刘 超，朱小龙，蒲丛林，张旭虎

(河北省地质环境监测总站，石家庄 050021)

廊坊地处北京、天津两大城市之间，具有独特的区位优势。近年来随着城镇规模扩张和人口快速增长，区内的地下水环境问题日益突出[1,2]。随着京津冀一体化发展战略的实施，廊坊作为京津冀中部核心功能区的重要城市，如何科学地开发利用地下水资源，控制因过量开采地下水所产生的环境地质问题，促进经济快速协调发展成为一个重要课题。本文以廊坊平原区作为研究区，通过揭示近30年以来在人口增长和经济规模不断扩大的条件下，在降水量和开采量影响下平原区浅层地下水流场及水位动态变化规律，解析年降水量及开采量变化对地下水水位的影响。对廊坊平原区地下水动态特征及其影响因素进行分析，对今后合理开发本区地下水资源，发展区域经济具有十分重要的意义。

1 研究区概况

廊坊市位于华北平原中部、海河流域中部下游，地理坐标东经116°07′～117°14′，北纬38°28′～40°15′。本区处于太行山、燕山山地与渤海湾之间的河北平原之上，除三河市东北部有48 km2低山丘陵区(蒋福山区)外均系平原。平原区地形总的趋势为西北、西南高，呈扇形向渤海湾方向倾斜，大清河以北地势则西北向东南低下，大清河以南地势由西南向东北低下。地面坡降北部为1/1 700，南部(区、市)为1/2 500～1/10 000。

研究区属北温带大陆性季风气候，多年平均气温11.9 ℃ ，降水量年内分布不均匀，6-9月降水量占全年总降水量的80%以上，多年平均降雨量为554.4 mm。

2 数据资料与研究方法

本文所用地下水动态监测资料来自于河北省地质环境监测总站廊坊监测站的地下水实测资料。河北省地质环境监测总站廊坊监测站自1974年开始进行廊坊地区地下水监测工作，经多次调整，监测井数量经历了由少到多，再到平稳期的过程。为了更精确的反映地下水的变化情况，采用当年监测井实际站网资料进行分析，主要选用1981-2015 年，全部为人工观测基本井，地下水监测工作按《地下水监测规范》中的要求进行观测整编。气象资料收集了廊坊市气象站1981-2015年气象月平均降水资料。

3 结果分析

3.1 浅层地下水位埋深年际动态特征

从图1看出，浅层地下水位总体呈下降趋势，平均水位埋深从1981年的4.42 m增大到2015年的12.39 m，35 a累计增大约7.97 m，平均每年增大0.23 m。地下水位埋深最小值为1981年的4.42 m，最大值为2012年的13.05 m。最大增长幅度为8.63 m。

图1 廊坊市浅层地下水水位多年动态曲线图Fig.1 Years' dynamic change of shallow groundwater level in Langfang

根据降水资料，研究区1981-1986年处于相对枯水期，1987-1996年为相对丰水年，1997-2007年进入相对枯水期，2008年之后降水量有所回升，处于相对平水年。根据开采量数据，研究区1981-1990年浅层地下水开采量较小，平均为4.17亿m3，1991-2000年迅速增加至年均7.10 亿m3左右，2001-2015年地下水开采量虽有所下降但仍旧维持在5.8～6.8 亿m3/a的较高水平。

对研究区浅层地下水水位多年动态曲线进行分析可知，1981-1997年间，因降水量较少(枯水期)，开采量较小，廊坊平原区地下水位埋深较浅，位于4～9 m之间。1988年以前，主要受降水影响，地下水位呈直线下降趋势，下降速率较大，1988-1997年受开采与降水的双重影响，地下水位有升有降，水位埋深基本保持在6～9 m左右。

