河北平原地下水动态特征

1、 本科毕业论文（设计）题目：河北平原浅层地下水位动态特征及影响因素分析 姓 名： 张婧玮 学号： 20111000866 院（系）： 环境学院 专业： 水文与水资源工程 指导教师： 职称： 评 阅 人： 职称： 2015 年 6 月本科生毕业论文（设计）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业

2、论文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日河北平原浅层地下水位动态特征及影响因素分析摘要河北平原地处华北平原北部,是我国目前水资源供需矛盾最为尖锐的地区之一。由于河北平原地表水资源缺乏,地下水资源作为其主要供水水源。毫无节制的超采地下水已导致山前平原局部地区浅部含水层输干，中东部平原深层地下水位大幅度下降，并诱发了降落漏斗等一系列水文地质问题。掌握地下水动态规律，分析不同因素对其影响程度，可以为区域地下水的合理利用和调控提供基础资料和依据。本文研究内容包括：（1）查阅相关文献掌握研究区的水文地质条件，重点分析观测区包气带岩性、含水层分布以及灌溉规律，对观测孔的水位监测情况进行统计；（2）对收集

3、的水位埋深观测资料进行整理与统计，分析了空间位置、不同深度、时间月平均条件下埋深动态变化规律；（3）选取代表性观测孔与时段，进行动态影响因素的识别探讨。分析结果表明：（1）水位动态在不同的环境中具有不同的规律性。由山前平原到滨海平原，水位埋深逐渐变浅，由山前的35m到中部平原的56m再过渡到滨海平原的2m左右；水位波动变幅变小，即山前平原的振幅为7m而中东部平原为2m；总体规律性变弱，灵敏度变高。（2）深层水位对雨期和灌溉期的响应较浅层水位滞后，受开采的影响一个水文年中会在3月和11月出现两个波峰，振幅波动达16m较浅层水位变化大。（3）地下水位动态是外界各影响因素（大气压、降雨、农田灌溉、深

4、层开采）的综合响应，不同时段内主导因素、影响程度有所不同，呈现叠加效应。气压与水位具有日周期的同步变化，它时刻都在影响水位的波动；由于气压在水均衡概念中是伪动态影响因素，在探求其他影响时应消除其影响。作为水均衡的补给项，降雨和灌溉入渗补给会使浅层地下水位升高，动态特征在一个水文年中还会出现主次峰值。研究区深层地下水的超量开采，形成了区域性浅层与深层相邻含水层间的水头差，浅层含水层持续向深层含水层越流排泄，其排泄量与深层水位年动态变化有关。关键词：河北平原，浅层地下位，动态，影响因素，入渗补给，开采ABSTRACTWith the rapid development of social econ

5、omy，the water resources exploitation deepen gradually，people have to face the intensified controdations between supply and demand for water increasingly，the shortage of water resources have aroused extensive attention in the global.Hebei plain,which is in the north of North Chian Plain,becomes one o

6、f the areas that is the most lack of water resources in our country.The surface water is lacking in Heibei Plain,so the grougwater is regarded as main supply water resource.Uncontrolled overexploitation of groudwater have leaded to the drought of surfical aquifer in some piedmont plain, the fleet fa

7、ll of deep groundwater in the mid-east plain and a series of hydrogeologic problems such as subsidence funnel incidently.So,we should grasp the dynamic change characteristics and analyze the incidence of influence factors.It is a realistic significance for reasonable allocation as well as optimizing

8、 dispatch.There are some research contents in the paper: (1) consulting related literatures to master hydrogeologic conditions of the study area,analyzing drilling district vadose zone lithology、the contribution of aquifer and irrigation rules, collating the information of observation wells;(2)putti

9、ng file the collected groudwater level in order, analyzing the changed rules of dynamic depth under the condition of space and different depth;(3) selecting representative observation wells, identificating and investigating influencing factors. The analysis results show that：(1) Dynamic water level

10、in diverse environments have different regularities. From piedmont plain to coastal plain,becomes more shallow in buried depth of groundwater,by the piedmont plain of 35m to the central plain of 56m and transition to the coastal plain of 2m.It is smaller in amplitude that the amplitude of the piedmo

11、nt plains(7m) much larger than the eastern plains(2m), weaker in regularity and higher in sensitivity.In the response of the rain and irrigation,deep groundwater is more hysteretic than shallow level.There will be two peaks in a hydrological year for deep groundwater in March and November,and it has

12、 a stronger volatility of sixteen meters.(2)The underground water level dynamic is the comprehensive response of various influencing factors（atmospheric pressure、rainfall、irrigation、deep mining) from the outside world.At different times,the dominant factor and influenced extent are different with in

