39.01 km2，南侧漏斗面积38.63 km2，漏斗面积合计77.64 km2，与2017年同期漏斗面积41.13 km2相比，漏斗面积增大了36.51 km2。

2018年枯水期(5月份)水位降落漏斗总面积为138.90 km2，。相较2017年度枯水期(5月份)漏斗总面积106.53 km2，枯水期漏斗总面积增加32.37 km2。

3 结语

(1)大同市市区及周边平原区地下水动态变化受大气降水、河流径流量，特别是人为开采的影响较大，动态类型表现为入渗—径流型和开采—下降型。

(2)在动态监测时段内，中深层地下水位从年平均水位变差来看，地下水下降区和上升区变化特征及分布区域如下所述：

地下水位下降区主要集中在城北孤山至金家湾为中心地带，城东三十里铺一带，城西宋庄村一带，城西南高庄一带，城东南党留庄一带，水位变幅-0.5～-2.0 m区域面积约90.69 km2，水位变幅<-2 m区域面积约6.33 km2，水位下降区面积约占总面积的11.37%。这些下降区均位于大同市城北、城南、三十里铺、党留庄水源地的中心或边缘。

地下水位的回升区分布在大同市区及口泉河与十里河中间区域，水位上升幅度0.5～2.0 m区域面积约59.69 km2，水位上升幅度>2.0 m区域面积约17.70 km2，水位上升区域总面积约77.39 km2，占总面积的9.07%。水位上升区域内市区不允许开采地下水，周边地区本年度地下水补给量大于开采量，地下水得到涵养，致使本年度这些区域地下水位有较为明显的提升。

(3)从2018年度的监测数据看，地下水集中开采区仍存在三个水位降落漏斗区，三个降落漏斗区位置和形态基本与2017年相似。2018年枯水期(5月份)漏斗总面积为138.90 km2，相较2017年度枯水期(5月份)漏斗总面积106.53 km2，枯水期漏斗总面积增加了32.37 km2。