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        大同市2017-2018年地下水動(dòng)態(tài)變化特征研究

        2021-03-29 02:04:18陳建峰
        地下水 2021年1期
        關(guān)鍵詞:平原區(qū)大同市水位

        陳建峰

        (山西省水文水資源勘測(cè)總站,山西 太原 030001)

        地下水開采過大,會(huì)形成地下水降落漏斗,地下水嚴(yán)重的超采會(huì)使地下水資源枯竭。通過對(duì)大同市市區(qū)及周邊平原區(qū)地下水水位動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行分析,闡述了本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)和地下水漏斗的變化特征。為合理調(diào)配區(qū)域地下水資源,保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性提供技術(shù)支持。

        1 研究區(qū)概況

        1.1 自然地理

        大同市位于山西省北部,市區(qū)位于御河、十里河沖積平原,北鄰內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市,西為大同煤田,南與朔州市懷仁市接壤,東為云州區(qū),平原區(qū)面積約為853 km2。大同是晉北地區(qū)的中心城市,全市人口340.64萬人,其中市區(qū)面積約2 086 km2,人口178.2萬人(2015年),地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)1 052.9億元(2015年),城市工業(yè)經(jīng)濟(jì)以煤炭、電力、化工、機(jī)械、制藥、旅游、商業(yè)為主。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)以種植、養(yǎng)殖、運(yùn)輸為主。

        1.2 氣象水文

        本區(qū)屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候,其特點(diǎn)是春季風(fēng)沙多,干旱少雨;夏季雨熱同步,降雨集中;秋季降雨減少,涼爽早霜;冬季寒風(fēng)盛行,嚴(yán)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,年蒸發(fā)量為1 200 mm,干旱指數(shù)2.5~3.0。年平均氣溫5.1℃~7.1℃,最高氣溫39℃,最低氣溫-29.1℃,無霜期90~130 d。平均風(fēng)速2.5 m/s,最大可達(dá)29 m/s,年均8級(jí)以上的大風(fēng)天29~65 d,多發(fā)生在春季。

        大同市區(qū)及周邊平原區(qū)主要河流有御河、十里河、萬泉河、口泉河和桑干河。御河是桑干河的一級(jí)支流,發(fā)源于內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市西北陽坡子,由北向南于新榮區(qū)堡子灣鄉(xiāng)鎮(zhèn)羌堡進(jìn)入大同市境內(nèi),經(jīng)孤山、大同城東、小南頭,于云州區(qū)吉家莊匯入桑干河。干流全長(zhǎng)155 km,大同市境內(nèi)長(zhǎng)78.3 km,流域面積5 001.7 km2,大同市境內(nèi)流域面積2 597.37 km2。其主要支流有十里河、萬泉河。多年平均徑流量為1.53億 m3(孤山水文站),最大年徑流量為1.85億 m3(1987年),最小年徑流量為0.58億 m3(1966年)。

        十里河是御河的一級(jí)支流,發(fā)源于左云縣馬道頭鄉(xiāng)曹家堡村,流經(jīng)左云縣城、張家場(chǎng)、石墻框進(jìn)入大同市,然后經(jīng)高山鎮(zhèn)、云岡鎮(zhèn),在小站村出山,最后在田村附近匯入御河。小站村以上(山區(qū))段長(zhǎng)75 km,小站村以下(平原區(qū))段長(zhǎng)14.5 km,流域面積1 228.37 km2。多年平均徑流量為0.41億 m3,多年平均清水徑流量為0.03億 m3。

        萬泉河是御河的一級(jí)支流,發(fā)源于內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市官屯堡鄉(xiāng),由新榮區(qū)鎮(zhèn)川口進(jìn)入大同市,在黍地溝村匯入御河。干流全長(zhǎng)26.87 km,流域面積161.88 km2。多年平均徑流量為0.15億 m3,多年平均清水徑流量為0.006億 m3。

