洛阳市地下水动态分析.docx

1、洛阳市地下水动态分析洛阳市地下水动态作者：倪章勇摘要：洛阳市地处洛阳盆地的西部，地下水开采量日益增大，造成盆地内区域性地下水位不断下降。1999年洛阳市规划在洛河洛阳市区段建立五级水面工程，目前已有三期水面工程建成蓄水。其拦水作用使本区水文地质条件发生重大变化，盆地部分地区地下水开始回升。为保护盆地的地质环境，合理开发利用地下水资源，需要研究地下水动态的规律，判断地下水水位的变化趋势，了解地下水资源的性质，并对可能发生的环境地质问题作出评价。本文在阐述洛阳市水文地质条件得基础上，利用48个观测孔的水位资料，分析了浅层地下水的动态特征。包括多年动态特征以及其空间分布、年内的动态变化特点。并利用e

2、xcel做了水位动态的多元回归分析，用相关系数判断了影响因子的主次，通过逐步回归优化了方程，并研究了时间序列的自回归分析。 关键词：洛阳市 地下水 动态特征 多元回归 水面工程 地下水开采 洛阳盆地位于河南省西部黄河南岸，西起延秋、东至黑石关，呈北东北东东向延伸近百公里，南北宽约10余公里，伊、洛河贯流其间。洛阳市就位于洛阳盆地的西部，洛阳是举世闻名的历史文化名城，素有“九朝古都”之称，在中华民族五千年文明史上，曾几度繁荣，占有重要的历史地位。洛阳作为国家重点建设城市，是一座以机械、电力、冶金、纺织、建材、橡胶、化工、玻璃、电子等多种工业的工业城市，具有较强的工业经济基础和雄厚科技实力。洛阳市

3、现有8个傍河水源地，日开采量达60万m3/d。随着国民经济的飞速发展，城市规模日益扩大，人口不断增多，地下水开采量日益增大，已造成盆地内区域性地下水位不断下降。同时，伊河、洛河相继修建了水利工程并投入使用：1999年洛阳市规划在洛河洛阳市区段建立五级水面工程，目前已有三期水面工程建成蓄水。洛河水面工程的拦水运用，使本区水文地质条件发生重大变化，盆地部分地区地下水开始回升。为实现地区经济可持续发展目标，保护盆地的地质环境，合理开发利用地下水资源，急需对洛阳地下水资源重新评价，而地下水动态的研究，掌握地下水正常动态规律，有助于了解地下水资源的性质，为该区地下水合理开发利用服务。通过对序列的分析研究

4、可以进行水位预测，对可能发生的环境地质问题作出评价。“在与环境相互作用下，含水层各要素（如水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化，称为地下水动态”1 地下水动态是一个复杂的自然过程，在一特定的环境中多种因素下地下水均衡的外观表现。本文主要分析地下水水位动态，具体内容如下：1、进一步分析洛阳盆地水文地质条件，包括空间地质结构，地下水的导水性、各含水层之间水力联系及地下水的开采现状、地下水的补径排条件的变化等。2、绘制典型年份等水位线图，分析洛阳市地下水位的多年变化规律。3、分析水面工程对地下水系统的影响范围和幅度。4、划分地下水动态类型，分析其影响因素和形成机制。5、通过各种回归分析确定地

5、下水动态的影响因子及其影响能力，并且建立拟合的方程进行地下水动态预测。第二章 区域自然地理、地质条件概况 第一节 自然地理条件 2.1.1、交通位置洛阳盆地地处河南省西部，北西南东分别被邙山、崤山、熊耳山、嵩箕山所环绕，盆地面积1300km2。研究区西起新安宜阳，东至巩义黑石关、北起孟津，南接伊川。行政区划主要隶属于洛阳市区及偃师、巩义、新安、孟津、宜阳、伊川等县市的部分地区，地理座标：东经1121511257，北纬34323447，总面积2000 km2。重点研究区为伊洛河河谷平原西部区，面积约400km2。研究区交通便利，陇海铁路，焦枝铁路干线，在区内交汇。连霍高速公路、310、207国道

