摘要：為了深入探討超化泉域地下水環(huán)境特征與規(guī)律，以新密市超化泉域為研究對象，通過收集大量宴地監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)、水文地理等信息，系統(tǒng)調(diào)查了該地區(qū)多年來的地下水動態(tài)變化，并分析了其成因機制。研究結(jié)果表明，新密市超化泉域地下水環(huán)境受季節(jié)、人類活動以及地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響較大，呈現(xiàn)出明顯的周期性變化。進一步分析發(fā)現(xiàn)，地下水位下降與土地利用變化、水文補給不足等因素密切相關，為了更好地管理和維護超化泉域的地下水資源，有必要制定相應的地下水資源管理策略。

關鍵詞：地下水動態(tài)特征；地下水位；超化泉域；成因分析；新密市

中圖分類號：X523 文獻標志碼：B

前言

地下水環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護之間的矛盾表現(xiàn)十分突出，因此分析地下水環(huán)境變化特征對合理利用地下水或有效防范與地下水有關的生態(tài)環(huán)境問題的發(fā)生有著至關重要的意義。

超化泉位于北方典型巖溶區(qū)河南省鄭州市新密市，當?shù)孛旱V開采歷史悠久，地下水位深，分布規(guī)律復雜。但隨著人口的不斷增長和經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，生活用水量不斷增加，工農(nóng)業(yè)用水也供不應求，然而近年來煤炭行業(yè)去產(chǎn)能，中小型煤礦關停并轉(zhuǎn)，煤礦排水量下降，導致超化泉域地下水動態(tài)變化十分顯著。尤其是超化鎮(zhèn)一帶，處于新密盆地南部邊緣低山－丘陵區(qū)，地勢總體西高東低南高北低，與豫東大平原連為一體，深層巖溶發(fā)育，加之此處廢棄煤礦區(qū)密集，居民用水依賴深層巖溶水，地下水補徑排條件復雜，故地下水水位變化受多方面因素影響。文章依據(jù)超化一帶的地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析其地下水環(huán)境變化特征，并討論特征規(guī)律背后的原因。

1新密市超化泉域地理位置與地質(zhì)背景

此次的研究區(qū)位置選取在新密市南部九里山下的超化泉域一帶，超化泉域為一向東傾伏的巖溶水盆地，在巖溶水盆地中，由于碳酸鹽巖和斷裂構(gòu)造發(fā)育，使整個巖溶水盆地的裂隙巖溶地下水成為一個統(tǒng)一的地下水系統(tǒng)，水力聯(lián)系密切。

超化泉群位于盆底中央，為巖溶地下水的主要排泄點，位于超化鄉(xiāng)超化鎮(zhèn)北頭，地處雙洎河中游河畔，地貌形態(tài)為一開闊谷地。超化背斜西起平陌，東到超化，至超化向東傾伏于地下，其軸部出露地層為石炭系灰?guī)r，超化泉群在超化背斜傾末端軸部，是在特定的地形地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造及地下水富集規(guī)律等條件下形成的。但隨著時間的推移，超化泉與地下水位不斷降低，八十年代超化泉已經(jīng)斷流。

1.1地下水含水巖組

本地區(qū)含水巖組可根據(jù)研究區(qū)域地下水的分布特點分為：疏松巖系孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、巖溶水、變質(zhì)巖裂隙水。

1.2地下水的補徑排特征

研究區(qū)地勢在西部逐漸升高，而向東逐漸變低，南部較高，北部相對較低，地下水在此地域呈西部向東流的趨勢，通過開采排泄。北部的兩個斷層構(gòu)成了一個越流補給的邊界，而西部的向斜軸線則形成了研究區(qū)西部補給徑流的邊界，南部主要通過地下分水嶺的形式進行補給，形成了研究區(qū)南部補給徑流的邊界。由于巖溶水的過度開采，深層巖溶水位持續(xù)下降，水頭減小，從而導致上部碎屑巖中的孔隙裂隙水通過斷裂越流補給至下部。此外，人工補給主要涉及礦坑排水和灌溉回滲等途徑。

2地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取

此次研究收集了超化泉域歷史上的地下水位數(shù)據(jù)。同時為了更好地得到超化泉域的地下水水位現(xiàn)狀，對研究區(qū)的水井進行了豐水期、枯水期的統(tǒng)測，并通過統(tǒng)測篩選出了15口典型水井，建立了動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，進行長期觀測。其中石炭一二疊系和第四系含水層的水井3口，寒武一奧陶系含水層的水井12口，水井信息和位置見圖1。

