陳建峰

(山西省水文水資源勘測總站，山西 太原 030001)

地下水開采過大，會形成地下水降落漏斗，地下水嚴重的超采會使地下水資源枯竭。通過對大同市市區(qū)及周邊平原區(qū)地下水水位動態(tài)變化特征進行分析，闡述了本區(qū)地下水動態(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)和國民經(jīng)濟發(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)濟以煤炭、電力、化工、機械、制藥、旅游、商業(yè)為主。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟以種植、養(yǎng)殖、運輸為主。

1.2 氣象水文

本區(qū)屬典型的溫帶大陸性季風氣候，其特點是春季風沙多，干旱少雨；夏季雨熱同步，降雨集中；秋季降雨減少，涼爽早霜；冬季寒風盛行，嚴寒少雪。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。平均風速2.5 m/s，最大可達29 m/s，年均8級以上的大風天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155 km，大同市境內(nèi)長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、石墻框進入大同市，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75 km，小站村以下(平原區(qū))段長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)川口進入大同市，在黍地溝村匯入御河。干流全長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57.5 km，大同境內(nèi)長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)地勢開闊平坦，地形總趨勢是西、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露天采場邊坡存在山體崩塌隱患；過量超采地下水和工程建設密集的大同市區(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)測區(qū)西側(cè)邊緣，含水層顆粒細，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，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 地下水補給、徑流、排泄條件

大同市平原區(qū)地下水補給來源主要為大氣降水入滲，西、北邊山側(cè)向補給及邊山峪口地表水入滲補給。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)地下水動態(tài)，選定地下水監(jiān)測范圍北起新榮區(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)測井40個。各監(jiān)測井根據(jù)其井深及觀測層位，可分為淺層水(井深小于60 m)監(jiān)測井、中深層混采層水(井深大于60 m)，其中淺層水監(jiān)測井2個，中深層混采層水監(jiān)測井38個。

2.1 監(jiān)測區(qū)地下水水位年變差

從多年長觀資料分析，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態(tài)變化相同，深層水盡管變化較為復雜，但變化總趨勢和淺、中層地下水動態(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)測區(qū)地下水水位分區(qū)

監(jiān)測區(qū)地下水年均水位變差分區(qū)圖(圖2)，由此可見，監(jiān)測區(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)測井BC7枯水期(5月份)水位標高為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、西韓嶺一帶，呈南北向兩頭大中間狹長型，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)測井XJ04枯水期(5月份)水位標高為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井地下水位標高980.958 m，南側(cè)中心D4井水位標高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，動態(tài)類型表現(xiàn)為入滲—徑流型和開采—下降型。

(2)在動態(tài)監(jiān)測時段內(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)測數(shù)據(jù)看，地下水集中開采區(qū)仍存在三個水位降落漏斗區(qū)，三個降落漏斗區(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。