6、交错，公路网络四通八达，地理位置较为优越。见研究区位置图（图21）图21 研究区位置图2.1.2、地形地貌洛阳盆地北依邙山，南抵嵩山，西有小秦岭，中东部为伊洛河冲积平原，构成三面环山，向东敞开的箕形地形。总地势呈西高东低，南北高中间低，由中心至周边，地形渐次升高，由低到高地貌类型依次为伊洛河河谷平原区、黄土丘陵（台塬）区、基岩山区，且整体由西向东倾斜。北部为邙山，中部为伊洛河河谷平原区，山丘与河谷平原之间为洪积扇及洪积倾斜平原。本区地形起伏，地貌类型复杂。按成因，物质组成和形态特征，可以分为黄土丘陵、黄土台塬、洪积扇及洪积倾斜平原、洪流平地、河谷二级阶地、一级阶地、漫滩冲积平原。主要的河谷阶地

7、及冲积平原为伊洛河河谷平原，呈北东向展布，平坦开阔，西高东低，阶地、漫滩呈阶梯状相连，沿河两侧不对称分布。2.1.3、气象水文1、气象本区属于暖温带季风气候区，表现典型的大陆性气候，冬长寒冷雨雪少，春季干旱风沙多，夏季炎热雨集中，秋季晴和日照长。据气象资料，多年平均气温 14.3，多年平均降水量545.98mm，降水时空变化较大，一般集中在7、8、9三个月，约占全年降水量的50，多年平均蒸发量为 1451.7mm。 (图22) 图22 洛阳市多年平均气象要素图.2、水文研究区属黄河流域的伊洛河水系，主要河流有洛河、伊河及洛河支流涧河和瀍河。主要干渠有中州渠、伊东渠。洛河发源于陕西省洛南县，属黄

8、河支流，经宜阳于延秋街流入区内，从西南向东北穿过本区，在偃师与伊河汇合。其河床一般宽5470m，水深0.51.5m。洛河长年有水，每年79月份为汛期，水位受季节性变化明显，据19712003年白马寺水文站资料统计：多年平均径流量45.04m3/s，最大洪峰流量5380 m3/s；多年平均含砂量8.4kg/m3。（图2-3）伊河是洛河最大支流，发源于栾川县伏牛山北麓，经伊川流入区内，从龙门呈西南东北向流动。受伊河陆浑水库影响，动态变化较大，龙门水文站观测资料，最大流量为120m3/s，最小流量为13.63m3/s，多年平均径流量22.89m3/s，径流量为9.05108m3；而枯水年（1972年

9、）最大流量72.5m3/s，最小流量为零，年径流量为3.4108m3。洛河、伊河在偃师市杨村附近汇合为伊洛河，于巩义市神北汇入黄河。图2-3 洛河白马寺站多年平均水文要素图涧河属洛河支流，位于研究区西部，由新安县进入市区，于兴隆寨村汇入洛河。据涧河新安县水文站资料，历年平均径流量1.0108m3，接受一部分城市污水，水质较差。瀍河亦属洛河支流，位于工作区北西部，多年平均径流量0.28108m3，近年来枯水期几近干枯。第二节区域地质条件 2.2.1、地层盆地内第四纪沉积较完整，第四系广泛分布于黄土台塬及伊洛河冲积平原区。伊洛河冲积平原区由砂卵石及粉质粘土组成，呈多层结构，其成因类型有冲积、洪积、

10、湖积，而黄土台塬、丘陵地区则由单一的黄土或黄土与下伏砂卵石、砂质粘土组成，其成因有风积、洪积等。据物探、钻探查明，洛阳盆地基底（前新生界）最大埋深达3500m以上，最深处在洛阳市区一带。在周边局部地区也有前第四纪的地层出露。查阅区域地层年代表，本区出露的地层由老到新主要有：元古界（Pt）、寒武系（）、奥陶系中统（2）石炭系中上统（23）、二叠系（P）、三叠系（），新生界（Kz）及第四系（Q）。缺失志留系、泥盆系。本文研究的重点地层是第四系。（如图24）2.2.2、 构造1、主要地质构造洛阳盆地系一断陷盆地。盆地南为嵩山背斜，北部有垂直断距近数千米的首阳山断裂，形成了盆地基底南高北低的掀斜形态。

