衡水市深层地下水动态特征分析

张学知

（河北省衡水水文水资源勘测局，河北 衡水 053000）

衡水市位于河北省东南部，全市行政区域面积8815 km2。衡水市东南隔卫运河与山东省相望，东面、北面与沧州市、保定市相邻，西面、南面与石家庄、邢台接壤。衡水市地势平坦，地貌为冲洪积、冲湖积平原区。土壤大多为壤土、沙壤土、粘性土，适应于多种农作物的生长。衡水市属于暖温带大陆性季风型气候区，寒暑悬殊，雨量集中，干湿期明显。年平均气温12.6℃；多年平均降水量509.7 mm，年蒸发量1209.5 mm，干旱指数在2.36～2.76之间，气候干燥。全年降水季节分配很不均匀，全年降水量的80%集中在夏季（6~8月），期间常有暴雨天气[1]。本文结合衡水市地下水基本情况，对其地下水动态特征进行分析。

1 水文地质条件

1.1 含水层分布

衡水市水文地质剖面图见图1,垂向上划分的四个含水组与第四系地层划分相一致。

第一含水组（Q4）：为河流冲积和沼泽洼地沉积，是砂泥质松散物质，总厚度50～70 m。含水层岩性以细粉砂为主，该含水组为潜水类型，现已开采的主要是浅层淡水，咸水开发利用很少。

第二含水组（Q3）：以河流冲积物为主，西北部有洪积物分布，局部有静水洼地沉积物存在。底板深度170～250 m，厚度120～180 m。含水层岩性以粉细砂为主，地下水具有承压性质。

第三含水组（Q2）：以河流冲积洪积物沉积为主，局部为湖相沉积，为泥砂质松散沉积物。含水层以中细砂为主，间有中粗砂。底板深度在350～450 m之间，厚度180～200 m。该组为目前衡水市深层淡水的主要开采层，用于农业、工业及生活用水。

第四含水组（Q1）：以河湖相沉积为主，西北部冲洪积泥砂质。底板深度变化450～600 m，含水层厚度100～140 m。含水层以中细砂为主，间有中粗砂。该层目前仅有少量开采。

图1 衡水市水文地质剖面示意图

1.2 补、径、排条件

衡水市第四系含水层分为深层承压水和浅层潜水（微承压水），它们的补、径、排条件各有特点。

浅层地下水：属潜水，部分属微承压水，其埋藏深度一般较浅，能够直接接受降水入渗和地表水的入渗补给，补给条件好，降水入渗为其主要补给来源；潜水蒸发和人工开采为主要排泄方式，地下水循环交替缓慢。

深层地下水：补给来源主要有山前冲洪积扇的侧向径流及垂向入渗补给。本区域上覆岩层数十米至一百多米而且广泛分布有厚度较大的咸水层，补给条件差，但随着深层承压水的开发利用，水位逐年下降，深层与浅层地下水之间的水位差逐渐加大，导致浅层地下水透过两者之间的弱透水层向深部含水层越流，形成垂向越流补给。特别是在位于中东部平原区的衡水市越流补给成为深层承压水的主要补给项。同时是也导致深层承压水的污染的主要原因。深层承压水的主要排泄方式为人工开采[2]。

1.3 机井分布

根据全国水利普查结果，衡水市实有能用机井75187眼，机井分布密度为8.5眼/km2。其中能用深机井41092眼，深机井分布密度为4.7眼/km2[3]。

2 深层地下水位变化规律

2.1 深层地下水年内变化

衡水市人工开采深层地下水主要用于农业灌溉、城乡生活及工业用水。城乡生活及工业用水仅占深层地下水开采量的20%左右，用水相对比较稳定，农业灌溉用水量占深层地下水开采量的80%左右[4]，主要受气候变化和农业季节的影响，其开采往往集中在一两个月内，年内分布极不均匀[5]。由于衡水市农业开采占主要部分，并且地下含水层流场为整体，因此其他生产、生活用井变化趋势受农业用井影响，变化规律具有一致性。

农业灌溉用井一般1～3月地下埋深缓慢减小，2、3月间出现上半年埋深最小值，随后春灌开始，开采量增大，致使埋深逐渐加大，到6、7月份埋深达到最大值，其后，由于雨季到来，降水量可以满足农作物生长需水要求，开采量减少，埋深逐步变小，趋势延续到次年2、3月份。但是，由于衡水市主要农作物为冬小麦和夏玉米，小麦的主要灌溉季节为春季，而本区域春季3、4月份降水不到全年的10%，因此春季灌溉水量一般不受丰平枯年份影响；但是玉米播种季节在6月份，生长季节在7、8月份，处于汛期，6~9月份降水占全年的80%左右，因此受降水影响较大，开采量差异也较大，造成不一样的降水年份，最低水位发生的月份也有所差异。

分别以2015年（降水量516.0mm）、2014年（降水量312.5mm）、2013年（降水量608.1 mm）为平、枯、丰水年代表[4]，选取不同区域不同埋深的6处监测井进行比较分析。