1997-2001年经历了4 a快速下降期，水位埋深从6.56增大到12.19m，2001年之后维持在11～13 m之间，至2015年浅层水位埋深呈缓慢下降趋势，但水位埋深仍然较大。1997-2001年为相对枯水年，而随国民经济快速发展，地下水需求量增加，开采量增加到年均7.10 亿m3，最高达8.59 亿m3(2000年)，从而导致此阶段地下水位下降迅速。2001年之后为相对枯水期和平水期，降水量不大，但地下水仍处于超采状态，从而导致水位埋深较大。

3.2 区域流场动态特征

(1)监测起始期。河北省地质环境监测总站廊坊监测站自1974年开始廊坊地区地下水监测工作，这一时期人工开采相对较弱，地下水水位近似天然状态。

这一时期浅层地下水流场近似天然状态，地下水基本由北西向南东流，地下水漏斗尚未形成；在南部大清河一带形成地下水分水岭，为河流补给地下水，说明当时地表河流补给充足(图2)。1974年浅层地下水埋深最显著的特点是普遍较浅。

(2)水位快速下降期。1981-2000年，随改革开放深入，国民经济快速发展，对水资源需求的增加，地下水水位进入快速下降期，地下水天然流场发生变化，以1997年年末流场为代表。

这一时期浅层地下水天然流场发生变化，北部三河境内水位下降较快，夏垫局部地下水由南向北流；南部城市建成区反漏斗初现雏形，由城区向周围补给，固安马庄漏斗初现雏形，改变了局部地下水流向，即四周向漏斗中心汇集(图2)。

(3)水位匀速下降期。2000年以来，地下水开采受到严格控制，水位下降速率有所放缓，基本呈均匀下降状态。

近些年浅层地下水流场基本稳定，受开采影响北部由南向北流，即由香河向三河方向流动，主要流向三河城关、高楼两个水位低点；南部城市建成区一带反漏斗范围有所扩大，仍向四周排泄，在固安城关、马庄，文安兴隆宫分别形成3个水位低点，致使四周地下水向其汇集，形成了有咸水区补给全淡区的现象(图2)。人类开采活动，对地下水天然流场影响巨大，浅层水北部已由天然状态下有北西向南东流，变为目前的由南向北流；南部由原来的全淡区补给有咸水区，变为了有咸水区补给全淡区。

图2 1974-2015年廊坊平原区浅层地下水流场异变阶段特征Fig.2 Evolution characteristic of shallow groundwater flow field grave in Langfang plain area during 1974-2015

(4)浅层地下水漏斗演变。以固安马庄漏斗为例，该漏斗主要分布在霸州西部临津，以及固安马庄、永清龙虎庄一带，曾命名为霸州武庄-临津漏斗、霸州临津漏斗。此漏斗形成于1983年，漏斗中心位于霸州武庄、临津，1995年末移至固安马庄。在水位快速下降期，该漏斗初步形成，中心水位先降后升，波动较大，自2000年进入水位匀速下降期后，漏斗中心平均水位稳定在-15 m左右(图3)。地下水降落漏斗的形成改变了局部地下水流向，影响了地下水流场的动态变化。

图3 地下水降落漏斗多年动态变化曲线Fig.3 Years' dynamic change of groundwater depression cone

3.3 浅层地下水位变化强度分析

北部浅层地下水整体呈下降趋势，平均下降13.58 m，下降速率0.37 m/a；由香河王刘圈村(香7)下降0.32 m，降速0.01 m/a；向北下降幅度逐渐增大，至三河孤山(三2)下降32.73 m，降速0.94 m/a。

北部浅层水位下降幅度与当地水资源利用情况，经济发展情况相符合。香河县以利用地表水为主，经济欠发达，浅层地下水水位下降较缓；向北大厂、三河以利用浅层地下水为主，尤其是三河县域经济较发展，浅层地下水水位下降较快。

南部全淡区浅层地下水整体下降趋势，平均下降20.97 m，降速0.57 m/a。固安马庄(固17-2)、西关(固2-1)下降最快，分别下降29.43、28.99 m，降速分别为0.84、0.83 m/a；知子营(固4-2)下降最缓，下降11.43 m，降速为0.33 m/a。

