小浪底水库运行以来黄河影响带地下水位埋深变化

王 利，焦红军，杨德贵，王 宽

（1.河南省地质调查院，郑州 450001；2.河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，郑州 450045）

黄河是下游平原地表水、地下水的分水岭，黄河影响带［1-4］河水和地下水联系密切，黄河水侧向补给是地下水资源量中重要的补给源.影响带内，黄河以南地下水自西北向东南径流；黄河以北地下水自西南向东北径流，东坝头以下地下水流向逐渐变为西北；影响带外，由于受西部山区的侧向径流补给，黄河北侧地下水自西南向东北侧流，黄河南侧自西向东逐渐变为东南方向.黄河影响带内水力坡度为1/1000～1/2000，黄河影响带外水力坡度为1/5000～1/7000，和地形坡降相近.

小浪底水库于1999年10月25日下闸蓄水运行以来，至2019年已投入运用20年.多年来水库拦沙及黄河调水调沙运用，黄河下游河道发生明显冲刷，河道断面形态全面调整，下游河道排洪能力增加，河槽萎缩得以改善［5-13］.由于河道持续冲刷，断面形态趋于窄深，同流量水位下降［14-17］，地下水补给基准面降低，使黄河下游影响带浅层地下水位下降，埋深增加.研究黄河小浪底水库运行以来下游地下水位变化，对于下游两岸湿地保护［18-21］，科学开发利用黄河影响带地下水资源［22-25］，支撑黄河流域生态文明建设，推动黄河流域高质量发展具有十分重要的意义.本文以黄河下游河流影响带2003年、2010年、2019年三期地下水位统测数据为基础，分析研究小浪底水库运用以来河南黄河影响带地下水位变化趋势.研究区位于河南黄河下游河流影响带，西起西霞院，东到台前县张庄，南、北以黄河侧渗影响带为界，总面积8296 km2，其中河流影响带面积7909 km2，河道面积387 km2.具体分为6段：西霞院—伊洛河口段，311 km2；伊洛河口—花园口段720 km2；花园口—夹河滩段3439 km2；夹河滩—高村段1682 km2；高村—孙口段1558 km2；孙口—陶城埠段199 m2；南侧以孟津—荥阳的黄土台塬及丘陵前缘至郑州—开封—兰考和山东省分界.北侧以孟州市—温县县城—武陟县城—延津县城为界，向东沿柳青河、金堤河为界.

1 河道下切与黄河水位降低

1.1 河道冲淤变化

小浪底水库运行以来，黄河下游河床整体处于侵蚀下切，冲淤变化主要表现在河槽摆动地段.1999年10月—2018年10月各典型断面中，开封柳园口冲刷强烈，河床下切较大，过水断面下切深度4.65 m，其余断面平均下切深度在2.44～3.77 m，见表1.其中1999年10月—2004年10月开封柳园口以上冲刷强烈，河床下切较大，过水断面平均下切深度在1.83～3.61 m；开封柳园口以下河段冲刷较弱，平均下切深度在1.63～1.39 m［26］.

表1 典型断面（1999年10月—2018年10月）冲淤变化及水位对比表Tab.1 Comparison table of erosion-deposition variation and water level of typical sections from October 1999 to October 2018

2004年10月—2009年10月高村以上河段冲刷较弱，平均下切深度在0.08～0.52 m；高村以下冲刷强烈，河床下切较大，过水断面平均下切深度在0.94～0.97 m.2009年10月—2018年10月开封柳园口、夹河滩冲刷强烈，下切了2.18、1.26 m；而伊洛河口则淤积了0.84 m.

1.2 花园口水文站黄河水位变化趋势

小浪底水库运行以来，黄河年平均水位呈下降趋势，自2000年的92.70 m，下降到2016年89.33 m，累计下降了3.36 m，2018年黄河下游主要控制水文站实测径流量与多年均值（1987—2000年）比较全部偏大，其中花园口径流量大69.4%，河水位达90.39 m，上升了1.06 m，见图1.

图1 花园口水文站年平均流量与黄河水位变化图Fig.1 Annual average discharge and water level change of the Yellow River at Huayuankou hydrological station

2 黄河影响带地下水位埋深变化及趋势

2.1 黄河影响带区域地下水位变化

小浪底水库运行以来，下游黄河水位下降，引起黄河影响带两侧地下水位降低.2003年与2001年枯水期相比，黄河影响带开封以上地下水位以下降为主，降幅一般在0.5～1.2 m；开封以下地下水位以上升为主，升幅一般在0.4～1.0 m［26］.2003年6月—2019年10月，黄河影响带地下水位总体继续下降，降幅一般在1.24～4.87 m，其中花园口—高村之间下降幅度较大，平均降幅达4.25～4.87 m，见表2.

