安徽淮北平原区地表水与地下...宿县闸2个典型监测站点为例_魏永霞.pdf

第 33 卷第 1 期2023 年 3 月安徽地质Geology of AnhuiMar.2023Vol.33 No.1文章编号：1005-6157（2023）01-0引言国外对于地表水与地下水之间的转化研究开始较早，最初是通过氢氧同位素差异性来了解雨水补给地下水特征1，识别不同水源的来源及贡献2，随着技术手段的进步，有学者利用特定微生物群落作为指标，比水化学更敏感地反映水循环之间的细尺度变化3，或利用天然地下水示踪剂，通过质量平衡模型，定量计算转化量4。我国关于地下水与地表水之间的转化关系研究在2000年之后逐渐增多，通过对伊通镇河水、黎河等河流剖面地下水水位监测数据绘制的地下水位等值线图，由地下水流场变化情况，分析地表水-地下水之间转化关系5-6；在黑河流域，利用地表水与地下水之间的水化学及氢氧同位素差异性识别判断两水之间的补径排关系7-9；为进一步研究地表水与地下水之间转化影响因素，在河西内陆河与祁连山区一带进行了相关研究，结果表明，地表水在出山后受地形地貌影响，尤其是山前洪积扇以及河床介质特点，在径流途径上分多批次不同程度转为地下水，极大提高了水资源的利用效率10；之后有学者通过建立模型来进行定性判断11，或根据质量平衡法，运用氧同位素定量计算地表水与地下水之间的转化量12。本文通过颍河阜阳闸和新汴河宿县闸2条典型河流的闸（站）监测水文数据，及垂直于河流流向宿县闸上、阜阳闸下分别布设的1条监测剖面上的12眼地下水监测水位数据，根据流体由高向低自然流动机理，结合地下水动力场特征，分析不同时期、不同季节及不同部位地表水与地下水的补排关系及转化规律，并通过2条河流的研究结果分析闸上、闸下、河流两岸及距河岸远近等情况下的地表水与地下水转化关系。本研究成果可为水资源调查监测评价工作提供数据支撑，亦可为调整皖北地区合理用水结构以缓解其用水紧张现状13，为资源管理部门进行资源的科学管理提供科学依据。1研究区概况研究区主要位于安徽省淮北平原区，区内地势平坦开阔，地面高程为1545 m，并由西北向东南缓倾，坡降为 1/8 000。年均气温为 1114；年均降水量 为 6001 000 mm，汛 期 降 水 占 全 年 的 50%70%，空间上由南向北递减；年地表水径流深为501 000 mm，年径流系数为0.100.60；年水面蒸发量为安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律以颍河阜阳闸与新汴河宿县闸2个典型监测站点为例魏永霞，杨章贤，程宏超，董琼，朱泽军（安徽省地质环境监测总站，安徽合肥230001）摘要：通过对比分析颍河阜阳闸与新汴河宿县闸2个水文站点2019年1月1日至2020年9月30日逐日水位监测数据，并在阜阳闸下和宿县闸上分别布设一条浅层地下水监测剖面，根据河流和地下水水位监测数据，并结合降水量、蒸发量及周边水利工程资料，分析研究不同时间、不同地段及不同影响因素下地表水与地下水的补排特征。研究结果表明：受降水、蒸发及水利工程影响，地表水与浅层地下水补排关系复杂，闸上地表水位常年高于闸下水位；闸上地表水位常年高于浅层地下水水位，地表水补给地下水；闸下地表水位则常年低于浅层地下水水位，地表水排泄地下水；但在持续强降水时段，浅层地下水位升高趋势明显，与之相应，局部出现短时段的闸上地表水位低于浅层地下水水位。关键词：地表水；地下水；补排关系；转化规律中图分类号：P627文献标志码：B收稿日期：2022-10-20基金项目：中国地质调查局水文地质与水资源调查计划项目“淮河流域安徽段统测及地下水资源量评价（统测部分）”（NJZX-W-2020-103）资助作者简介：魏永霞(1983)，女，河南周口人，高级工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质、地热地质研究。E-mail：048-6第33卷第1期8001 200 mm，年陆面蒸发量为500800 mm。本研究时段的降水量为683mm，水面蒸发量为1146mm，降雨量相对以往偏少，蒸发量偏高。淮河安徽段长约为430km，流域面积为6.69万km2，地面高程为 45.013.5 m，自西北向东南倾斜，呈1/5 0001/10000比降。据蚌埠闸多年水文观测资料，多年平均流量为821.15m3/s，最大流量为26500m3/s，最小流量为 0 m3/s，最高水位为 22.50 m，最低水准为10.33 m；颍河是淮河的最大支流，1958年阜阳节制闸建成后，闸上多年平均流量为145 m3/s，最大年平均流量为461 m3/s，最小年平均流量为15.8m3/s，多年平均水位为26.028.0 m，最高水位为 32.52 m，最低水位为20.49m，闸下最大流量为1940m3/s，最小流量为0.3m3/s，平均流量为143m3/s，水位在23m左右；新汴河是一条1970年竣工的当代人工河流，截引濉河、沱河及新北沱河上游来水，河道全长为127.2km，流域面积为6562km2。2研究区水文地质条件分析2条河流流域区处于淮北平原区，含水层由第四纪全新世蚌埠组和更新世茆塘组组成，底板埋深为4050 m（图1）。