3地下水動態(tài)特征分析

3.1季節(jié)性變化特征探討

針對研究區(qū)域的地下水位動態(tài)特征，首先，我們將關注季節(jié)性變化的模式。地下水位的季節(jié)性變化與降水變化密切相關。在超化泉域，由于地下水系統(tǒng)的復雜性以及不同含水層的特點，季節(jié)性變化可能會表現(xiàn)出一定的差異。

3.1.1孔隙水動態(tài)

淺層孔隙地下水動態(tài)在自然條件下主要受水文、氣象因素的制約。區(qū)內(nèi)孔隙水一般沒有開采，地下水動態(tài)主要受當?shù)睾恿骱蜌庀笠蛩刂萍s。圖2是顯示該區(qū)孔隙水水井JC08在枯水期和豐水期水位變化不大，整體呈平穩(wěn)態(tài)勢。

3.1.2碎屑巖裂隙水動態(tài)

研究區(qū)內(nèi)裂隙水含水層地下水動態(tài)變化基本符合本地區(qū)降水變化規(guī)律，總體呈現(xiàn)雨季地下水水位略升，枯水期地下水位下降的特點，由于該地區(qū)存在數(shù)量較多的煤礦，常年煤礦開采帶來的礦坑排水造成區(qū)域地下水水位下降，削弱了降水對地下水位恢復的影響。碎屑巖裂隙水位動態(tài)如圖2所示JC05、JC06。水井JCJ05受2021年河南“7.20”特大暴雨及后期煤礦排水影響，裂隙水水位動態(tài)變化趨勢又形成迅速上升的趨勢。

3.1.3碳酸鹽巖巖溶水動態(tài)

碳酸鹽巖巖溶地下水動態(tài)類型及特征受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及氣象水文條件的影響，裸露區(qū)的碳酸巖地下水動態(tài)為氣象－水文型，隱伏區(qū)的為徑流－開采型。

3.1.3.1氣象－水文型

區(qū)內(nèi)具氣象－水文性特征的水井主要接受大氣降水、河渠滲漏的直接入滲補給，并有穩(wěn)定的上游徑流補給。

巖溶地下水水位在旱季及雨季汛期隨著大氣降水及河渠水滲漏量大小變化、河水位漲升，呈現(xiàn)水位低谷及高峰，低水位期出現(xiàn)于3-6月份，7月水位開始逐漸上升，本次水位監(jiān)測時是河南特大暴雨，雨量驟增，地下水位相應上升的趨勢也非常明顯（如圖3所示）。說明該區(qū)巖溶地下水水位動態(tài)變化主要受降水動態(tài)影響，為典型的氣象－水文型。

3.1.3.2徑流－開采型

徑流－開采型碳酸鹽巖巖溶地下水主要接受北部側(cè)向徑流補給，以礦坑排水或水源地集中開采形式排泄，水位漲升與回落相對滯后，同時受開采量增減周期影響。

如圖4（a）所示水井水位進入豐水期后一個月呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢，圖4（b）所示水井位于當?shù)氐母饻厦旱V和超化礦附近，受煤礦排水影響，水位趨勢變化不一，波動較大。

3.2長期趨勢分析

深層巖溶地下水的持續(xù)下降趨勢可以追溯到多年前。由于長期以來開采量大于補給量，地下水系統(tǒng)處于不斷疏干的狀態(tài)。這種情況導致地下水位持續(xù)下降，收集的歷史數(shù)據(jù)表示，超化泉域61年間地下水位總計下降了約140米左右。這種長期趨勢的下降使得地下水位變化愈發(fā)顯著，也對地下水資源的合理利用提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

此外，地下水位的變化可能還受到周期性變異的影響。這種變異可能源自多種因素，包括氣候變化、人類活動等。通過周期性變異的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)地下水位的周期性波動，這些波動可能與年際氣候變化、人類開采活動等因素有關。

3.3人類活動影響下的變化特征分析

隨著人類活動的加劇，地下水開發(fā)利用是人類活動中對地下水動態(tài)演變最直接的影響因素，是目前引起的各種地下水位變化的主要原因，長期的超采引起的地下水位下降會帶來很多安全隱患。在超化泉域，尤其是煤礦開采等人類活動，對地下水位產(chǎn)生了顯著的影響。煤礦開采涉及到礦坑排水等過程，這些因素會對地下水位的變化產(chǎn)生直接的影響。

超化泉域一帶曾為巖溶水的自流區(qū)，地下水水頭高出地面幾米至十幾米，由于山高、坡陡，地表水流失比較嚴重，因而對地表水的開發(fā)利用程度不高，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以開發(fā)利用地下水為主。超化鎮(zhèn)開采量2014年達到最高值1234.5 x10 m3，2012年達到最低值414.2×10 m3，這期間深層地下水的開采量占總開采量的84.7％，說明研究區(qū)內(nèi)的開采的地下水主要來源于深層。