13、dependence.Atmospheric pressure with water level has a synchronous trend and it affects the fluctuation of groudwater level all the time.Due to the atmospheric pressure is a fake dynamic factor in the grougwater balance concept,the influence of it should be eliminated in serch of other factors.As th

14、e groudwater supply,rainfall and irrigation can make the water level rise and there will be primary and secondary peaks in a hydrologic year.Because of the exploitation of deep groudwater make a certain extent waterhead difference,the shallow aquifer will recharge to the deep aquifer. key words：Hebe

15、i plain, the dynamic of shallow groudwater, influence factors, infiltration recharge, exploitation目录第一章 绪论11.1选题目的及意义11.2研究现状11.3研究内容、方法及技术路线2 1.3.1研究内容2 1.3.2研究方法2 1.3.3技术路线2第二章 研究区概况32.1自然地理3 2.1.1地理位置3 2.1.2地形地貌特征3 2.1.3气象水文4 2.1.4土地利用与灌溉42.2地质构造5 2.2.1构造5 2.2.2地层5 2.2.3包气带岩性62.3区域水文地质概况6 2.3.1第四

16、系主要含水层6 2.3.2典型钻孔区水文地质条件7 2.3.3地下水开采概况8第三章 浅层地下水位动态特征103.1 地下水位观测孔的分布与观测系列103.2 水位与大气压监测123.3 地下水位动态分析12 3.3.1 不同地貌单元的水位埋深变化12 3.3.2水位埋深的年内变化 14 3.3.3 深层含水层水位动态特征15第四章 浅层地下水动态变化影响因素分析174.1 动态变化影响因素的分析思路174.2 气压影响特点184.3 入渗补给的影响19 4.3.1 降雨19 4.3.2 农田灌溉204.4越流排泄的影响21 4.4.1开采21 4.4.2越流21第五章 结论及建议235.1结

17、论23 5.2建议23致谢25参考文献262015.5 中国地质大学（武汉）本科毕业论文第一章 绪论1.1选题目的及意义地下水位动态变化是外界因素对地下水系统的综合影响,通过分析地下水位动态变化特征,可以了解气候条件和人类活动对地下水系统的影响程度和变化趋势, 也是人类认识自然界的一个重要手段1。20世纪70年代以来，河北平原进入了全面开采地下水资源阶段，90年代东部深层地下水位目前普遍比几十年前下降了40m60m，形成7个深层地下水位降落漏斗。导致地下水资源衰减、地质环境恶化2。地下水位长期下降和地质环境问题频发已成为影响该区域可持续发展的瓶颈3。为了经济社会可持续发展，对地下水资源进行合理

18、配置和优化调度是相当有必要的，从地下水位的动态变化特征着手研究，提出地下水的可利用对策4。河北平原地下水的安全问题得到国家部委前所未有的重视，并开展国家重点基础研究发展计划973 项目，对河北平原地下水可持续利用进行调查评价。通过分析典型观测孔高频次地下水位动态变化探讨其影响因素，对地下水资源评价工作和可持续利用具有关键作用。因此，研究河北平原区地下水位变化特征，分析其主导驱动因素，对区域地下水合理利用和调控以及促进区域经济社会的可持续发展具有重要意义5。1.2研究现状由于华北平原水资源问题日益突出，该区域地下水位动态研究和可持续利用的调查评价一直以来都是各位学者探讨研究的重要方面。费宇宏等通

19、过对华北平原降雨、地表径流、地下水流场变化分析认为除降雨等自然因素外，在一定时空尺度上直接改变或影响地下水位变化的开采、灌溉等人类活动也是产生水资源变化的重要因素6。张兆吉等在华北平原地下水可持续利用调查评价中提到：由于该区几十年大规模开采地下水，包气带厚度、取水层位等水文地质条件发生了很大改变，原定的含水层组划分已不满足研究需求7；本书统一了第四系下限，厘定了第四系地层结构和四个含水层组的划分，为本文研究区概况奠定了基础。王仕琴等利用自动监测设备KADEC-MIZU II型地下水位自计仪对华北平原浅层地下水位监测的结果,结合观测孔体现出的地下水位动态特征，将华北平原观测点分为6大地下水动态类