一般平水年份最大埋深发生在6、7月份，这时6月中旬玉米播种刚灌溉完，随之7、8月份主汛期来临，农业开采停止，水位逐渐回升，平水年年内埋深变化图见图2。

图2 平水年年内埋深变化图

一般枯水年份最大埋深发生在8、9月份，由上分析，衡水市丰平枯年份降水量差别主要在汛期，枯水年分汛期的7、8月份降水偏少，因此正值玉米生长季节，灌溉开采持续，水位一直下降，直至8、9月份开采停止后才得到回升，枯水年年内埋深变化图见图3。

图3 枯水年年内埋深变化图

图4 丰水年年内埋深变化图

因此，得出结论，衡水市深层地下水最大埋深平水年发生在6、7月份、枯水年发生在8、9月份、丰水年发生在5、6月份。主要原因为汛期降水不同对农业开采造成的影响。即开采时水位持续下降，停止开采水位逐渐回升，开采为埋深变化直接原因，降水为影响因素。

2.2 深层地下水年际变化

据衡水市1988～2015年有连续资料的有代表性的深层地下水位观测井资料分析，各监测站点深层地下水位均呈下降趋势。各站年下降速率在0.95~2.06 m/a之间，平均下降速率1.52 m/a。本次所选取站点位于衡水市不同区域，在不同埋深区间，具有一定的代表性，可以说明年际变化趋势。但毕竟站点偏少，变化速率不能代表全区域情况。1988～2015年衡水市典型站深层地下水埋深情况见表1。

衡水市地处华北平原区，主要开采浅层淡水和深层淡水，咸水、微咸水开发利用较少。衡水市地下水开采始于20世纪初，20世纪80年以来相继出现历史罕见干旱，地表水来水量大幅减少，地下水开采量呈逐年增加的趋势。

由图可以看出，1990年、2000年、2003年、2009年、2012年埋深分别有小幅度的回升，说明在降水量大，开采量小的年份，水位下降速率是变缓的，深层地下水位的变化与开采量的关系密切，典型站年际埋深变化图见图5。

表1 各典型站年末地下水埋深统计表 单位：m

图5 典型站年际埋深变化与降水量相关图

2.3 深层地下水位影响因素及相关性分析

地下水位动态在降水、蒸发、温度、人工开采、地形地貌、地质构造等因素综合作用下，不停的变化[6]。其中最重要的制约因素是降水、温度等气候因素和人工开采地下水等人为因素。气候变化与区域间的水循环密切相关，气候变化必然引起水循环的相应变化。气候上的昼夜、年内以及年际变化，影响到地下水的补排平衡，引发地下水位产生相应的周期性变化。衡水市深层地下水补给缓慢，水位变化与人工开采强度密切相关。降水量大时，农业灌溉用水量较少，深层地下水短暂回升；降水量小时，农业灌溉用水量集中开采，造成深层地下水持续下降。因此，衡水区域内的深层承压地下水补给、径流、排泄条件很差，深层水位主要影响因素为人工开采及由于降水丰枯引起的人为开采量变化。

深层地下水是一种战略水资源，必须科学开发、合理利用并注重保护。衡水市全境处于超采区，地表水资源短缺，又长期缺乏外来水源，浅层地下水咸淡交错分布，多年来一直靠超采深层地下水来满足了当地人民生活和工农业生产用水需要。长期的开采，造成水位连年下降，本区域深层地下水不具有持续开发利用的条件，外流域调用地表水，减少地下水开采，对于缓解地下水的下降速率有着很大的作用。

3 结论

衡水市深层地下水的补、径、排条件差，水位的年内及年际变化受开采量的影响变化剧烈。年内灌溉季节无有效降水时，农业开采量大，水位下降明显；降水与灌溉季节重合时，无开采或开采量小，水位下降减缓，开始有所回升。由于连年开采，水位持续下降，枯水年份，农业开采量大，水位下降较快；丰水年份，开采量小，水位下降速率变缓。衡水市位于河北省中东部平原，全区域处于深层地下水超采区，由于本区域地质因素，深层地下水的补给条件差，保护地下水的主要手段就是减少开采，目前衡水市正在实施压采政策，结合地下水变化规律及影响因素制定政策，有望更好地保护深层地下水资源。

[1]衡水市水资源评价[R].衡水：河北省衡水水文水资源勘测局，2006.

[2]张彦增.衡水市地下水资源分析探讨[J].地下水，2006，8(2)：20-22.

[3]衡水市地质环境监测报告（2011-2015）[R]衡水：河北省地矿局第三水文工程地质大队.

[4]衡水市水资源公报[R]衡水：衡水市水务局.

[5]高志鹏,屈吉鸿,陈南祥,杨莉,李岩.地下水动态时空变化特征及其驱动因素[J].水电能源科学,2017,35(06):116-119+18.

[6]闫学军，张伟，侍建国.天津市平原区地下水水位动态特征分析及预测[J].海河水利，2012(1):33-35.