蚌埠组属现代河流泛滥堆积，以黏性土和亚砂土、粉砂为主，厚度一般小于10 m，仅分布于现代河流两侧及湖沼洼地，垂直河流向远处延伸沉积物由粗变细、由厚变薄，水平分带明显；茆塘组以河流相为主，局部有冲积扇相沉积和湖沼相沉积，河流相沉积主要由亚黏土、亚砂土、粉砂、细砂组成，底板埋深为2050 m，发育两个沉积韵律，上部漫滩相为黏性土，下部河床相为细砂和粉砂，冲积扇相沉积为扇缘部位，亚黏土、亚砂土、细粉砂互层，湖沼相沉积主要由亚黏土夹薄层亚砂土、粉砂组成。古河道带含水层一般由23层砂层组成，个别地带由46层砂层构成，岩性以细砂为主，累计厚度为1015 m，局部为2030 m，单井涌水量为 5001 000 m3/d，富水性为中等级别；古河间地带，发育砂层一般为12层，累计厚度小于5 m，局部不超过10 m，单井涌水量为100250m3/d，富水性差。图1水文地质剖面图Figure 1.Hydrogeological profile3研究区地下水相关影响因素分析本文研究的50 m以浅的浅层孔隙水来源于大气降水直接补给，其水位与降水量呈明显的正相关关系，表现为梅雨期小峰和汛期大峰的两个水位峰值现象，而且实测资料显示，当日降水量10 mm时，地下水位无明显变化，当日降水量20 mm时，地下水位则迅速上升，但受地形地貌、地表植被、包气带岩性、厚度、水位埋深、降水强度等因素影响，地下水位对降水响应一般会滞后18 d；受水力坡度影响，整体上区内地下水径流极其缓慢，个别地段甚至出现滞流状态，但受人工开采影响，在其引发的降落漏斗区，径流速度增大，径流方向转向漏斗中心；蒸发、向地表水泄流以及人工开采是浅层孔隙水的主要排泄方式，而人工兴建的河流、湖库、排水沟等水系则为其新的排泄出路。4同期地表水与地下水动态分析4.1 地表水动态分析从 2 条河水位动态监测数据（表 1）及变化曲线（图2）来看，颍河与新汴河闸上水位常年波动不大，波动幅度为1.21.5m，闸下波动幅度较大为3.04.0m，闸上水位常年高于闸下水位为0.125.81 m，水位差由丰水期至平水期至枯水期逐渐增大。2019年1月至 2020年 6月为安徽全省极端干旱期，2020年 68月又为60年一遇的极端降水期，在这两期极端天气的影响下，极端干旱期时，两条河流的水位均呈下降趋势，极端降水期时，河水位极速上升，尤其是闸下水位图2河水位对降水响应动态变化曲线图Figure 2.Dynamic curve of river level in response toprecipitation魏永霞，等：安徽淮北平原区地表水与地下水的补排特征及转化规律以颍河阜阳闸与新汴河宿县闸2个典型监测站点为例49安徽地质2023年上升明显，之后趋于稳定。由2条河流水位对降水的反应，再次印证了降水是地表水系的主要补给来源。4.2 地下水动态分析根据2条河流节制闸布设的浅层地下水监测剖面监测数据（表2），本文以新汴河宿县闸以及颍河阜阳闸浅层孔隙水监测剖面的水位动态变化曲线为例，分析研究区地下水动态变化特征，其中宿县闸监测孔剖面布设在闸上游，阜阳闸监测孔剖面布设在闸下游。从布置在新汴河两岸的6处监测孔C1C6的水位动态曲线图（图3）可知，两岸6处监测孔的地下水位动态变化趋势整体一致，地下水水位对降水的反应存在明显的滞后效应，滞后期一般在15d左右。如2019年68月降水量相对15月明显增多，但地下水位并未表现出上升的趋势，而是在7月25日之后出现上升趋势，并在8月1214日逐渐达到峰值，之后又呈现出下降趋势。2020年6月初安徽省出现极端降水期，地下水水位在之后的6月19日出现上升趋势，之后7月份又出现了强降水期，直至9月底地下水位整体均呈现高水位期。从 颍 河 阜 阳 闸 岸 边 分 布 的 6 处 监 测 孔YH21YH26的水位动态曲线图（图4）来看，同距相比1 km范围内南岸2个钻孔的地下水位整体上高于北岸水位，尤其是近岸 YH23 监测孔水位整体高于YH24孔37 m，而1 km范围之外枯水期低于北岸地下水位0.10.8 m，其他季节略高于北岸水位0.5 m左右。与宿县闸上监测剖面对比，阜阳闸下监测剖面水位动态变化相对复杂，但总体趋势一致。图3新汴河宿县闸浅层地下水水位动态Figure 3.Dynamic water level of shallow groundwater at theSuxian Gate of the Xinbianhe River图4颍河阜阳闸浅层地下水水位动态Figure 4.Dynamic water level of shallow groundwater at theFuyang Gate of the Yinhe River日期2019/01/012019/02/012019/03/012019/04/012019/05/012019/06/012019/07/012019/08/012019/09/012019/10/012019/11/01新汴河宿县闸闸上河水位/m25.3125.9626.0125.9825.8325.5825.5725.8525.4725.8525.63闸下河水位/m21.4121.66