史 恒，翟 勇，張利濱

（1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450008；2.河南省特殊巖土環(huán)境控制工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450008；3.河南省出山店水庫運(yùn)行中心，河南 信陽 464000）

南水北調(diào)中線工程穿越城市，沿線人口密集，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展迅速，河南省2018 年制定了水源保護(hù)區(qū)劃，科學(xué)地劃定工程兩側(cè)水源保護(hù)區(qū)，可以在一定程度上避免工農(nóng)業(yè)污染物通過地下水等途徑進(jìn)入渠道，影響水質(zhì)。在保護(hù)區(qū)劃定的前提下，將其納入當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃、水污染防治規(guī)劃、土地利用規(guī)劃，指導(dǎo)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，對保護(hù)總干渠水質(zhì)是十分必要的。對區(qū)內(nèi)地下水進(jìn)行監(jiān)測以及動態(tài)變化特征的分析研究，為促進(jìn)城區(qū)和水源保護(hù)區(qū)的高質(zhì)量發(fā)展，提供了可靠的水文地質(zhì)研究資料。

1 概況

南水北調(diào)中線一期工程總干渠鄭州市中原區(qū)段東起航西辦事處密垌村，西北至東趙公路橋，轄區(qū)內(nèi)全長14.265km。場區(qū)位于鄭州市城區(qū)西南部，是鄭州市的政治和文化中心。根據(jù)《水源保護(hù)區(qū)劃》，中原區(qū)段一級水源保護(hù)區(qū)寬度50m，二級水源保護(hù)區(qū)寬度500m。

2 水文地質(zhì)概況

2.1 氣象與水文

鄭州市屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冷暖氣團(tuán)交替頻繁，四季分明，降水年內(nèi)分配不均，冬、春雨少，降雨多集中于夏秋兩季，汛期6—9 月份降水占全年降水量的64.78%以上，多以暴雨形式出現(xiàn)，據(jù)河南省氣象局1983—2019 年資料，鄭州市多年平均降水量637.8mm。降水年際變幅大，最大年降水量為1070.6mm（2003 年），最小年降水量為372.0mm（1986年），年最大與最小降水量之比達(dá)2.88 倍，降水年際和年內(nèi)分配不均，易出現(xiàn)旱澇不均現(xiàn)象。沿線同期空氣濕度變差不大，冬季濕度最小，夏季濕度最大，多年平均相對濕度67%。沿線水面蒸發(fā)量南部小于北部，鄭州市多年平均水面蒸發(fā)量為1221mm。

中原區(qū)段所屬流域?qū)倩春恿饔虻纳碀}河水系，段內(nèi)河溝、排水溝較多，河流水位、流量受降水控制，變化極大，大部分屬于季節(jié)性河流，汛期水量豐沛，枯水期水量很小或斷流干涸，河流的洪水特性與暴雨密切相關(guān)。

2.2 水文地質(zhì)

場區(qū)廣泛分布新生代第四紀(jì)松散堆積物，松散層中分布有較多的各類砂層，這些砂層構(gòu)成本區(qū)主要含水層，賦存有較豐富的地下水資源，地下水類型以松散巖類孔隙水為主，巖性以砂、卵礫石、砂壤土及壤土為主，孔隙發(fā)育，具中等～強(qiáng)透水性，為地下水富存創(chuàng)造了良好的條件，主要受大氣降水、地表水入滲側(cè)向徑流補(bǔ)給，通過地下水徑流、排泄地面蒸發(fā)人工開采越流等排泄[1]。

區(qū)內(nèi)主要的研究對象為淺層地下水，淺層地下水動態(tài)變化類型為水文-開采-氣象型，見圖1。淺層地下水位動態(tài)主要受開采、氣象、水文因素影響，淺層地下水水位動態(tài)變化與開采量和降水量密切相關(guān)。

圖1 淺層地下水動態(tài)類型圖

大氣降水是區(qū)內(nèi)淺層地下水主要補(bǔ)給來源之一，大氣降水一部分通過土體孔隙下滲，補(bǔ)給地下水，另一部分通過地表徑流排泄。降水入滲后，儲水量增加，相應(yīng)地下水位抬升。反之，降雨入滲量減小，地下水位下降。由于降雨入滲經(jīng)歷滲潤、滲漏、滲透三個(gè)階段，前兩個(gè)階段是土體飽和的必要過程，當(dāng)土體飽和后，水分在重力作用下做穩(wěn)定運(yùn)動，補(bǔ)給地下水。往往水位上升存在一定滯后，如年內(nèi)降水主要集中在6—9 月份，但年內(nèi)高水位出現(xiàn)在12月—次年1 月。