全淡区主要分布在固安，当地以开采浅层地下水为主，马庄漏斗和城关范围降幅较大，与当地经济发展迅速，集中开采量较大密切相关(图4)。

除大城南端小范围小幅上升外，南部有咸水区浅层地下水整体呈下降趋势，平均下降7.18 m，降速0.18 m/a。大城南端水浅层水质较差，难以利用，水位在小范围呈上升趋势。有监测资料显示，上升井为大城里坦(大29-1)上升2.98 m，升速0.06 m/a。靠近咸淡水分界线附近浅层微咸水可以利用，水位普遍下降幅度较大，其他区域水位下降较缓。最大降幅位于本站(廊31-2)下降17.77 m，降速0.43 m/a；最小降幅位于霸州杨家堡村(霸13-1)下降1.01 m，降速0.03 m/a(图4)。

图4 1974-2015年廊坊平原区浅层地下水水位变化强度Fig.4 Change intensity of shallow groundwater level in Langfang plain area during 1974-2015

4 地下水位动态变化主要影响因素分析

众多学者从气候变化和人类活动等方面，对河北平原区地下水流场发生异变的原因进行了研究。结果表明开采量和降水量的双重影响是导致地下水流场变化的主要原因。

地下水数量变化与降水量之间具有明显相关性[3]，降水量对地下水位年际变化的影响在丰水年和枯水年时表现明显[4]。而随着地下水流场阶段变化，主导影响因素的贡献率也不同[5,6]，人类活动对地下水的影响也在不断变化[7,8]。

近年来研究表明，地下水开采是影响地下水水位的主要因素[9-11]。张福洋[12]等通过灰色关联分析法计算得出，保定平原区年际、年内地下水位变化与开采量的关联度大于与降水量的关联度，说明开采量是年际、年内水位变化的主导因素。张光辉等研究表明[13,14]，开采量作为滹沱河流域平原区地下水流场发生异变的主导因素，随降水量减增，同期地下水补给量与开采量呈互逆变化规律。而在开采量中，农业灌溉是引起石家庄地区地下水位下降的主要原因[15-17]。而以地下水作为灌溉主要水源的滹滏平原，地下水位下降的幅度与区内粮蔬播种强度和夏粮、蔬菜播种面积不断增大密切相关[18]。

综合以上研究成果，本文从降雨和开采量两个因素出发，探讨其对浅层地下水水位的影响。

4.1 大气降水

降水是浅层地下水最直接、最主要的补给来源。因受温带大陆性季风气候的影响，研究区降水量年内分配不均，汛期6-9月降水占年降水总量的85%左右。

根据1981-2015年降水量分析可知，研究区多年平均降水量为505 mm。受大陆性季风气候影响，降水量年际变化较大，丰水年和枯水年相差2～3倍，丰枯交替出现。1981-1986年为相对枯水期，年均降水量为432 mm，地下水水位连年下降，水位埋深从1981年的4.42 m增大到1986年枯水年时的8.32 m。其中，1984年较1983年埋深增大幅度最大，达到1.03 m。1987-1996年为相对丰水年，年均降水量达到613 mm，地下水水位呈上升趋势，1995年丰水年时，地下水位较上年上升了2.73 m。1997-2007年进入相对枯水期，年均降水量仅为420 mm，地下水位持续下降，在1997-2000年水位埋深在6.56～9.22 m，2001年埋深增大幅度最大(2.97 m)，之后平均水位埋深保持在12.35 m左右；而2008年之后降水量虽有所回升，但其年均降水量仅为540 mm处于相对平水年，地下水水位埋深呈总体下降趋势，变化幅度较小，但平均水位埋深仍然较大(12.10 m)(图5)。

图5 研究区降水量与地下水位变化关系图 Fig.5 Relationship between precipitation and groundwater level change