20、型。在此基础上阐明了不同类型地下水位年内及多年动态变化特征,并探讨了不同类型区地下水位影响因素8。高业新等根据太行山前平原浅层地下水位动态的历史常观序列，分析浅层地下水年内变化具有明显周期性，总体呈下降趋势，年均降幅增大;结合大气降水和深层地下水动态，探讨其对浅层地下水位的影响。分析表明大气降水补给存在滞后，深层含水层不能直接接受大气降水垂向入渗补给，主要接受侧向补给。浅层地下水位的下降增加包气带厚度，降低了降雨入渗能力，深层地下水的开采将增加侧向径流和浅层地下水的越流补给9。刘绍华对华北平原降雨补给浅层地下水规律（水位动态法）展开过研究，在已有一年水位数据的基础上对比分析不同影响因素下降雨补

21、给地下水规律并得出在排除其他影响因素条件下，浅层地下水位动态与大气压表现出同步变化的规律。通过相关文献回顾可以看出：地下水位动态影响因素的探究还缺乏一定的系统性、规律性；监测手段、方法的局限、水位计监测频率低，不能准确的监测水位变化趋势；一年的水位资料还欠缺趋势性，说服力不强。1.3研究内容、方法及技术路线1.3.1研究内容以河北平原典型观测孔的地下水位长期观测数据为基础，进行动态特征及其影响因素分析，内容包括：（1） 熟悉并掌握研究区地质与水文地质条件；（2）重点分析长期观测孔附近的含水岩层分布，地下水开采，以及灌溉规律等背景；（3）对收集的地下水位观测资料进行整理与统计，分析不同条件下动态

22、变化规律；（4）根据空间位置与不同水位埋深条件，选取代表性观测孔与时段，进行动态影响因素的识别探讨。1.3.2研究方法（1） 查阅相关文献及书籍掌握研究区水文地质条件、地下水开采和灌溉情况。（2） 根据钻探资料整理钻孔区水文地质剖面图，了解含水层的分布。（3） 采用高频次（30min/次)，高精度自动水位计可以准确、可靠地监测河北平原典型钻孔区地下水位变化。利用对比方法将所需的水位波动段进行提取分析，从空间、深度、时间的角度研究其变化特征。（4） 辨识各影响因素，利用不同时段(无灌溉的雨期、无雨水的灌溉期)控制变量分离各水位动态响应值也为地下水位动态数据处理提供了新的思想理念。采用滑动平均法消

23、除气压对水位波动的影响。1.3.3 技术路线文献调研，分析研究现状，确定研究内容与方法收集钻孔区降雨数据野外收集典型观测孔水位、气压数据数据整理与选取地下水位影响因素分析地下水位动态变化分析 水位观测孔分布深层含水层动态不同地貌单元水均衡的研究思路年内变化排泄项因素补给项因素 大气压的影响图1-1 浅层地下水位动态特征及影响因素研究技术路线图第二章 研究区概况2.1自然地理2.1.1地理位置研究区位于河北平原的河北、山东境内。华北平原位于我国的东部，东临渤海，西抵太行山，北起燕山，南至黄河；地理坐标为东经112°30119°30，北纬34°4640°25

24、；包括河北省的全部平原以及河南省、山东省黄河以北的平原，面积约13.9万km2。我们主要的钻孔区域是位于河北平原（图2-1）的石家庄、衡水的周边地区以及山东省的禹城市7。河黄图2-1 河北平原平面位置及监测点分布图2.1.2地形地貌特征华北平原在地貌上处于太行山山脉以东，燕山山脉以南，地势低平，广阔坦荡，多在海拔50米以下，是典型的冲积平原，是由于黄河、海河、淮河、滦河等所带的大量泥沙沉积所致，故又称黄淮海平原，多数地方的沉积厚达七八百米。自北、西、南西三个方向向渤海湾倾斜，东部沿海平原海拔多在10米以下。地形坡度由山前的12变为东部临海平原的0.10.2。从山麓至渤海海岸，分为山前冲积洪积倾

25、斜平原、中部冲积湖积平原、东部冲积海积滨海平原三部分7。1.山前冲积洪积倾斜平原山前冲击洪积倾斜平原呈带状分布在太行山、燕山山前地带，由各河流的冲洪积扇链接而成。自太行山山麓（约100米等高线）往东，燕山山麓（约50米等高线）往南至新乡、邯郸、藁城、保定、大兴。丰南、滦县一线，宽度一般在3060km。有相当一部分山前第四纪山麓丘陵，被第四系冲洪积砂砾石层、亚砂土及亚粘土松散堆积物超覆掩埋在之下，形成古潜水。山前冲洪积平原区一部分是断层山地前缘或基岩残丘周边地区，由众多坡积、洪积裙连接组成，地面为砂砾石，地面坡度大于1冲沟发育，切割深达35米，土壤不发育多为裸露的砂砾石地。一部分是位于低山麓面前