        口泉河是桑干河的一級(jí)支流,發(fā)源于左云縣水窯鄉(xiāng)尖口山,經(jīng)云岡區(qū)鴉兒崖,在口泉鎮(zhèn)出山,至堡子店入懷仁市,于智民村匯入桑干河。干流全長(zhǎng)57.5 km,大同境內(nèi)長(zhǎng)57.5 km。流域面積501.89 km2。多年平均徑流量為0.067億 m3,1988年7月12日發(fā)生了693 m3/s洪峰(百年一遇)。

        1.3 水文地質(zhì)條件

        1.3.1 地形地貌

        監(jiān)測(cè)區(qū)西側(cè)及東北角為基巖山區(qū),最高峰為饅頭山,海拔2 426 m。平原區(qū)地勢(shì)開闊平坦,地形總趨勢(shì)是西、北側(cè)高,東南側(cè)低;邊山高,中間低。山前均有面積不等的洪積扇裙,構(gòu)成山前傾斜平原區(qū),地形坡度3°~15°。地面高程1 000~1 200 m;中部為河流沖積形成的平原區(qū),東西寬約38.7 km,南北長(zhǎng)約49.37 km,地形較平坦,分布有御河、十里河、口泉河。平原區(qū)地形坡度1°~3°,傾向各大河流,地面高程950~1 100 m。按其成因和形態(tài)特征劃分為基巖山地、黃土丘陵區(qū)、山前沖洪積傾斜平原、沖湖積平原與河谷平原(見圖1)。

        圖1 監(jiān)測(cè)區(qū)地形、地貌類型分區(qū)

        1.3.2 水文地質(zhì)條件

        大同盆地由第四系松散堆積物組成,無礦產(chǎn)資源貯存。主要的斷裂有:口泉斷裂、泉寺頭斷裂和水峪斷裂;在邊山區(qū)局部開采石灰?guī)r露天采場(chǎng)邊坡存在山體崩塌隱患;過量超采地下水和工程建設(shè)密集的大同市區(qū)出現(xiàn)了地裂縫。地質(zhì)環(huán)境條件較為簡(jiǎn)單。

        大同市平原區(qū)含水層為第四系松散層孔隙含水巖系。

        中低山丘陵區(qū):在盆地邊緣和東北部及監(jiān)測(cè)區(qū)西側(cè)邊緣,含水層顆粒細(xì),局部地段有砂礫石透鏡體,潛水位埋深10~50 m,局部大于50 m,單位涌水量一般小于2 L/s·m。

        山前沖洪積傾斜平原區(qū):現(xiàn)代沖洪積扇裙比較發(fā)育,一般扇長(zhǎng)5 km左右,含水層以砂礫石層為主,地下水豐富,為富水地段。一般單位涌水量2.78~16.67 L/s·m。水位埋深變化較大。傾斜平原中上部是盆地最富水地段,為孔隙承壓水,含水層時(shí)代為早、中、晚更新世,巖性一般為砂卵礫石層,單位涌水量一般1.11~2.22 L/s·m。主要取水層位80~350 m。

        沖湖積平原區(qū):分布于御河、十里河、口泉河兩岸地區(qū),寬約10~20 km。含水層顆粒細(xì),厚度小,為潛水,水位埋藏淺,富水性普遍較差。黨留莊、兼鋪一帶存在古河床,發(fā)育有厚層的中粗砂和礫石,為承壓水,水量豐富,一般單位涌水量0.5~20 L/s·m。

        河谷平原:含水層顆粒粗、厚度大,呈帶狀分布,空間上連續(xù)均勻,含水系統(tǒng)內(nèi)部水力聯(lián)系良好。因此,在河谷平原孔隙水系統(tǒng)中打井取水,成功率很高。通常順層滲透性好,而垂直層面滲透性差,為層狀非均質(zhì)介質(zhì)。