表2 2003—2019年地下水水位埋深变化及下降值Tab.2 Change and declined value of buried depth of groundwater level from 2003 to 2019单位：m

2.2 下游两侧影响带分段地下水位变化

根据2003年6月、2010年6月、2019年10月三期的黄河下游两侧地下水位统测资料，绘制的地下水位埋深分区见图2～图4.可以看出地下水位埋深逐年加大，水位埋深小于2 m的区域基本消失；水位埋深大于8 m的区域逐渐增加，从孟州到武陟逐步增加到延津、封丘一带，到2019年封丘以西，黄河两侧基本都大于8 m，仅在北岸武陟的人民胜利渠周边存在有小于8 m的区域.下面分段具体说明地下水水位埋深变化规律.

2.2.1 西霞院—伊洛河口段 位于山前洪积扇部位，为地下河，河道长55 km，面积311 km2，其中北岸193 km2，南岸118 km2.含水层在冲积扇的顶部以漂卵石、砂卵石为主，平均厚度40～50 m，自顶部向东颗粒变细，厚度变大，至温孟滩一带为含砾粗砂、粗砂、中砂等.两岸分布有河南黄河湿地国家级自然保护区，北岸有吉利白坡、送庄、孟州等水源地，南岸有白鹤、神北等水源地.由于两岸地下水开采，地下水位埋深普遍大于4 m.2019年10月与2003年6月相比，埋深大于8 m区域黄河北岸由113 km2，扩大到193 km2，黄河南岸由13 km2，扩大到118 km2，即该段地下水位埋深均大于8 m；相对应，埋深4～8 m区域，黄河南北两岸分别由104 km2和80 km2都缩小到0，见图5.

图2 2003年地下水位埋深分区图Fig.2 The zoning map of buried depth of groundwater level in 2003

图3 2010年地下水位埋深分区图Fig.3 The zoning map of buried depth of groundwater level in 2010

2.2.2 伊洛河口—花园口段 位于山前洪积扇及黄河冲积扇交汇部位，为地下河，河道长60 km，面积720 km2，其中北岸621 km2，南岸受黄土台塬控制，滩地较少，仅99 km2.含水层埋藏在60 m以浅，岩性为中砂、中粗砂、含砾中粗砂等.北岸有温县关白庄水源地、南岸有巩义滩小关、郑州九五滩等水源地.2019年10月与2003年6月相比，埋深大于8 m区域：北岸由198 km2扩大到562 km2，南岸由22 km2缩小15 km2；埋深小于2 m南岸由10 km2缩小到消失，见图6.

图4 2019年地下水位埋深分区图Fig.4 The zoning map of buried depth of groundwater level in 2019

图5 西霞院—伊洛河口段地下水位埋深分区面积变化Fig.5 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Xixiayuan section to Yiluohekou section

图6 伊洛河口—花园口段地下水位埋深分区面积变化Fig.6 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Yiluohekou section to Huayuankou section

2.2.3 花园口—夹河滩段 位于黄河冲积扇及冲积平原的轴部，为地上悬河，临背差一般3～8 m，河水直接补给地下水.含水层为含砾中粗砂、中砂、中细砂、细砂，厚度80～100 m.北岸黄河影响带范围为20～25 km，南岸10 km以内［1-2］，是黄河下游河水侧渗补给地下水最大的地段.两岸有河南新乡黄河湿地鸟类国家级自然保护区、郑州黄河、开封柳园口湿地省级自然保护区，是我国重要的内陆湿地生态系统.该段堤距5～20 km，河道长105 km，面积3439 km2，其中北岸堤外1453 km2，堤内473 km2，南岸堤外1125 km2，堤内387 km2.2019年10月与2003年6月相比，地下水位埋深大于8 m区域：北岸堤外由1 km2扩大到1257 km2，堤内由4 km2扩大到268 km2；南岸堤外由66 km2扩大到697 km2，堤内由58 km2扩大到247 km2.埋深小于2 m区域：北岸堤外由124 km2到消失；南岸堤外由55 km2缩小到26 km2，见图7.