26、缘、较大河流出山口的两侧，由分选差、磨圆不等的砾石构成，上覆薄层黄土，冲沟发育且切割深35m10。自东北向西南可划分为6个亚区：滦河洋河山前平原亚区、州河还乡河山前平原亚区、永定河潮白河山前平原亚区、拒马河唐河山前平原亚区、滹沱河山前平原亚区以及漳河卫河山前平原亚区。2.中部冲积湖积平原由海河、滦河、古黄河等水系的冲积物组成。主要分布在豫北、鲁西北、冀中南、京津和冀东平原地区，自山前冲洪积平原前缘往东、往南至北镇、无棣、沧州、天津、丰南、唐海、乐亭一线。地面标高多在50m以下，天津以东地区在1020m以下，地势自北、西向渤海湾方向缓慢倾斜，地面坡度0.20.5。最低点位于天津市附近，地面标高3

27、m左右。区内地面稍有起伏，缓岗、洼地交互分布，分为5个亚区：永定河扇前平原亚区、白洋淀黄庄洼低平原亚区、滹沱河扇前平原亚区、永年千倾洼低平原亚区、黄河漳卫河冲积平原亚区。3.东部冲积海积滨海平原分布在中部冲湖积平原前缘以东、以南直至海岸，主要为中全新世高海平面以后的海退地。大致沿渤海湾北岸、西岸呈半环状分布。可分为3个亚区：滨海低平原亚区、沿海滩涂洼地亚区、黄河三角洲冲积海积平原。2.1.3气象水文华北平原属欧亚大陆东岸暖温带半干旱季风型气候区，四季分明：春季多风，夏季炎热多雨，秋季晴朗气爽，冬季寒冷干燥。据1956 年至2000年气象资料显示（数据来源于中国气象科学数据共享服务网），华北平原

28、降水量的季节分配不均，全年降水量80%集中在汛期79月份, 往往春旱秋涝。降水量年际变化不大，多年平均降水量为500-600mm，少雨年份降水量不足400mm，多雨年份降水量大于800mm。年均气温为10-15，全年1月份温度最低约-1.8-1.0，7月份温度最高约26-32，最高温度高于40。12月份比较稳定，3月份开始逐渐升高，45月份明显增多，69月份达到最大，10月份以后开始下降。年平均水面蒸发量9001400mm，蒸发量随着温度上升而增加，随着纬度增加而递减，这种降水与蒸发时空分布的不均匀性，对本区地下水（包括咸水）资源的时空分布与盐碱地的形成有直接的影响5。华北平原水系流域主要包括

29、三个部分：黄河、海河以及滦河流域，此外还有徒骇河、马颊河、河北沿海诸河等直接入海的小河流，区内河网密布，共有大小河流近60条。，随着区内取水量的迅速增长以及龙羊峡、三门峡、小浪底等上游水利工程设施的兴建，河川径流量显著减少，地表水体趋于枯竭。作为区内第一大河，黄河流量呈减小趋势，据黄河下游利津站等资料，黄河平原流量50年代为460×108m3 /a，70年代为280×108m3/a，90年代为150×108m3 /a。而断流天数越来越长，1991年以前断流天数最多26天，1995年断流122天，1997年断流226天，给沿黄河区工农业生产及人民生活造成了严重影响7

30、。2.1.4土地利用与灌溉河北平原大部分属暖温带落叶阔叶林带，原生植被早被农作物所取代，仅在部分的山麓边缘生长林地和灌草丛；局部沟谷丘陵出现小片落叶阔叶林；广大平原的田间路旁，以禾本科、菊科、藜科等组成的草甸植被为主。河北平原是我国重要的商品粮生产基地之一，粮食生产始终以冬小麦、夏玉米为主体。小麦-玉米一年两熟是该地区主要的粮食生产种植制度，其种植面积大约占粮食总种植面积的8011。雨量的分配不均与作物的需水期不能一致，所以只能通过灌溉来满足作物耗水。冬小麦生育期的降雨量多年平均为150mm 左右，而冬小麦全生育期需水量约500mm左右，在冬小麦需要大量水分的3、4、5月份，多年平均降雨量只有

31、不到100 mm，因此，不得不靠抽取地下水灌溉来满足冬小麦生长发育的需要12。夏玉米生育期间降雨量特点是两头少、中间多，即4、5月份少，68月份较多，9月份又较少，总降水量略高于玉米需水量，但变化不定、分布不均，还应根据具体情况进行灌溉。经研究区实际灌溉状况调查可知，每年34月、56月为灌溉期，910月有可能灌溉，其中灌溉量最大的时间为34月。灌溉水源主要来源于深层地下水开采、石津灌渠等。由于研究区地表水较为缺乏，农业灌溉主要依靠深层地下水，到2000年地下水利用量已达到227.02×108 m3, 占年水资源利用量的7413。2.2地质构造2.2.1构造华北平原是一个大型的中、新生