        1.3.3 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

        大同市平原區(qū)地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水入滲,西、北邊山側(cè)向補(bǔ)給及邊山峪口地表水入滲補(bǔ)給。盆地內(nèi)地下水自邊山向盆地中心徑流,沿御河由北向南徑流。地下水埋深從邊山到盆地中心由深變淺,邊山埋深80~100 m,盆地中心埋深5~10 m,邊山前洪積扇區(qū)地下水水力坡度3‰~5‰,平原區(qū)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徑流、人工開采和地面蒸發(fā)。

        2 地下水位動(dòng)態(tài)變化特征分析

        為研究大同市市區(qū)及周邊平原區(qū)地下水動(dòng)態(tài),選定地下水監(jiān)測(cè)范圍北起新榮區(qū)鎮(zhèn)川堡以南,西至邊山地帶,東到云州區(qū)三十里鋪、高寒區(qū)作物研究所、黨留莊,南至懷仁市界的平原區(qū)各地貌單元,總控制面積約853 km2。有地下水位監(jiān)測(cè)井40個(gè)。各監(jiān)測(cè)井根據(jù)其井深及觀測(cè)層位,可分為淺層水(井深小于60 m)監(jiān)測(cè)井、中深層混采層水(井深大于60 m),其中淺層水監(jiān)測(cè)井2個(gè),中深層混采層水監(jiān)測(cè)井38個(gè)。

        2.1 監(jiān)測(cè)區(qū)地下水水位年變差

        從多年長(zhǎng)觀資料分析,大同市區(qū)及周邊平原區(qū)淺層、中層地下水之間有較好的水力聯(lián)系,它們與深層水之間也有一定的聯(lián)系。這主要是由于區(qū)內(nèi)隔水層空間分布不穩(wěn)定,加上人為混合開采的原因所致。

        淺層地下水位和中層地下水位動(dòng)態(tài)變化相同,深層水盡管變化較為復(fù)雜,但變化總趨勢(shì)和淺、中層地下水動(dòng)態(tài)一致,說明了它們之間有一定水力聯(lián)系。

        從河流上游到下游,淺層、中層地下水水力聯(lián)系由密切逐步過渡到較差,深層水與淺層、中層地下水之間水力聯(lián)系在主要開采區(qū)較好,其它區(qū)域較差。

        2.2 監(jiān)測(cè)區(qū)地下水水位分區(qū)

        監(jiān)測(cè)區(qū)地下水年均水位變差分區(qū)圖(圖2),由此可見,監(jiān)測(cè)區(qū)地下水位下降區(qū)主要集中在城北孤山至金家灣為中心地帶,城東三十里鋪一帶,城西宋莊村一帶,城西南高莊一帶,城東南黨留莊一帶。水位變幅-0.5~-2.0 m區(qū)域面積約90.69 km2,水位變幅<-2 m區(qū)域面積約6.33 km2。水位下降區(qū)面積約占總面積的11.37%。這些下降區(qū)均位于大同市城北、城南、三十里鋪、黨留莊水源地的中心或邊緣。

        圖2 監(jiān)測(cè)區(qū)地下水年均水位變差分區(qū)圖

        地下水位回升區(qū)分布在大同市區(qū)及口泉河與十里河中間區(qū)域,面積約77.39 km2,占總面積的9.07%。其中,水位上升0.5~2.0 m區(qū)域面積約59.69 km2,水位上升>2.0 m區(qū)域面積約17.70 km2。水位上升區(qū)域內(nèi)市區(qū)不允許開采地下水,居民用水主要來源于各水源地的供給,周邊地區(qū)本年度補(bǔ)給大于開采,地下水得到涵養(yǎng),致使本年度這些區(qū)域地下水位有較為明顯的提升。

        2.3 枯水期地下水漏斗狀況

        枯水期(5月份)地下水位等值線圖(圖3),揭示了枯水期 地下水漏斗現(xiàn)狀。

        圖3 枯水期(5月份)地下水位等值線圖

        2.3.1 城北水位降落漏斗區(qū)