11、因历经多次构造变动，盆地基底断裂构造发育，主要发育有东西向、北东向、北西向三组断裂：近东西向构造体系的控制下，决定了本区的基本轮廓和展布，导致区内地貌形态展布多为东西向或近东西向，其中的首阳山断裂，该断裂是构成洛阳盆地的北部边界，对新生代地层及水文地质条件具明显的控制作用；北西向的断裂构造主要有：新安平顶山（伊川）断裂、龙门米庙断裂、鲁庄断裂等； 北东向断裂在区内有石陵孟津断裂，南缘有连地关林断裂，平乐西虢断裂。这些断裂切断了邙山，所形成的下降地块沟通了洛阳盆地和济源盆地（图25）。2、新构造运动新生代以来构造运动以差异性、间歇性升降运动为其基本特征，这正是大型断裂继续活动的结果。盆地区长期相

12、对下降，接受沉积，形成河谷平原地貌景观，为孔隙水的赋存提供良好的储存空间。图25 区域地质构造图图2-4 第四系地层柱状图第三章 水文地质条件 第一节 地下水赋存条件 3.1.1、地下水类型洛阳盆地是一个较完整的水文地质单元，周边由山地、黄土丘陵组成，中部为伊洛河冲积平原。地下水的赋存条件及分布规律主要受气象、水文、地形地貌、地层岩性及地质构造等控制。据含水介质类型将区内地下水分为三种类型：即松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水。黄土丘陵、黄土台塬、洪积扇、河谷阶地区主要分布着不同成因的松散岩类，赋存着松散岩类孔隙水。基岩山区的地层岩性主要为碳酸盐岩、碎屑岩，也有少量岩浆岩

13、及变质岩。其中碳酸盐岩中赋存有碳酸盐岩裂隙岩溶水，而碎屑岩及岩浆岩变质岩中则赋存有碎屑岩类孔隙裂隙水。根据含水层埋藏深度和水力性质及开采条件，将本区松散岩类孔隙地下水分为两种类型：1、浅层地下水（相当于第一、二含水层组）此间无稳定隔水层，伊洛河冲积平原区浅层地下水埋藏浅，水量丰富，是本次调查的主要对象，亦是区内工农业用水的主要开采层。2、中深层地下水（相当于第三含水层组），埋深大于350米，位于第一隔水层之下。第一含水层组为全新统、上更新统（Qhal+pl、Qp3al+pl）含水层组，为河流冲洪积相，含水层岩性主要为砂及砂卵砾石层，呈下粗上细的二元结构，主要分布于伊洛河河谷地带；第二含水层组为

14、中更新统（Qp2al+l），分布于黄土丘陵区及洛阳盆地中西部，主要为河湖相沉积，岩性为含泥质砂砾卵石层，局部半胶结状，该层组于工作区局部或全部被疏干；第三含水层组为下更新统（Qp1al+l），主要分布于洛阳盆地内，为河湖相沉积，岩性为砂及砂砾石层，靠近山前为砂卵砾石。3.1.2地下水分布规律在碳酸盐岩分布区，裂隙溶洞发育，赋存有裂隙岩溶水，在碎屑岩类分布区，赋存有孔隙裂隙水。由于山区地势起伏很大，沟谷深切，不利于降水入渗补给及地下水储存。因此基岩山区地下水一般较贫乏。北部及西部邙山丘陵区，黄土台塬丘陵区堆积了几米几十米厚的以风成为主的黄土，其垂直节理及大孔隙发育，垂直渗透性能较强，为地下水的垂

15、直入渗补给创造了有利条件。因而在黄土台塬及丘陵区普遍存在黄土孔隙、孔洞、裂隙潜水。由于分布地形高，地形坡度大，沟谷发育，切割强烈，不利于地下水补给、储存，有利于地表水、地下水的径流及排泄。含水层岩性为黄土（粉土），含水性较差，地下水资源极为贫乏。伊洛河冲积平原区由于地形相对较低，是地表水和地下水的汇集场所。在洛河、伊河的漫滩区、一二级阶地区，松散堆积物为第四系冲积、湖积及湖积物，一般为粉质粘土、粉土、砂及卵石互层的双层结构，表层多为粉土和粉质粘土，地层坡度小，地下水位埋藏较浅，地表水及地下水径流滞缓，有利于大气降水入渗补给，下伏以卵石层为主的含水层、厚度较大，结构疏松，分选磨园较好，渗透性能较