32、代沉积盆地，在大地构造分区上隶属中朝准地台华北断拗。另有冀中拗陷、沧州隆起、黄骅拗陷、埕宁隆起、济阳拗陷、临清拗陷及内黄隆起等次一级构造单元分布其中。区内普遍缺失上奥陶统至下石炭统，结晶基底上、下部分别由元古界与太古界组成，前者为海相与陆相沉积岩，后者为复杂变质岩。震旦纪时的河北平原属于准平原，寒武纪与奥陶纪时期是陆缘海，中奥陶世后开始整体抬升，这一过程一直持续到中石炭世，此后经历下陷并重新接受沉积。自晚三叠世印支运动后，该区进入大陆边缘活动带的发展阶段，燕山期伴以大规模的中酸性岩浆侵入与喷发活动，上部地层遭到断裂与褶皱破坏，形成一系列沿北东至北北东走向分布的隆起和拗陷，成为目前该区隆起拗陷构

33、造格局的雏形。燕山晚期之后，华北平原形成了巨厚的中、新生代沉积地层。新构造运动以来，东部平原区发生过多次海侵活动。进入第四纪，气候冷暖交替频繁，在燕山南麓以及太行山东麓均发生过多次冰川活动，同时冰川。冰水活动特征也被记录于第四纪沉积物中。这对于该区地下含水层的划分和咸水体的形成有直接关系。2.2.2地层第四系由新至老可划分为全新统、上更新统、中更新统及下更新统。1、全新统（Qh4）山前平原为冲洪积砂砾层和砂质粘土与细砂互层；中部平原和滨海平原以冲积物为主，夹有湖沼沉积和海侵层，由粉质粘土、粉土夹粉砂组成，局部地区在底部见火山碎屑。在中部平原至滨海平原发育地表下的第一稳定淤泥层，据有区域性对比意

34、义。底界埋深1020m。2、上更新统（Qp3）在山前平原为冲洪积砂砾层夹砂质粘土；在中部平原滨海平原以冲湖积为主，由灰黄及棕黄色细砂、粉质粘土及粘土组成；在滨海地区夹有海侵层，局部见火山岩及火山碎屑岩。底界埋深5070m。3、 中更新统（Qp2）山前平原以冲洪积砂砾石层为主，中部夹砂质粘土、粉土及细砂互层；中部平原滨海平原以冲湖积棕黄、黄棕至红棕色粉质粘土夹粉细砂为主，局部以粉细砂为主。底界埋深为80160m。4、下更新统（Qp1）以褐黄、棕褐、黄棕、红棕夹灰绿及锈黄色为主，在山前平原为砂质粘土、粉土夹砂砾石层，下部有含泥砾卵石层；中部平原滨海平原由厚层粘土、砂质粘土夹中细砂组成。底界埋深为3

35、30400m。2.2.3包气带岩性作为一个大型中、新生代的沉积盆地，华北平原的浅层地层基本以第四系为主。其岩性主要为砂土、粉土、粉质粘土。自山前冲积平原至中部湖积平原区，包气带厚度由50m逐渐减小到30m并趋于稳定，岩性由细砂夹有粉质粘土逐渐转为以细颗粒粉土、砂土互层为主的岩性结构（图2-2）。中部湖积平原的包气带主要以粉质粘土、粘土、粉土为主，其厚度一般在10m左右（图2-3）。图2-2 石家庄至辛集段水文地质结构剖面图图2-3 辛集至衡水段水文地质结构剖面图2.3区域水文地质概况2.3.1 第四系主要含水层 华北平原上部地层是一套由多层卵粒、砂粒、粉粒与黏粒交替沉积作用而形成的复合沉积物。

36、地下水水化学特征，含水层厚度、岩性及其组成具有水平变化规律。依据地下水含水系统与流动系统，并结合地下水的开发利用现状，可对华北平原第四系含水岩系及含水层组进行如下划分（表2-1）。根据地层结构特点，在平面上划分了单层结构区和多层结构区。在多层结构区将第四系含水岩系自上而下划分为4 个含水层组（图2-1）。表2-1华北平原第四系含水层组特征表（张兆吉等，2009）分区组别度层底深/m水文地质单元含水层主要岩性单层结构区100-300山前平原顶部砾卵石、中粗砂含砾中粗砂、中细砂多层结构区第I含水层组10-50山前平原下部砾卵石、中粗砂含砾中粗砂、中细砂中部平原中细砂及粉砂细砂、粉细砂滨海平原粉砂为