由此可知，在降水量充足的年份，由于开采量较少，地下水位埋深下降的趋势缓慢，反之，降水量稀少时，开采量也随之增加，导致地下水位埋深下降趋势明显。因此，降水量对地下水年际变化的影响在丰水年和枯水年时表现明显[4]。

为进一步分析地下水位随降水量的变化规律，将1981-2015年降水量与多年平均降水量差值作为横坐标，以平均水位埋深变幅作为纵坐标，建立两者相关关系图，见图5。从图5可以看出，降水量小于多年平均值，则水位埋深变化多为正值，水位下降；降水量越少，埋深增大越明显，说明水位下降越明显，随着降水量的增大，水位下降的速率减缓，甚至出现回升，二者具有一定的相关关系[19]。

依据1989-2015年三14和永4-1两个观测井的26 a长系列观测资料分析其动态变化特征。

三14处于北部山前冲洪积平原水文地质区，水文地质条件较好。从其水位变化曲线可以看出，1989-1998年年末水位随年降水量多寡而起伏变化，此期间水位虽起伏波动，但从总的趋势看可视为相对平稳段。1999、2000年连续两个枯水年，地下水位大幅度下降；2001年降水量增加，水位有所回升；2002年复下降；2002-2005年为水位平稳段，2006-2010年水位缓慢下降，2011-2015年受开采影响，水位缓慢下降(图6)。

永4-1处于南部永定河冲积平原水文地质区，其水位变化与北部基本相似。1989-1998年水位随年降水量大小起伏变化，峰谷迭现，但仍属于水位变化相对平稳段；1998年以后至2006年以枯水年为主，水位持续下降，为水位缓慢下降段；2007-2015年永清县降水量较大，地下水位缓慢上升，为水位上升段(图6)。

图6 典型井浅层地下水水位变化与降水量关系曲线图Fig.6 Relationship between precipitation and water level change in shallow groundwater of type-well

由此可以看出，降水量的年际性变化规律对地下水动态规律有重要影响，在排除开采因素干扰后，水位随降水量变化而变化[20]。

4.2 人工开采

地下水位年际变化表现出持续下降的态势，与开采量持续增大密切相关。由图7可知，1981-1990年，浅层地下水开采量较小，平均为4.17 亿m3，在此期间开采量呈不断增大的趋势，从1981年的3.46 亿m3增大到1988年的4.29 亿m3，相应地地下水位埋深从4.42 m增大到8.67 m。

而1991-2000年开采量迅速增加，除个别年份开采量较大，如1992、1993、2000年达到8.0 亿m3，其他年份浅层地下水平均开采量基本保持在7.10 亿m3/a，平均地下水位埋深基本保持在7.2 m左右，2000年最大为9.22 m。

2001-2015年地下水开采量有所下降，总体呈下降趋势，地下水位下降趋势有所缓和，但水位埋深仍然较大。2001-2006年平均开采量为6.78 亿m3/a，平均水位埋深为12.31 m，2006年以后地下水开采量虽维持在平均5.83 亿m3/a，但仍然处于超采状态，平均水位埋深为12.16 m。浅层地下水开采量与地下水位埋深关系拟合曲线见图7，随着开采量的增加，浅层地下水水位埋深逐渐增大，增大速率由小变大，二者相关关系较为明显。

图7 浅层地下水开采量和地下水位变化图Fig.7 Variation of shallow groundwater withdrawal and groundwater lever

5 结 语

(1)廊坊平原区浅层地下水年际呈明显下降趋势，1997年之前因降水量较少，开采量亦不大，水位埋深较浅；1997-2001年因处于相对枯水年，加之开采量的增大，水位迅速下降，埋深变大；2001年之后降水量不大，地下水仍处于超采状态，水位缓慢下降，但埋深仍然较大。受降水和开采的双重影响，廊坊平原区多年浅层地下水连续下降。