16、好，第三系砂质粘土或砂页岩为底板，埋藏有丰富的孔隙潜水。从整个伊洛河冲积平原区看，地下水含水层的厚度、粒度在横向、纵向及垂向上还是具有明显的变化。从横向上看，由漫滩至一级阶地、二级阶地，从阶地前缘到阶地后缘含水层厚度由厚变薄，粒度由粗渐细，含水层埋藏逐渐变深。浅层地下水涌水量渐次减弱。从纵向上看，从上游至下游含水层厚度由薄变厚，但含水层颗粒从西南向北东由粗变细，因此由上游至下游，涌水量由大变小。从垂向上看由于沉积时代不同，上下压密程度不同，由上至下，孔隙率变小，涌水量变小。因而区内中深层地下水涌水量较浅层地下水小。3.1.3、单井涌水量根据盆地内已有钻孔及机民井抽水试验资料，浅层地下水按5m降

17、深单井涌水量进行划分（图31）。1、单井涌水量极大区分布在洛阳盆地中部的关林至位屯以下的伊洛河河间地块、洛河北岸傍河地带及伊河南岸诸葛北至高崖一带，含水层以砂卵石为主，漫滩区水位埋深28m。一级阶地区水位埋深815m，含水层厚度一般30.550m，渗透系数100140 m/d，单井涌水量大于3000m3/d。2、单井涌水量较大区分布在涧西谷水及陇海铁路以南的市区直到巩县的洛河北岸，伊河南岸一级阶地及巩县伊洛河河谷区。一级阶地含水层以砂卵石层为主，厚度830m，水位埋深315m；洛河二级阶地及涧河三级阶地以砂卵石及透镜体为主，厚度1020m，单井涌水量10003000m3/d，渗透系数涧河河谷区

18、4570m/d，洛河北岸一级阶地区3080 m3/d。3、单井涌水量中等区分布于南部山前倾斜平原区，含水层为泥质砂砾石，一般厚度1015m，最薄8.8m，水位埋深1630m，单井涌水量1001000m3/d。4、单井涌水量较小区洛阳盆地周边黄土丘陵及黄土台塬区，含水层以含泥质砂及砂砾石为主，厚度小于15m，地下水位埋深20120m。单井涌水量小于100m3/d。第二节 浅层地下水的补给、径流、排泄条件 3.2.1、浅层地下水的补给条件本区浅层地下水的主要补给方式有大气降水渗入、河流水库侧渗、水渠渗漏、灌溉回渗等方式。1、大气降水入渗补给伊洛河河谷阶地区地形平坦，地面坡降多为10.1，水位埋藏浅

19、，水位埋深5；包气带为粉土、粉质粘土或砂卵石层，质地疏松，有利于大气降水入渗补给，盆地边缘及河谷阶地后缘洪积扇地区，大气降水入渗补给条件稍次于河谷阶地区。黄土丘陵台塬区不利于大气降水入渗补给。 2、河流的侧渗补给洛河从境内上游到张庄附近地下水向河流排泄。在位屯桥至西下池以西局部开采井附近河水可补给地下水。从东下池以东至下游因地下水高于河水位，则是河水接受地下水的补给。3、水渠渗漏及灌溉入渗补给区内有伊东渠、中州渠等干渠，均未做防渗处理，渠水可入渗补给地下水，区内亦有大量的机井分布，农灌时也可补给地下水。4、地下水的侧向径流补给河谷阶地区的周围黄土丘陵及基岩地势较高，地下水位高于阶地区地下水位，