37、主第II含水层组120-210山前平原下部砾卵石、中粗砂、中细砂中部平原中细砂及粉砂滨海平原粉砂为主第III含水层组250-310山前平原下部砾卵石、中粗砂中部平原中细砂及细砂滨海平原粉细砂及粉砂第IV含水层组350山前平原下部砾卵石、中粗砂中部平原中细砂及细砂滨海平原粉细砂及粉砂图2-1河北平原水文地质剖面图2.3.2典型钻孔区水文地质条件研究区主要位于山前冲洪积扇的边缘和中部湖积平原，钻孔区较集中的分布在石家庄、衡水周边。钻孔区地表水不发育，只有一条东北向西南走向的滏阳河，属滏阳河冲积水文地质亚区。第四系岩性以亚粘土、泥质粉土及透镜状细砂、粉砂为主。含水岩组为松散岩类孔隙水，根据地下水赋存

38、条件和水动力特征，以地层形成的时代为基础，将第四系沉积层分成、四个含水层组，大致相当于地层划分中的Q4、Q3、Q2、Q113。根据区域水文地质条件演变及目前开采现状，将第四系含水组划分为浅层含水组和深层含水组。浅层含水组底界埋深5070m，相当于第、含水层组，具有水交替显著、短周期循环的特点，地下水类型为潜水-微承压水。含水层厚度1025m以粉砂、细砂为主，局部无含水砂层。由于受西部山区松散沉积物后期沉积作用和海潮相沉积作用影响，研究区岩性颗粒细，沉积结构交错交叠，沉积层分散不稳定，浅部含水层区域分布也随之不稳定，浅层地下水分布复杂。从淡水、微咸水、半咸水到咸水都有分布，其中淡水主要分布在西部

39、，而东部淡水体分布主要受河道影响。矿化度1.649.7g/L，水化学类型以氯化物及硫酸盐型为主，单位涌水量一般小于5m3/h·m14。补给来源为降雨入渗及河渠入渗补给，排泄方式主要为蒸发及越流排泄，仅有少量开采，水质较差，不适宜作为生活用水、灌溉用水及工业用水等。深层地下水包括第、含水层组，地下水位埋藏较深，具有水交替缓慢、中等周期循环的特点，地下水头具有承压特性。矿化度小于1.0g/L，水化学类型主要为氯化钠型，补给来源为侧向径流及越流补给，排泄方式为开采排泄。水质较好，为-类水。是本区工农业及生活用水的主要水源7。2.3.3地下水开采概况20世纪70年代之后，华北平原进入了大规模

40、开采地下水的阶段，形成了浅层、深层立体开采的格局，地下水的需求量急剧增加（表2-2）。经统计可知，河北平原的开采量较大，基本占总开采量的60左右。由表2-3可知华北平原2002年-2008年平均年开采量为249.20x108m3。2004年-2005年华北平原降雨量较少，因此地下水的开采较往年规模大。2005年之后，华北平原开采量随着降水量的逐渐增加呈现逐年减少的趋势，也在很大程度上是因为人们认识到过量开采地下水会带来的环境危害后，华北平原地下水开采开始逐步得到遏制15。表2-2 华北平原地下水开采量统计表7研究区20世纪70年代20世纪80年代20世纪90年代2000年2003年平均开采量平

41、均开采强度平均开采量平均开采强度平均开采量平均开采强度平均开采量平均开采强度平均开采量平均开采强度河北平原88.0412.04123.516.89122.2616.72128.6217.59123.4617.44北京平原17.6529.4224.3140.5224.8741.4524.1840.09天津平原7.146.448.097.297.426.685.555.005.423.35豫北平原29.9415.239.1719.8838.6519.6225.3812.8828.6516.4鲁北平原13.804.4916.025.2127.568.9624.387.66合计156.5711.132

42、11.0915211.9815.06206.0915.15 单位：开采量108m3/a；开采强度104m3/km2·a表2-3 华北平原2002年-2008年浅、深层地下水开采量统计表15年份2002200320042005200620072008浅层206.43196.98229.03233.31219.94208.14203.42深层34.1733.7838.7143.5931.9331.7233.22开采量合计240.6230.76267.74276.90251.87239.86236.64 单位：108m3/a伴随着开采量的增加，研究区地下水位也呈逐年下降趋势。如表2-4 华