3 地下水動態(tài)變化特征

3.1 水位監(jiān)測

為滿足本次地下水分析研究，在區(qū)內(nèi)設(shè)置了38個(gè)地下水位監(jiān)測井，進(jìn)行了一個(gè)水文年的監(jiān)測，進(jìn)行年內(nèi)變化分析；同時(shí)利用區(qū)內(nèi)長序列監(jiān)測井8 個(gè)，其中2 個(gè)為1983—2019 年的歷史觀測數(shù)據(jù)，6 個(gè)為總干渠通水以來2014—2019 年的地下水位觀測數(shù)據(jù)；其代表性水位變化曲線見圖2、圖3、圖4。

圖2 2#長觀井1983—2010 年水位變化曲線圖

圖3 16#長觀井1983—2019 年水位變化曲線圖

圖4 21#長觀井2014—2019 年水位變化曲線圖

通過綜合以上三種歷史數(shù)據(jù)的分析、對比與擬合可知[2]：場區(qū)地下水位經(jīng)歷了：高水位期～急劇下降期～緩慢恢復(fù)期三個(gè)時(shí)段。水位變化的時(shí)間：1983—1998 年為高水位期；1998—2014 年為急劇下降期；2015—2020 年為緩慢恢復(fù)（上升）期。

綜合分析2015 年以來，場區(qū)地下水位處于緩慢恢復(fù)期，水位恢復(fù)速度緩慢，整體呈上升狀態(tài)，水位恢復(fù)累計(jì)幅度一般0.3～5.31m，個(gè)別井水位變化大于9m。

3.2 地下水位動態(tài)變化的相關(guān)性分析

利用場區(qū)附近2#長觀井1983—2020 年水位觀測資料、21#長觀井2014—2019 年的地下水位觀測資料和氣象局大氣降水量和開采量資料進(jìn)行相關(guān)分析，分析沿線地下水位與大氣降水量、開采量的關(guān)系[3]，成果見圖5。

圖5 地下水位與影響因素的相關(guān)性曲線圖

由圖5 可知，場區(qū)大氣降水量歷年來略有變化，降水多集中于7、8、9 三個(gè)月，占全年的55.4%；12 月、次年1 月、2 月三個(gè)月降水量最少，占全年的5%；地下水位多于雨季降水過后開始上漲，較降水時(shí)期有一定的滯后。

場區(qū)內(nèi)地下水受開采影響明顯。淺層地下水2005—2018 年開采量、水位埋深、閉合面積對比如圖6 所示。從中可以看出2005—2013 年淺層地下水年開采量呈逐年增大，地下水位持續(xù)降低，降落漏斗面積逐年擴(kuò)大。2014—2017 年開采量逐漸減少，2015 年地下水位逐步回升，漏斗面積開始減小。2018 年淺層地下水開采量略有增加，漏斗面積略有增大。2015年，由于地下水禁采、限采政策的實(shí)施，開采量明顯減少，地下水位逐漸回升，與3.1 章節(jié)地下水位于2015 年以后處于緩慢恢復(fù)上升趨勢在時(shí)間上相吻合。

圖6 淺層水歷年開采量、水位埋深、閉合面積對比圖

綜合分析在地質(zhì)條件一定的情況下，大氣降水量、蒸發(fā)量、開采量為地下水動態(tài)變化的主要影響因素。

3.3 水位動態(tài)變化預(yù)測

遵循水文地質(zhì)條件相似、地下水類型相同、地下水動態(tài)變化基本一致的原則，利用相關(guān)性分析成果[4]，將總干渠中原區(qū)段沿線共分為3 個(gè)水文地質(zhì)段，根據(jù)長序列、同時(shí)期水文年等水位情況，推測各區(qū)段地下水高水位、低水位情況[5]，預(yù)測的最高水位、最低水位、工程地質(zhì)分段等見表1。

表1 水文地質(zhì)分段表

4 結(jié)論與建議

（1）地下水動態(tài)變化影響因素，主要包括水文地質(zhì)條件、降雨量、蒸發(fā)量、開采量。

（2）地下水位呈動態(tài)變化，場區(qū)內(nèi)地下水位年內(nèi)變幅0.5～3m，年際變幅在-1～3m 左右，2015 年以來整體地下水位呈上升趨勢。

（3）根據(jù)地下水位動態(tài)變化情況，可進(jìn)行未來一段時(shí)期內(nèi)場區(qū)地下水位情況預(yù)測，為進(jìn)一步開展水文地質(zhì)工作提供依據(jù)■