(2)廊坊浅层地下水流系统演化总体上分为3个阶段。监测起始期，浅层地下水流场近似天然状态，地下水埋深普遍较浅；水位快速下降期，天然流场发生变化，地下水漏斗初现雏形；水位匀速下降期，流场基本稳定，地下水降落漏斗中心水位相对稳定，地下水流向及补给均发生改变。

(3)地下水开采和大气降水是导致地下水流系统变化的主导因素。降水量对地下水位年际变化的影响在丰水年和枯水年时表现明显，丰水年出现地下水位回升或下降幅度减缓，枯水年地下水位下降幅度明显增大。地下水位年际变化表现出持续下降的态势，与开采量持续增大密切相关。

□

参考文献：

[1] 张校玮.廊坊市地下水资源开采现状及环境地质问题浅析[J].地下水,2014,36(3):47-48.

[2] 李安娜,毕 攀,许广明.廊坊地区地下水开采引起的环境地质问题及防治对策[J].宁夏农林科技,2012,53(6):115-116.

[3] 徐宜亮,雷玉平,郑 力. 石家庄市平原区地下水资源量动态计算[J]. 灌溉排水学报,2006,25(6):74-78.

[4] 刘中培,王富强,于福荣．石家庄平原区浅层地下水位变化研究[J]．南水北调与水利科技,2012,10(5):124-127．

[5] 冯慧敏,张光辉，王电龙,等.近50年来石家庄地区地下水流场演变驱动力分析[J].水利学报,2014,45(2):180-186.

[6] 王电龙,张光辉,冯慧敏,等.降水和开采变化对石家庄地下水流场影响强度[J].水科学进展,2014,25(3):420-427.

[7] 王金哲,张光辉,母海东,等. 人类活动对浅层地下水干扰程度定量评价及验证[J]. 水利学报，2011，42(12):1 445-1 451.

[8] 王金哲,张光辉,严明疆,等. 滹沱河流域平原浅层地下水演变时代特征研究[J]. 干旱区资源与环境,2009,23(2):6-11.

[9] 朱延华,刘淑芬,郭永海. 河北平原地下水动力环境演化规律及影响因素[J]. 地球科学,1995,20(4):433-437.

[10] 许月卿. 京津以南河北平原地下水位下降驱动因子的定量评估[J]. 地理科学进展,2003,22(5):490-498.

[11] 刘记来,庞忠和,王素芬,等.近30年来降水量变化和人类活动对北京潮白河冲洪积扇地下水动态的影响[J].第四纪研究,2010,30(1):138-144.

[12] 张福洋,程伍群,冉红达.保定市平原区地下水位变化规律及影响因素分析[J].水电能源科学,2017,35(8):128-132.

[13] 张光辉,费宇红,杨丽芝,等. 地下水补给与开采量对降水变化响应特征——以京津以南河北平原为例[J].地球科学,2006,31(6):879-884.

[14] 张光辉,费宇红,张行南,等. 滹沱河流域平原区地下水流场异常变化与原因[J].水利学报,2008,39(6):747-752.

[15] Yukun Hu, Juana Paul Moiwo, Yong hui Yang, et al. Agricultural water-saving and sustainable ground water management in Shijiazhuang Irrigation District,North China Plain[J]. Journal of Hydrology, 2010,393:219-23.

[16] 谭秀翠,杨金忠.石津灌区地下水潜在补给量时空分布及影响因素分析[J].水利学报,2012,43(2):143-152.

[17] 张光辉,田言亮,王电龙.冀中山前农业区地下水位强降弱升特征与机制[J]. 水科学进展,2015,26(2):227-232.

[18] 张光辉,费宇红,刘春华,等.华北滹滏平原地下水位下降与灌溉农业关系[J].水科学进展,2013,24(2):228-234.

[19] 李 慧,周维博,马 聪,等.西安市区地下水位动态特征与影响因素[J].南水北调与水利科技,2016,14(1):149-160.

[20] 陶 虹,陶福平,刘文波.关中城市群50年地下水动态变化及影响因素研究[J]. 水文地质工程地质,2013,40(6):37-42.