        城北水位降落漏斗區(qū)位于古店以南,金家灣、白馬城、馬家小村、大同公園、齊家坡、古城一帶,形狀似不規(guī)則葫蘆型,北部小,南部大。以1 015 m等值線閉合,較2017年度1 020 m等值線閉合下降了5.0 m,顯示漏斗區(qū)面積變小。漏斗區(qū)內(nèi)淺中層監(jiān)測(cè)井BC7枯水期(5月份)水位標(biāo)高為1 003.65 m,枯水期(5月份)漏斗面積25.61 km2,比2017年同期水位漏斗面積36.51 km2減小了10.9 km2。

        2.3.2 城西水位降落漏斗區(qū)

        城西水位降落漏斗區(qū)位于城西水源地新添堡、馬營(yíng)、西韓嶺一帶,呈南北向兩頭大中間狹長(zhǎng)型,北頭大、南頭較小。漏斗平面形態(tài)較2017年度發(fā)生些許變化,仍以1 010 m等值線閉合,漏斗區(qū)內(nèi)中深層監(jiān)測(cè)井XJ04枯水期(5月份)水位標(biāo)高為997.08 m,漏斗面積35.65 km2,較2017年同期的28.89 km2,增大了6.76 km2。

        2.3.3 城南水位降落漏斗區(qū)

        城南水位降落漏斗區(qū)位于水泉洼、七里村、東河河、小南頭、馮莊、塔兒村一帶,呈南北兩塊橢圓漏斗區(qū),以1 000 m等值線閉合,較2017年度同期1 010 m閉合等值線下降10 m。枯水期(5月份)北側(cè)中心XJ10井地下水位標(biāo)高980.958 m,南側(cè)中心D4井水位標(biāo)高983.519 m,枯水期(5月份)北側(cè)漏斗面積39.01 km2,南側(cè)漏斗面積38.63 km2,漏斗面積合計(jì)77.64 km2,與2017年同期漏斗面積41.13 km2相比,漏斗面積增大了36.51 km2。

        2018年枯水期(5月份)水位降落漏斗總面積為138.90 km2,。相較2017年度枯水期(5月份)漏斗總面積106.53 km2,枯水期漏斗總面積增加32.37 km2。

        3 結(jié)語

        (1)大同市市區(qū)及周邊平原區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化受大氣降水、河流徑流量,特別是人為開采的影響較大,動(dòng)態(tài)類型表現(xiàn)為入滲—徑流型和開采—下降型。

        (2)在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi),中深層地下水位從年平均水位變差來看,地下水下降區(qū)和上升區(qū)變化特征及分布區(qū)域如下所述:

        地下水位下降區(qū)主要集中在城北孤山至金家灣為中心地帶,城東三十里鋪一帶,城西宋莊村一帶,城西南高莊一帶,城東南黨留莊一帶,水位變幅-0.5~-2.0 m區(qū)域面積約90.69 km2,水位變幅<-2 m區(qū)域面積約6.33 km2,水位下降區(qū)面積約占總面積的11.37%。這些下降區(qū)均位于大同市城北、城南、三十里鋪、黨留莊水源地的中心或邊緣。

        地下水位的回升區(qū)分布在大同市區(qū)及口泉河與十里河中間區(qū)域,水位上升幅度0.5~2.0 m區(qū)域面積約59.69 km2,水位上升幅度>2.0 m區(qū)域面積約17.70 km2,水位上升區(qū)域總面積約77.39 km2,占總面積的9.07%。水位上升區(qū)域內(nèi)市區(qū)不允許開采地下水,周邊地區(qū)本年度地下水補(bǔ)給量大于開采量,地下水得到涵養(yǎng),致使本年度這些區(qū)域地下水位有較為明顯的提升。

        (3)從2018年度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看,地下水集中開采區(qū)仍存在三個(gè)水位降落漏斗區(qū),三個(gè)降落漏斗區(qū)位置和形態(tài)基本與2017年相似。2018年枯水期(5月份)漏斗總面積為138.90 km2,相較2017年度枯水期(5月份)漏斗總面積106.53 km2,枯水期漏斗總面積增加了32.37 km2。

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