新密市超化煤礦附近機井地下水位的持續(xù)下降趨勢與煤礦開采活動密切相關。1991年-2015年期間全市平均工業(yè)用地下水開采量為7124.96 x10m3，占多年平均地下水總開采量的69.5％，地下水的開采很大一部分用于煤礦排水，通過長期的排水作業(yè)，地下水系統(tǒng)的平衡狀態(tài)被打破，地下水位逐漸下降。

隨著煤礦開采的持續(xù)進行，地下水位是否會達到新的平衡狀態(tài)，以及開采對地下水資源的可持續(xù)性造成了什么樣的影響，都是需要考慮的問題。這需要綜合考慮地下水補給、排水、地質(zhì)構(gòu)造等多方面因素，以預測未來地下水位的變化趨勢，并為地下水資源的合理管理提供科學依據(jù)。

4地下水環(huán)境動態(tài)成因機制探討

4.1地質(zhì)構(gòu)造與地下水流動關系

地質(zhì)構(gòu)造在超化泉域地下水位變化中具有關鍵性的作用。巖溶水盆地的地質(zhì)構(gòu)造直接影響地下水的流動路徑和分布，對地下水位變化的成因機制產(chǎn)生重要影響。在超化泉域，地質(zhì)構(gòu)造表現(xiàn)為背斜地形和斷裂構(gòu)造的發(fā)育，這些特征塑造了地下水系統(tǒng)的形態(tài)與分布。

超化泉域的背斜地形對地下水流動具有顯著影響。背斜的軸線上存在石炭系灰?guī)r的露頭，形成了地下水的主要補給區(qū)。這些灰?guī)r含水層具有較高的含水能力，充當了地下水的重要儲存和補給介質(zhì)。地下水在這些含水層中通過孔隙和裂隙流動，形成地下水流動通道。此外，背斜地形也影響了地下水的流動方向，使地下水自西向東流動，最終匯人超化泉群。

由于斷裂帶中存在較大的裂隙和通道，地下水往往傾向于沿著斷裂帶流動。因此，斷裂帶成為地下水流動的重要通道，將地下水引導至泉眼，形成超化泉群。

4.2水文補給與排水情況

水文補給與排水情況是影響地下水位變化的重要因素，在超化泉域的研究中，水文補給主要通過大氣降水途徑進行，同時受到煤礦開采所引發(fā)的排水活動的影響，這些因素共同塑造了地下水位的動態(tài)變化過程。

降水通過地表徑流、河流地表水補給以及巖溶裂隙水系統(tǒng)的滲入，進入地下水系統(tǒng)。季節(jié)性降水的變化對地下水位的影響具有明顯的周期性特征。雨季期間，降水增加導致地表徑流和滲透增加，從而使地下水位略有升高。相反，在枯水期，地下水補給減少，地下水位則會有所下降。

然而，礦坑排水的過程破壞了地下水系統(tǒng)的平衡，使地下水持續(xù)下降。特別是在靠近煤礦的地區(qū)，排水活動的強度對地下水位的降低程度產(chǎn)生重要影響。

4.3土地利用變化對地下水環(huán)境的影響

土地利用變化是影響地下水補給量的一個重要因素。當?shù)氐某鞘谢殡S著地表的硬化，導致了降水難以滲透到土壤中，形成了大量的地表徑流，引起了地下水的補給減少。此外，城市地下排水系統(tǒng)的建設也對地下水位產(chǎn)生影響，過度排水會導致地下水位下降。農(nóng)田灌溉是另一個重要的土地利用變化因素，其可以改變土壤的濕度和滲透性，導致大量的水分滲透到地下，可能導致地下水位上升或穩(wěn)定，具體取決于灌溉的強度和頻率以及地下水與灌溉水之間的相互關系。

5結(jié)束語

在此研究中，我們深入探討了新密市超化泉域地下水環(huán)境特征及成因。通過對季節(jié)性變化、長期趨勢和人類活動影響等方面的分析，揭示了地下水環(huán)境變化的規(guī)律與機制。我們提出了合理的地下水資源管理策略，包括建立監(jiān)測網(wǎng)絡、限制開采、保護生態(tài)環(huán)境等，以實現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用。然而，此研究也存在一定的限制，未來的研究可以進一步深入探討地質(zhì)構(gòu)造、水文過程和人類活動對地下水位的影響機制，以及開展模型預測和生態(tài)系統(tǒng)響應研究，以更全面地理解和管理地下水資源。