1、1邢台市百泉泉域地下水动态特征及其影响因素分析摘要：文章在邢台百泉泉域多年地下水监测资料的基础上，总结了人工开采以来百泉泉域的地下水动态特征，结合开采和降水等条件分析了泉流量和地下水水位变化的影响因素，为该地区合理开发地下水及地质环境保护提供了依据。 关键词：百泉泉域 地下水动态 影响因素 中图分类号：TU991.11+2 文献标识码：A 文章编号： 1.泉域概况 百泉泉域位于邢台、邯郸西部，泉域总面积 3843km2。泉域含水层以中部的奥陶系灰岩为主，含水层具有分布广、厚度大、透水性强的特征，分布面积 1638.6km2，其中裸露区灰岩面积 338.6 km2，隐伏区灰岩面积1300km2。
2、灰岩岩溶裂隙发育下限标高-350-460m，灰岩厚度 400-600m。该含水层是泉域的岩溶地下水系统强富水区，汇集和控制了泉域地下水，恰似一个巨大的“地下水库”,是邢台市工农业生产和生活用水的主要水源。 2.地下水补、径、排特征 2.1 补给特征 百泉泉域地下水受构造控制，形成边界清楚、完整的地下水流动系统，其自成补、径、排系统，属于全排型岩溶泉域，无外来的侧向补给，降水是唯一的补给来源。降水的补给形式，主要包括广大补给区的分散2式渗入补给和通过河谷渗漏段的集中补给两种类型。 （1）广大补给区的分散式渗入补给 补给区主要分布在高村-王窑-皇台底-西丘一线以西地区和紫山基岩裸露区，天然补给量为
3、 6.911m3/s。其中碳酸盐岩裸露区面积约 340km 2，碳酸盐岩浅埋区面积约 300km 2，补给来源以大气降水入渗补给为主，河流渗露补给为辅。灰岩裸露地区，面裂隙率一般为 7%-20%，降雨直接吸收渗入补给，地表径流短暂，往往表现为降雨后一些时间，地下水位就开始上升。裂隙岩溶含水层对降雨直接吸收渗入量与降雨量、降雨形式，以及地形、岩性、构造、地下水位埋深等因素都有关，降雨渗入量与降雨量不是简单的线性比，降雨量不足 300mm 的干旱年，地下水位一般不回升；降雨量超过 700mm 的丰水年，它对地下水集中补给起主导作用。 （2）河谷渗漏段的集中渗入补给 百泉泉域从南到北分布有北洺河、马
4、会河、沙河、七里河、白马河等，这些河流具有两个重要特点：一是各河流进入碳酸盐岩分布区后，因大量渗漏而断流；二是河流的展布与区域横向构造具有一定的生成联系。因此，河流流经石灰岩裸露区地段均有不同程度的渗漏，其中河流的渗漏以灌入式补给为主。 2.2 径流特征 径流区主要分布在碳酸盐岩裸露区以东低山丘陵区中的非河谷洼地和平原区的碳酸盐岩深埋区，具有自上而下由强逐渐变弱的特征。强径流带分布在地面以下 50m-150m；中径流带分布在地面以下 150m-400m ；3弱径流带分布在地面以下 400m-650m；极弱径流带分布在距地面 650m 以下。 奥陶系石灰岩中发育的岩溶水强径流带与其两侧的弱岩溶区
5、的裂隙、溶隙导水网络密切联系在一起，它们与百泉泉群形成了一个完整而统一的地下水系统。弱径流区含水层接受补给后，岩溶地下水首先是就近流向强径流带，再沿强径流带从北、西、南三个方向呈扇形向百泉一带汇集，由于受构造所阻而溢出成泉。大面积的岩溶区、巨厚的岩溶包气带及厚大的第四系含水层对泉域岩溶地下水主要起着涵养和调蓄的功能；宽广的中部岩溶强富水区主要对区域地下水起着汇集、储存和输导作用；百泉则起着最终排泄岩溶地下水的作用。 2.3 排泄特征 排泄区分布在径流区的东部。天然条件下，百泉泉群和达活泉泉群分布带为百泉岩溶地下水的排泄区，泉口标高 6071.5m。19581981年，泉群平均流量 6.309m
6、3/s。上世纪 80 年代以后，由于大量的工农业供水和矿山疏排水，泉水逐渐减少直至断流，1981 年至今达活泉断流，1987 年至今百泉断流。此后地下水排泄以人工开采为主，岩溶地下水的排泄方式由泉排泄型，转变为人工开采型。 3.百泉泉域地下水动态特征 3.1 天然条件下百泉泉域地下水动态特征 （1）地下水流场特征 百泉泉域地下水水位埋深总体变化规律是，从补给区的深埋型（水位埋深大于 200m） ，到排泄区逐渐过渡为浅埋型，直至排泄点以泉群涌出4地表。水位标高从补给区大于 160m，到排泄点为 60m。百泉岩溶地下水的流网形态受构造控制，总的特征是呈波状起伏的辐辏型流面，在强径流带则呈槽谷状展布