43、北平原浅层地下水位埋深变化过程统计所示，山前平原区地下水位埋深下降近30m，中部平原区也在逐步下降近10m。从图2-2石家庄至辛集段水文地质结构剖面图和图2-3辛集至衡水段水文地质结构剖面图也可以看出浅层地下水逐年下降的趋势。表2-4 华北平原浅层地下水位埋深变化过程统计6地区20世纪60年代初期1984年2001年山前平原区110m418m440m中部平原区05m28m215m东部滨海平原区02m02m05m第三章 地下水位动态特征3.1地下水位观测孔的分布与观测系列各观测孔的选取代表了不同的典型地貌特征、包气带岩性和厚度的空间变化、植被覆盖情况、灌溉水源分布状况。表3-1为本文选取的河北平

44、原典型钻孔水位监测情况统计表。表3-1河北平原典型钻孔水位监测统计表编号 投放点 经纬度地面高程/m井深/m初始水位埋深/m含水层观测系列Gpw01栾城试验站E 114°4129.48N 37°5322.53498043.6第二2013.12.182015.4.18Gpw02辛集北四冢E 115°164.99N 38°0221.43366339.02第二2012.8.152014.5.9Gpw03深州王家井E 115°2326.94N 37°5025.9532214.42第一2011.7.232015.4.18Gpw04深州旱作所试验

45、站E 115°4242.4N 37°5357.9416507.46第一2012.7.162015.4.19Gpw05衡水温泉宾馆E 115°4031.5N 37°4407.392116.233.68第一2012.7.172015.4.19Gpw06冀州试验场（浅井）E 115°36 86 N 37°3337.8719123.04第一2012.7.212014.5.9冀州试验场（深井）E 115°3616.03N37°33 37.331927671.78第二2012.7.212014.5.9Gpw07禹城试验场E 1

46、16°3414.60N 36°4943.1022231.96第一2011.7.212012.10.17典型钻孔区共设有7个监测点，其中浅层地下水位监测点7个，深层地下水位监测点1个，大气压监测点2个。气压监测是在Gpw04、Gpw06钻孔中投放水位计的同时投放一个气压监测计。各观测孔所代表地貌不同：Gpw01、Gpw02、Gpw03位于山前冲洪积平原，且Gpw01位于冲积扇顶部，Gpw02、Gpw03分布于冲积扇边缘地带；Gpw04、Gpw05、Gpw06分布在中部冲湖积平原。由图3-1各观测点的钻孔柱状图（图中蓝色线代表潜水面）可知各观测孔所反映的地貌不同，包气带厚度和水

47、位埋深由栾城-辛集-深州-衡水-禹城的方向逐渐减小。包气带岩性主要由粉质粘土及透镜状中细砂砾到细砂、粘土、粉土互层再过渡到滨海相的粉砂、亚粘土。各观测孔的水质变化也具有代表性：从山前平原到滨海平原依次为淡水、微咸水到咸水。地下水类型由HCO3-Na-Ca、Cl-HCO3-Na型水过渡到Cl-Na型水，并且矿化度由0.30.5g/L过渡到1.52.0g/L14。各观测孔的植被覆盖状况和灌溉情况见表3-2观测孔植被覆盖情况和灌溉状况总计表。潜水面图3-1各观测点的钻孔柱状图（刘绍华，2013）表3-2观测孔植被覆盖情况和灌溉状况统计表（刘绍华，2013）观测孔Gpw01Gpw02Gpw03Gpw0

48、4Gpw05Gpw06Gpw07植被覆盖情况小麦、玉米小麦、玉米无植被覆盖小麦、玉米无植被覆盖杨树、果树小麦、玉米灌溉水源150m-200m含水层130m-310m含水层石津灌渠120m-350m含水层无灌溉衡水湖河水、80m含水层灌溉时间每年3月中旬-4月上旬，5月中旬-6月上旬，9月下旬-10月上旬3.2水位与大气压监测在观测孔处布置了高灵敏度（精度0.5cm）的自动水位计levelogger进行大气压、地下水位的动态监测。如图3-2所示位于井口的水位计监测大气压动态，位于潜水面之下的水位计监测水位动态。levelogger 采用的是压力传感的原理设计而成，当大气压发生变化时，该仪器能够及

49、时的记录下大气压值（水柱高度/cm）；当地下水位发生波动时，该水位计不仅记录了水压力值还记录了大气压波动变化。二者之间监测的动态变化理论上应略有差异，这主要是因为地下水位动态是外界各种因素激励的综合响应结果。自动水位计大气压与水位监测的频率为30min/次。图3-2 大气压、地下水位动态监测装置3.3 地下水位动态分析通过对典型观测孔地下水埋深的高频监测，获取了相应地下水位埋深动态曲线如下图所示。采用的数据是通过读取钻孔区投放的水位计得来，在刘绍华分析的2011.7-2012.10的水位动态数据的基础上延伸至今，根据不同需要探讨多方面的水位动态特征。由于水位计每30min输出一次，随着水文年的