20、地下水对其有一定的侧向径流补给。5、水面工程蓄水渗漏补给洛河水面工程每年7月初至9月底塌坝放水，其它时间多为蓄水期，蓄水时间在200天以上。蓄水期间在洛河河道间形成一个宽约250m，长近8500m的水域，河水位高于地下水位，河水可渗漏补给地下水。3.2.2、浅层地下水的径流条件浅层地下水位的变化与地形变化相吻合，浅层地下水的流向与地形坡降一致，即由山前的黄土丘陵、台塬、洪积扇流向河谷阶地，在洛河、伊河河谷区汇流后向东径流。3.2.3、浅层地下水的排泄条件本区浅层地下水的排泄方式主要为开采排泄、蒸发排泄、侧向径流排泄。1、开采排泄：河谷阶地区农业灌溉用水、工业用水、人畜生活用水多以开采浅层地下水

21、为主，尤其是沿河两岸分布的大型集中供水水源地，主要开采浅层地下水，因此开采排泄是区内地下水主要排泄方式。2、蒸发排泄：伊洛河漫滩区及一级阶地前缘，包气带岩性多为粉土及砂砾石层，浅层地下水位埋深多小于地下水蒸发临界深度。因此蒸发排泄是漫滩区地下水的主要排泄方式。3、向河流排泄：河岸两侧浅层地下水位高于河水位，地下水可向河流排泄，尤其是丰水期可明显见到岸边有清水流出，岸边水质较清河中间水质浑浊。图3-1 伊、洛河上游洛阳诸葛水文地质剖面图第四章 洛阳市地下水动态分析 地下水动态指含水层各要素（如水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化。也是地下水含水层收支不平衡的直接反映，受各项补给与排泄因素

22、的控制，所以它是一个复杂的自然过程在一特定的环境中多种影响因素下的外观表现。地下水动态的主要影响因素为气象、开采、径流、灌溉中的一个或几个。根据对洛阳市48个水位观测点（其中8个长期观测孔）资料的分析，分别从年际动态和年内动态加以分析。第一节 洛阳市地下水年际动态特征 通过8个长期观测孔资料，作出19842005年之间洛河附近水位年际变化特征。（见图4-1）由此我们发现，区域水位的多年变化特征是先降低，然后上升，可以分为两个阶段，其分界大约在1999年。4.1.1、19841999年段的变化据19841999 年历年地下长观资料浅层地下水动态年内变化随季节变化明显,变幅2.1110.165 m

23、 ，从多年动态变化特征看,水位总趋势呈逐年下降趋势,降幅在3.1376.161 m 不等 (图42)。并且水源地的集中开采部位形成大的降落漏斗。漏斗中心最大水位降深达15m。只有个别年份水位埋深有所变小,如1996 年属丰水年,全市地下水位普遍回0.1012.110 m。其主要原因是因为洛阳市1957年以来集中开采地下水，随着工农业生产及城市的不断发展，供水量不断增加，开采规模不断扩大。1984 年为2.104 亿m3 ,1990 年为2.182 亿m3 ,1997 年为3.112 亿m3 (均包括农业开采量)。洛阳盆地由于水文地质条件差异，地下水开发利用程度也不同。在伊洛河谷区工农业用水多以

24、开采浅层地下水为主，开采量相对较大。工业开采及城市供水多为集中开采伊洛河两岸的浅层地下水为主，中深层地下水水源地开采仅在后李水源地有少量开采。农业用水以分散开采为主。农业开采主要分布在伊洛河阶地上，多开采浅层地下水。洛阳市目前已形成地下水多水源环状管网供水的规模。自来水公司现有8个集中开采地下水水源地，三个加压站，供水井97眼，综合供水能力达60万m3/d；集中开采水源地多集中于伊、洛河两岸及河间地块。现状条件下洛阳市区共有集中供水水源地8个，水源地分布及开采动态如下。（图43、表41）表41 集中供水水源地开采情况一览表 单位：万m3/d水源地名称设计供水实际供水水位下降地貌位置洛南水源地1

25、315.857伊洛河间地块李楼水源地1612.86无伊洛河间地块张庄水源地4.54.9复合漏斗洛河北岸王府庄水源地1.01.18洛河北岸后李水源地1.0停开洛河北岸下池水源地3.74.0洛河北岸五里堡水源地2.83.39洛河北岸东郊水源地44洛河北岸临涧水源地4.54.69复合漏斗洛河北岸、涧河旁4.4.2、20002004年段变化1、逐步上升型这类曲线水位在受季节变化的同时逐步抬升（见图4-4）。这些点集中在水面工程附近，区内水位均有不同程度的上升。主要影响因素是水面工程的建设。这些点与附近河水的涨落保持一致，并且会继续上升与河水位持平，甚至超过河水位。这些点还有lg4、lg17、lg19、