图7 花园口—夹河滩段地下水位埋深分区面积变化Fig.7 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Huayuankou section to Jiahetan section

2.2.4 夹河滩—高村段 位于冲洪积扇前沿部位，为悬河段，河水直接补给地下水.含水层为二至四层砂层，以细砂、粉砂为主，层底板埋深75～100 m，砂层厚度30～50 m.该段堤距20 km左右，河道长73 km，面积1682 km2，其中北岸堤外1283 km2，堤内74 km2，南岸到山东省分界，堤外235 km2，堤内91 km2.2019年10月与2003年6月相比，埋深大于8 m区域：北岸堤外从无发展到516 km2，堤内从无发展到1 km2；南岸堤外由133 km2扩大到153 km2，堤内从无发展到12 km2.埋深小于2 m区域：北岸堤外由80 km2到消失，堤内由4 km2到消失，见图8.

图8 夹河滩—高村段地下水位埋深分区面积变化Fig.8 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Jiahetan section to Gaocun section

2.2.5 高村—孙口段 位于黄河冲洪积平原，为悬河段，河水补给地下水.含水层为一至三层砂层，以细砂、中细砂、粉砂为主，厚度一般10～40 m，底板埋深40～80 m.北岸有濮阳李子园水源地，濮阳县黄河湿地省级自然保护区.该段河道长120 km，面积1558 km2，均分布在北岸堤外，南岸为山东省.2019年10月与2003年6月相比，埋深大于8 m区域从无发展到56 km2；埋深小于2 m区域由527 km2缩小到52 km2.埋深2～4 m区域从847 km2缩小到502 km2，见图9.

2.2.6 孙口—陶城埠段 位于黄河冲洪积平原，为悬河段，河水补给地下水.含水层为二至四层砂层，底板埋深75～100 m，厚度一般30～50 m.该段河道长34 km，面积199 km2，均分布在北岸堤外.2003年6月该区域地下水位埋深均小于4 m，2010年有35 km2埋深4～8 m，到2019年已发展为150 km2；埋深2～4 m区域则缩小到42 km2，见图10.

图9 高村—孙口段地下水位埋深分区面积变化Fig.9 The subarea area change in burial depth of groundwaterlevel from Gaocun section to Sunkou section

图10 孙口—陶城埠地下水位埋深分区面积变化Fig.10 The subarea area change in burial depth of groundwater level from Sunkou section to Taochengbu section

2.3典型地下水位埋深分布面积变化分析

地下水位埋深小于4 m的区域，2003年北岸武陟以下、南岸中牟以下堤外近河地段大面积分布，面积4461 km2，占河流影响带总面积的56.42%；2019年大部分消失，仅在开封以下近河段地段零星存在，分布面积789 km2，仅占河流影响带面积的9.97%.地下水位埋深大于8 m的区域，2003年仅在北岸孟州—武陟、夹河滩—东坝头一带条带状分布，面积608 km2，占河流影响带面积的7.69%；2019年开封—长垣一线以西，成区连片分布，面积4103 km2，占河流影响带面积的51.88%.埋深4～8 m的面积变化不大，从35.89%增加到38.15%，但主要分布范围从花园口—夹河滩段下移到夹河滩到省界一带.具体结果见图11、图12及表3.

图11 地下水位埋深小于4 m的区域变化图Fig.11 Regional change figure of groundwater level burial depth less than 4 m

图12 地下水位埋深大于8 m的区域变化图Fig.12 Regional change figure of groundwater level burial depth greater than 8 m

表3 2003—2019年地下水位埋深分区面积变化统计表Tab.3 Statistical table of the subarea area change in burial depth of groundwater level from 2003 to 2019

3 结论与探讨

1）小浪底水库运行以来，黄河下游河道持续冲刷，河道下切导致河道水位下降，引起黄河影响带地下水位下降，降幅与河道水位下降值基本一致，一般在1.24～4.87 m，其中花园口—高村之间下降幅度较大，降幅为4.25～4.87 m.目前小浪底水库仍处于拦沙期，下游河道仍继续冲刷下切，黄河影响带地下水位仍将继续下降.

2）2019年与2003年相比：地下水位埋深小于4 m的分布范围，由占河流影响带总面积的56.42%下降到9.97%；地下水位埋深大于8 m的分布范围，由占河流影响带总面积的7.69%发展到51.88%；地下水位埋深4～8 m的面积变化不大，从35.89%增加到38.15%，但主要分布范围由花园口—夹河滩段下移到夹河滩到—界一带.

3）黄河影响带地下水位埋深增加，将对下游沿黄生态廊道建设、粮食核心区建设、城市供水安全保障、湿地生态系统等产生不利影响.建议扩大农业引黄灌溉，减少农业生产对地下水的开采，加强对沿黄湿地保护修复，同时在水文地质条件好的地段，利用汛期多余的地表水资源开展地下水回灌，增加地下水补给，涵养地下水资源.