多因素驱动下的大庆市地下水动态演化分析
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摘要：20世纪60年代之前，大庆市地下水流场处于原始状态，之后，随着开采量的不断增加，原始流场受到破坏，形成了大规模的地下水漏斗，1998年发展到最大规模，之后随着地下水开采量的减少，地下水漏斗逐渐萎缩并趋于稳定。大庆市地下水动态的演化不仅受人为开采量的驱动，还受气温、降水量等气候变化因素的驱动，从气象资料分析，大庆市气候趋于干旱化，这将推动地下水环境恶化。
关键词：地下水动态 气候变化 地下水漏斗 气温 降水量
地下水动态是在各种影响因素以及使地下水动态产生变化的实现条件两者共同作用下形成的。影响地下水动态的基本因素包括气象、水文、地质、生物、宇宙及人为活动等等[1]。
大庆市是我国著名石油和石油化工为主体的新兴工业城市，也是我国最缺水的城市之一，水资源问题已经成为制约大庆市社会经济发展和油田开发建设的一个重要因素[2]。从地下水的少量开采，到大规模开采，再到限制开采，大庆市地下水环境也随之演化，人为因素成为了大庆市地下水动态变化的主要驱动因素。与此同时，气温、降水渗入、蒸发等自然因素也在驱动研究区地下水环境演化。
1. 研究区概况
研究区位于松嫩平原中部，属中温带半湿润、半干旱季风气候，多年平均降水量为420mm，大庆多年平均水面蒸发量为1，673mm。研究区属安达闭流区，区内无江河分布，湖沼发育，工农业及居民生活用水主要是开采地下水和外引嫩江水作为供水水源。为了解决区域排水不畅问题，先后修建了安肇新河、西部排水干渠、中央排水干渠、东部排水干渠和东二排水干渠等区域排水工程。
研究区总的地势是东北高、西南低，呈缓坡状平原，局部地貌分布有起伏的河流、湖泊沼泽地、盐碱低地、江湾漫滩阶地等。地貌按其成因类型及形态特征，区域为冲湖积低平原、局部为冲积洪积河漫滩。
2. 研究区水文地质条件
2.1 第四系含水层
第四系含水层主要有哈尔滨组潜水和白土山组孔隙承压含水层。
2.1.1 哈尔滨组孔隙潜水含水层
分布于整个大庆市，发育较好，岩性为黄褐色粉细砂、细砂，分布不稳定，埋藏较浅1―4m。砂层一般为2―3层，单层厚度一般在1.5―30m。粉细砂层之间的粉土及粉质粘土垂直节理发育，孔隙较大，水利联系密切构成同一含水层组，形成厚度较大的孔隙潜水层。
由于第四系孔隙潜水含水层的岩性结构松散，埋藏较浅，直接接受大气降水和地表水入渗的补给，是下部含水层主要的垂向补给来源，同时也易于污染及蒸发排泄。
2.1.2 白土山组孔隙承压含水层
该含水层是由砂砾石组成，在长垣以西埋藏深度和厚度自东向西，自南向北加深加厚，在长垣的东部只在龙凤――卧里屯一带分布，含水层顶板埋深30―100m左右，绿色草原一带埋深达114m，其含水层自上而下逐渐变粗，厚度东部5―15m，西部20―50m，原始水位距地面2―10m。
2.2 新近系泰康组砂砾石含水层
该层含水层主要是中细砂岩、砂砾岩，一般自上而下逐渐变粗，上部以中细砂和粉细砂为主，底部为砂砾石，该层主要分布于大庆市的西部地区，呈条带状分布，为主要的目的开采层。与上覆第四系砂砾石层之间，有一层分布不稳定的粘土和粉质粘土，其厚度一般为5―20m，在部分地区缺失，其隔水性差，使得两套含水层大部分地区直接连通，具有同一水力特点，可视为同一含水系统。
含水层顶板埋深60―150m，自东南向西北逐渐加深，向北逐渐变浅变薄至尖灭。原始水位距地面2―13m，一般单井涌水量可达1，500―3，000m3/d。目前大庆市西部开采区水位已降落至30―36m，含水层富水性强，一般单井涌水量为3，000―8，000m3/d。
2.3 白垩系明水组含砾砂岩含水层
明水组含砾砂岩含水层广泛分布于大庆市，只在长垣顶部缺失，该含水层具有分布稳定，单层层数多的特点，可分为明水组二段和明水组一段两部分，顶板埋深一般在17―210m，明水组上段含水层一般由2―10个单层组成同一含水层，含水层以中粗砂岩为主，局部含砾砂岩，渗透性好，富水性强。分布极不稳定，多为透镜体，含水层厚度一般为3―26m，累计厚度10―80m，最大厚度可达126m。单井涌水量2，400―3，000m3/d。
明水组一段含水层一般有1―8个单层组成，由于构造作用影响顶板埋深由南向北逐渐加深，单层厚度3―29m，累计厚度5―55m，最大可达66m。含水层岩性以含砾砂岩为主，局部为中粗砂岩，孔隙较大，连通性较好，富水性强，单井涌水量一般为1，700―3，300m3/d。
由于明水组砂岩含水层在长垣西侧埋藏较深，且上部有第四系及新近系泰康组含水层，因此西部不开发此含水层，而在长垣东部及肇州北部地区缺失其他含水层，由于该层分布广，埋藏浅，原始水位一般距地面8―30m，是这一区域的开采目的层。
3. 人为开采对地下水动态的影响
大庆市地下水的大规模开采始于20世纪60年代，大规模开采之前，大庆市地下水流场受较少的人为因素影响。地下水流场处于原始状态，地下水径流方向整体上从北向南流。潜水动态特征类型属降水渗入―蒸发型，主要受到降水渗入和蒸发的影响，低水位期与蒸发期相吻合在2―5月，高水位期与雨季相吻合在7―10月，水位动态曲线呈单峰型。承压水属越流―径流型，地下水在水位差的作用下，发生垂向越流及侧向径流，接受相邻含水层的越流补给，并向南部径流，补给松花江。第四系承压水峰谷明显，前第四系承压水动态曲线比较平缓[3]。
20世纪70年代之后，大庆市地下水开始大规模开采，工农业用水量增加，特别是油田开发对地下水的需求量急剧增加，大庆市地下水水位持续快速下降，以大庆长垣为界，相继形成了西部和东部两个大型地下水漏斗。到1998年，西部漏斗面积达4，000km2，漏斗中心水位埋深下降到历史最低点，达48.73m[4]。东部漏斗区面积近1，500km2，中心水位埋深达53.4m。2000年之后，随着大庆地表水源地的相继建成并投入使用，地下水开采量有所减少，地下水漏斗逐渐萎缩，并趋于稳定。这期间，承压水地下水动态变化特征以开采型为主，水位变化曲线呈下降型，局部有所波动。