7、。在补给区流线密集，向排泄区则逐渐变得稀疏，其流线的趋势是，分别从北、西、南三个方向呈扇形向百泉一带汇集。 （2）地下水水位变化特征 百泉地区岩溶地下水的年周期水位动态变化，可分为三个时期： 回升期 一般在 6-11 月份，降水补给充足，开采量小，水位回升；在补给区为短时、快速、直线式回升， 回升速度为 7-50cm/ d； 在径流区、排泄区， 逐渐过渡为缓慢曲线式回升，回升速度分别为 2-7cm/d，2-2.5cm/d。 相对稳定期 大致在 12 月份至翌年的 2 月份左右，此时，降水量较小，排泄量与径流补给量保持相对平衡，水位动态基本平缓；补给区一般无稳定期，在枯水年份，各区均不具有水位稳
8、定期。 下降期 3 月份到雨季来临前的 5 月份这个时期，降水量少，开采量大，水位下降幅度较大。径流区在 11 月至次年 6 月， 排泄区在次年 1-6 月，呈直线式下降，下降速度补给区为 3-5cm/d，径流区、排泄区下降速度分别为 2-3cm/d，0.5-2cm/d。 百泉岩溶地下水的水位，除了有水文年周期的变化规律外，还存在7-10 年的多年周期变化规律。多年周期的水位变化特征，与降水周期变5化相吻合。周期开始时，地下水位上升到最高峰值，经过四年左右的相对稳定期，然后逐年下降，到周期结束达到最低水位值。 3.2 开采条件下百泉泉域地下水动态特征 3.2.1 地下水流场特征 开采条件下的岩
9、溶地下水流网形态与天然状态类似，只是在排泄区流网更加稀疏，但是，在人为大量集中开采岩溶水的地段，则出现漏斗状流网形态。在开采较集中的地方，地下水流网形态均发生局部变化，呈现出漏斗状流网形态特征，不过，如果在雨季减少开采量，随着补给量增加， 地下水水位下降漏斗即会随之消失，流网形态恢复原状。目前，由于受开采强度的影响，郉台市区岩溶水形成了由城区外围向中心汇集的地下水径流趋势。 3.2.2 多年地下水动态特征 在开采条件下，百泉岩溶地下水的水位动态在一个水文年内也有回升期、相对稳定期和下降期，但由于受人为因素的影响，地下水水位动态曲线波状起伏变化比较复杂，这种动态变化除受大气降水因素影响外，还与人
10、为增加开采量和朱庄水库蓄水拦截地表径流、减少岩溶地下水补给量有关。 根据多年以来岩溶水水位监测资料分析，十年周期的高水位值均出现在降水量大的 1973、1982、1990、2000 年的七、八月份。岩溶水主要的动态成因类型为降水补给-径流-开采型。 3.2.3 地下水补径排条件的变化 由于长期开采地下水和水利工程的建设，百泉泉域地下水补径排条6件也发生了变化。 （1）补给区 1979 年 7 月上游朱庄水库开始建成蓄水，随着工农业生产不断发展，人工开采岩溶地下水的范围和数量都在不断增加，以致使 1982 年 6 月-8月出现了有记载以来第一次百泉断流。目前除市区开采岩溶地下水主要用于工业和居民
11、生活外，上游农业和工矿企业也都在大量开采岩溶地下水，尤其农业开采量还具有随降水量减少而增大的特点。 （2）径流区 邯邢铁矿田矿床主要分布于该区，由于多年矿山排水，径流条件发生了很大的变化。大量的矿坑排水，不仅造成泉域地下水位大幅度下降，形成大规模的降落漏斗，还加快泉域地下水资源枯竭，地下水环境进一步恶化。 （3）排泄区 分布在径流区的东部。上世纪 80 年代以后，由于大量的工农业供水和矿山疏排水，泉水逐渐减少直至断流，1981 年至今达活泉断流，1987年至今百泉断流，此后地下水排泄以人工开采为主。 3.2.4 地下水水位埋深特征 （1）径流区 径流区地下水水位埋深较浅，总体下也呈现出下降趋势
12、，但在丰水年降水量大，岩溶水补给量也大，水位回升幅度大，以后各年得到的补给量减少，直到下一个丰水年的到来。 以梅花寨观测孔为例，1975 年地下水水位埋深 8.34m，2006 年为740.34m，1975-2006 年间，地下水水位埋深增加了 32m，多年平均水位下降速率为 1.03m/a。而且以 1982、1990、1996 等丰水年水位回升明显。（图 1） 图 1 梅花寨多年地下水水位埋深曲线图 （2）径流-排泄区 径流-排泄地下水水位埋深较大，总体呈现出下降趋势，但在丰水年降水量大，岩溶水补给量也大，水位回升幅度大，以后各年得到的补给量减少，直到下一个丰水年的到来。 以玉石洼观测孔为例