26、lg31、lg46、lg57、lg61。2、滞后上升型这些点主要分布在涧河、洛阳市西部以及洛河的上游。水位在20002003年之间比较稳定，部分点水位还在逐步下降，至2003年才开始缓慢升高（见图4-5）。其主要影响因素仍是水面工程，其中滞后的时间与距河的距离呈正相关关系。水位标高越高，相应的离河越远，回水时间就越长，滞后时间也越长。另外，还与含水系统的结构有关，水力坡度比较缓，地下水的运移部分区域是一个缓慢的过程。河水位上升后，通过长时间的运移和滤波作用，使之滞后。如89号点井，直至2003年6月水位才开始回升。又如63号井略远于89号井，水位的升高就迟了大约一月。63、90、75还受到开采

27、因素的影响，水位大体上仍在下降，至2003年6月才开始回升。3、下降型主要分布于集中开采的水源地、灌溉区，而且离洛河比较远。表现为水位逐步下降（见图4-6、图47）。这些点主要受开采因素的影响，基本上不受水面工程的影响。在洛河水面工程放水时期，lg80位于水面工程的下游，故每年水位都有一次波峰，这只是偶尔受水面工程放水的影响，但是总体水位仍是下降趋势。 4、稳定型这些点主要分布于洛河南岸伊洛河之间以及灌区、位于水面工程的下游，离水面工程比较远。这类曲线动态变化稳定（图4-8），11、27、69号点的水位在蓄水之后2000年10月有一次3.04.2米的抬升，然后趋于稳定。在每年的放水时期，水位抬

28、升，形成一次波峰。这还与含水系统地结构有关，通过长时间的运移和滤波作用，使动态趋于稳定。1999年洛阳市开始在现洛河河道上建设洛河水面工程，2000年4月上阳宫水面工程建成蓄水、2001年4月同乐园水面工程建成蓄水、2002年4月洛神浦水面工程建成蓄水，坝体均采用橡胶材料。周山水面工程，华林园水面工程正在建设中。水面工程每年7月初至9月底塌坝放水，49月为蓄水期。目前已建成的这三期水面工程，蓄水期间在洛河河道间形成一个宽约750m，长近8500m的水域，地表水位提高3.54.0m，洛河水面工程蓄水彻底改变了洛河在市区段的径流状态。区域上河流之间的河间地块以及河漫滩及一级阶地是主要影响地段。其补

29、给方式有：1、河水位上升，使区域水位回水。2、河水直接补给沿岸地带潜水。洛河水面工程建成后，由于水域面积增加，地表水位提高，洛河渗漏补给地下水量大大提高，从根本上遏制了大部分地区地下水位的下降趋势，从表42、表43可以看出，地下水位逐步回升，地下水与河水位已基本持平。至2002年沿洛河地下水降落漏斗已全部填平。表42洛河两岸地下水位对比表 单位：m 编号地貌位置年度平均水位年变幅枯水期丰水期备 注lg 46漫滩2003131.583.19132.54131.831.历年为19912003年平均水位2003年度时间为2003年元月至12月。2.枯水期时间为3、4、5三个月；3.丰水期为7、8、9

30、三个月。4.枯、丰期为三个月平均值。5.表内数字（年变幅除外）均为黄海高程。单位m。2002132.22.28132.24132.36历年128.23128.06129.25lg31一级阶地2003133.874.81133.20134.462002133.143.64133.58132.3历年128.68127.78129.43lg 61一级阶地2003132.622.82133.40132.882002132.982.1133.13132.44历年128.72128.50129.40表43 地下水位与地表水位标高关系对照表 单位：m编号一三五七八九十十一十二备注lg57129.21128.95129.51128.27127.95128.39128.93129.45129.14地下水lg14130.67130.79130.95128.04128.59127.93130.86130.89130.64河水lg4122.56122.33122.30122.80123.18123.98123.49122.6122.46地下水lg8121.28121.26120.38121.28121.53122.33121.84121.371