50、延伸，埋深数据具有繁冗性、波动性、随机性。解决这一问题需要采用滑动平均法对埋深数据进行处理。滑动平均法的基本思想是：根据时间序列资料，逐项推移，依次计算包含一定项数的序时平均值，以反映长期趋势的方法16。因此，随时间序列变化的埋深值由于受周期变动和随机波动的影响，发展趋势较易受到干扰，使用滑动平均法可以消除这些因素的影响，显示出水位动态变化趋势。绘制的埋深随时间变化曲线已具备了多个水文年数据特征，宏观上水位埋深出现了周期性的波动。3.3.1不同地貌单元的水位埋深变化根据空间地理的不同，按山前倾斜平原、中部冲湖积平原、东部滨海平原分类绘制典型观测孔的水位埋深动态曲线如图3-3所示。（1）山前冲洪

51、积倾斜平原水位埋深动态曲线选取山前倾斜平原的观测孔Gpw01、Gpw02，绘制Gpw01（石家庄）2013.12-2015.4水位埋深动态曲线和Gpw02（辛集市）2012.8-2014.4水位埋深动态曲线如图3-3（a）、（b）所示。 7m（a） Gpw01（栾城-水位初始埋深43.6m）2013.12-2015.4水位埋深动态曲线0.7m（b）Gpw02（辛集-水位初始埋深39.02m）2012.8-2014.4水位埋深动态曲线（2） 中部冲湖积平原水位埋深动态曲线选取中部冲级平原的观测孔Gpw04、Gpw05，绘制Gpw04（深州市）2012.7-2015.3水位埋深动态曲线和Gpw05

52、（衡水）2012.7-2015.3水位埋深动态曲线如图3-3（c）、（d）所示。3m（c）Gpw04（旱作所-水位初始埋深7.46m）2012.7-2015.3水位埋深动态曲线1. 5m（d）Gpw05（温泉宾馆-水位初始埋深3.68m）2012.7-2015.3水位埋深动态曲线（3） 东部滨海平原水位埋深动态曲线选取东部海积平原的观测孔Gpw07，绘制Gpw07（禹城）2011.7-2012.9水位埋深动态曲线如图3-3（e）所示。2m（e）Gpw07（禹城-水位初始埋深1.96m）2011.7-2012.9水位埋深动态曲线图3-3典型观测孔水位埋深动态曲线从多个水文年的变化趋势来看，各观测

53、孔的埋深动态曲线具有相似的特点：宏观上雨期（79月）水位埋深变浅，会出现一个水文年中的主波峰。受灌溉期（56月、910月）影响明显的观测孔（Gpw04），会在灌溉期出现次波峰；影响不明显的Gpw05在7月-次年2月埋深平缓变浅，36月埋深变深逐渐恢复初始状态。变化趋势具有相似性之外，部分观测孔也具有独特性：（1）分布在山前平原的观测孔埋深普遍较大，一般在3040m之间。曲线波动强烈，变化规律性强，且位于扇顶的Gpw01埋深最大变幅7m明显大于冲积扇边缘（Gpw02）和其他浅层井埋深变幅（12m）。（2）中部湖积平原的水位埋深在37m之间。对比Gpw04与Gpw05的变化趋势可知：Gpw04埋深

54、变化的总体趋势比较平稳，波动小，在长时间尺度上无突增突降变化。受灌溉影响，会在5月前后出现次波峰，年水位最大变幅2m左右；Gpw05的埋深曲线呈波动性变化，相比受雨期影响较小，无明显抬升的同时，埋深变化受灌溉影响突出，9月次年2月地下水位明显抬升，37月呈波动性下降趋势，年水位变幅1.5m。（3）滨海平原Gpw07的埋深2m左右，一个水文年中会出现多个波峰波谷、波动性强，突增突降明显。由于滨海平原水位埋深较浅的原因，对各响应因素的灵敏度高。一般灌溉的3月和雨期的7月，水位会明显上升，变化幅度2m左右。3.3.2水位埋深的年内变化由于高频地下水位数据的繁冗性大、波动性强，取一个月数据的平均值作为当月的水位埋深，既消除了一部分波动影响，变化趋势又更具直观性（图3-4）。选取典型观测孔Gpw03和Gpw05，绘制Gpw03（深州）2011.7-2015.3和Gpw05（衡水）2011.7-2015.3月平均水位埋深动态曲线，对比