13、，1976 年地下水水位埋深 279m，2006 年为305m，1976-2006 年间，地下水水位埋深增加了 26m，多年平均水位下降速率为 0.87m/a。而且以 1982、1990、1996 等丰水年水位回升明显。 （图2） 图 2 玉石洼多年地下水水位埋深曲线图 （3）排泄区 排泄区地下水水位埋深较大，总体呈现下降趋势，但在丰水年且开采量较小时，水位略有回升。 以市区 G326 观测孔为例，1984 年地下水水位埋深 63m，2009 年为99m，1984-2009 年间，地下水水位埋深增加了 33m，多年平均水位下降速率为 1.32m/a。 （图 3） 8图 3 G326 监测孔多年
14、地下水水位埋深曲线图 3.2.5 区域地下水水位埋深变化特征 1992-2006 年，百泉泉域地下水水位总体上以下降为主，地下水水位埋深总体上自补给区-径流区-排泄区由大到小，即自西、北和南三个方向至百泉地下水水位埋深由大到小，地下水水位埋深最大的区域分布在泉域的南部，主要是由于矿区排水引起的。 （图 4） 图 4 百泉泉域 1992-2006 年地下水水位埋深变差图 4.百泉流域泉流量及地下水位变化的影响因素分析 4.1 泉流量变化的影响因素分析 20 世纪 80 年代以前，由于开采量较小，百泉泉流量总体上受大气降水的影响较大，受开采量影响较小，总体上呈现出逐年减少的趋势，且减少幅度有逐年增
15、大的趋势，1958-1981 年，泉群平均流量 6.309m3/s。 20 世纪 80 年代以后，由于大气降水偏少，随着工农业的快速发展，开采量逐年增加，特别是矿山疏排水量增加较快，以及上游水库蓄水拦截地表径流，从而减少了岩溶水的补给，造成了岩溶水水位呈连续下降的总趋势，至使泉水逐渐减少直至断流，1981 年至今达活泉断流，1987年至 1991 年百泉断流，1991 年复流后又断流，1996 后断流至今。此后地下水排泄以人工开采为主。 （图 5） 图 5 百泉泉域泉流量、降雨量和开采量动态曲线图 9（2）地下水位变化的影响因素分析 根据补给区、径流区和排汇区地下水水位埋深动态变化状况，以及百
16、泉泉域降雨量和开采量的动态变化状况，百泉泉域地下水位变化总体上受开采量和降雨量的共同影响，在不同时间段，补给区、径流区和排泄区由于其水文地质特征的差异，使其地下水水位变化也表现出不同的特征。 20 世纪 70 年代以前，地下水水位总体变化不大，主要受降雨量的影响较大，20 世纪 70-80 年代间，随着开采量的增大，尤其矿山排水量大量增加，地下水严重超采，地下水水位的变化受开采量的影响逐年加大，1979-1981 年连续三年降雨量严重偏小，而地下水开采量增大，地下水位降迅速下降，地下水体受了大量亏损，此后，至 1995 年期间，平均开采量 5.40 m3/s（17029.44104 m3/a)
17、，地下水开采量接近于多年平均地下水补给量，该期间地下水位降低 10m 左右，至 2004 年期间，平均开采量 8.44 m3/s（26620.33104 m3/a)，最大开采量达 10.03 m3/s （31630.61104m3/a)，地下水开采量大量增加，尤其矿山排水量大量增加，地下水严重超采，该期间地下水位又迅速下降，至 2006 年期间，由于引朱济邢工程引水，以及王窑铁矿和凤凰山铁矿停采，地下水抽（排）水量减少了 2.5 m3/s（7884 104 m3/a)左右，尽管这两年降雨量偏小（平均降雨量 391.4mm） ，地下水位仍上升较大。尽管近年来地下水开采量有一定的减少，但百泉泉域岩
18、溶地下水仍然处于严重超采状态，地下水环境遭受了严重破坏，而且这种恶化的态势仍继续发展、扩大，特别是如果大型铁矿再大量排水，将加剧百泉泉域地下水环境的恶化，10使泉域地下水资源枯竭。 5.结论 研究表明：自 20 世纪 70 年代末开始，百泉泉域补径排区地下水水位虽然受降雨量的影响，但随着开采量的增加，开采量对地下水水位的影响越来越大，其原因可能是由于开采量已经超出资源量的缘故。 参考文献： 1 河北省环境地质勘查院邢台监测站， 邢台市地质环境监测报告，1976、1980、1986、1990、1995、2000 年、2005 年 2 陈望和等， 河北地下水 ，1999 年 3 河北省环境地质勘查院， 河北省山区地质环境演化研究报告 ，2010 年 12 月 作者简介：李玉龙,男， （1980 年-） ，2003 年毕业于兰州大学水文与水资源工程专业，本科学历，在河北省环境地质勘查院从事水工环工作至今。
