1. 引言
研究地下水体的动态变化规律是充分利用水资源又不致引起资源枯竭的重要举措。赣西地区地下水的补给主要依赖于地表水和大气降水。地下水动态情况主要受天然和人为两大因素影响,除地形地貌、地层岩性和水文地质条件等因素外,还受气象、水文和人类活动等环境因素影响,是多种因素综合影响的结果 [1] [2] [3] 。在众多影响因素中,通过对赣西24口不同特征井的周边环境监测数据进行分析,从中找到影响其变化的主导因子,为水资源管理及相关研究与应用提供科学依据。
2. 研究区概况
2.1. 水文地理地质
赣西位于江西省西部,长江中下游南岸,包括宜春、萍乡、新余三个市,总面积25,682.41 km2。其中,宜春市地理坐标113˚54'~116˚27'E,27˚33'~29˚06'N,面积18,680.42 km2;萍乡市地理坐标113˚35'~114˚17'E,26˚57'~28˚01'N,面积3823.99 km2;新余市地理坐标114˚29'~115˚24'E,27˚33'~28˚05'N,面积3178 km2。地形以丘陵、平原为主。山地、丘陵占78%,岗地、平原、水面占22%。境内地下水以潜水为主。根据地下水赋存介质和水文地质条件,赣西地下水含水岩组可划分为:松散岩类孔隙含水岩组、碳酸盐岩类裂隙溶洞含水岩组、碎屑岩类裂隙孔隙含水岩组及基岩裂隙含水岩组 [4] 。
2.2. 降水
赣西属亚热带湿润性季风气候,气候温和、雨量充沛。新余、宜春、萍乡三市年均降水量分别为1586 mm、1689 mm、1583 mm,年均降水日数为145至170 d。在空间分布上,位于铜鼓以东、宜丰以北、靖安以西的九岭山南麓山区(九岭山区)为赣西降水量最多的地区,位于渌水源头的上栗、安源、湘东等县(区)是赣西降水量最少的地区。在时间分布上,表现出季节分布不均且差别较大的特点。1至6月降水量呈逐月增加的趋势,4至6月降水量最为集中(占全年47%),7至12月降水量逐月减少。
2.3. 地下水站网
江西省国家地下水监测工程(水利部分赣西片)于2018年11月23日建设完工,共建成24个国家地下水监测站。其中,萍乡市6个、新余市6个、宜春市12个(袁州区6个、丰城3个、樟树2个、高安1个);按监测对象分:基岩裂隙水站2个(成井井深77.3~106.5 m)、岩溶水站4个(成井井深34.3~103.9 m)、浅层孔隙水站18个(成井井深6.0~37.0 m),均采用水位、水温自动化监测。分析的代表站具体情况见表1。
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Table 1. Status of national groundwater monitoring stations in west Jiangxi Province
表1. 江西赣西片国家地下水监测站现状统计表
3. 调查因素对监测井水位的影响情况
3.1. 监测井淤积程度及影响
通过现场调查测量,18个孔隙水井淤积深度0.04~1.11 m;深层岩溶水、裂隙水井和临河测井受地下水冲刷影响,出现实际井深大于成井井深现象,井槽下切0.16~8.53 m,其中,受调查的2个裂隙水井下切深度(最深8.53 m)大于4个岩溶水井(最深2.92 m)。经对比分析,24口不同特征地下水井淤积程度均较轻,裂隙、岩溶水井存在井槽下切,与地下水位变化未呈现相关性。代表站调查情况见表2。
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Table 2. Depth investigation of national groundwater monitoring wells in west Jiangxi Province
表2. 江西赣西片国家地下水监测井井深调查情况表
3.2. 周边1 km范围内地下水取水及影响
1 km内农户压水井取水对地下水位影响不大,工程(灌溉)取用水会使地下水位出现明显波动,距离越近影响越大。以萍乡农科所站为例,距萍乡农科所站8 m处,有农科所农作物试验田滴灌井1口,井深3.5 m,每日9时~18时不定时取水,每次取水10 min,取水量10 m3,受取水影响,农科所站地下水位过程线常呈锯齿状变化,尤其在7~9月高温天气最为明显,时段变幅在0.3~2.3 m之间,见图1。
3.3. 周边1 km范围内河流、水塘、水利工程及影响
1 km范围内河流水位变化对浅层地下水影响密切,涨落趋势基本相同,樟树站全年地下水最高水位与地表水全年最高水同日出现,其他场次洪水地下水洪峰略滞后于地表水洪峰,时间约1 d,见图2。
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Figure 1. Burial depth process line from July 1 to August 10, 2020 at Pingxiang Agricultural Science Station
图1. 萍乡农科所站2020.07.01~2020.08.10零时段埋深过程线图
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Figure 2. Groundwater and surface water level and rainfall process line of Zhangshu Station in 2020
图2. 樟树站2020年地下水与地表水水位、雨量过程线图
一般临近河流的孔隙水监测站地下水年变幅更大 [3] ,因汛期受河水补给较快,枯期受河流灌溉、取水等影响,地下水位也随之下降。其中南坑站(距河流400 m)、樟树站(距河流30 m),水位年变幅分别为6.43 m、5.92 m,排第一、第二位,代表站具体情况见表3。
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Table 3. Field investigation of national groundwater monitoring wells in west Jiangxi Province
表3. 江西赣西片国家地下水监测井外业调查情况表
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Figure 3. Hydrographs of groundwater level, surface water and rainfall of Xinyu Chengnan Station in 2020
图3. 新余城南站2020年地下水位与地表水、雨量过程线图
此外,1 km以外电站等水利工程开关闸等人工调蓄行为也会对地下水位造成影响 [2] 。经分析,比较河流自然补给,河流上下游水利工程调蓄对地下水位影响更大。以新余城南站为例,新余城南站下游4 km左右有袁河匣桥电站,是一座以灌溉为主的抬水工程,该电站在降雨洪水到来前,提前泄流,人工降低河道水位,在枯期拦蓄河水以抬高水位,受电站调蓄影响,新余城南地下水站及新余地表水站水位过程线出现了丰水退、枯水涨的反趋势,如图3。
从图3可以看出,6~8月降雨集中期新余城南站和新余水位站水位,受水利工程调蓄影响,呈下降趋势,虽然7月9日全年最大降雨过程后有相应上涨,但总体均处于下降趋势,年最高水位出现在枯水期3月30日,年最低水位出现在丰水期6月25日,其趋势变化与天然河道变化趋势相反。
4. 降雨变化对地下水位的影响
4.1. 监测井2020年日平均过程线与邻站降雨过程线对比分析
本次选取24个监测井周边相邻的15个雨量站,利用国家地下水监测信息整编系统,进行逐日水位过程线
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Figure 4. Daily water level and rainfall hydrographs at the Xinyu Survey Base and Yichun River Bureau Station in 2020
图4. 新余巡测基地、宜春江河局站2020年逐日水位过程线和宜春站逐日降雨过程线
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Figure 5. Groundwater and precipitation process curves of Fenghuang Station from June to August in 2020
图5. 凤凰站2020年6~8月地下水与相邻站降水过程线
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Figure 6. Groundwater and precipitation process curves of Huangsha Station from June to August in 2020
图6. 黄沙站2020年6~8月地下水与相邻站降水过程线
和逐日降雨量过程线对比分析。经分析,发现除新余城南站受河流水利工程调节影响以外,其他23个监测站地下水位均随降水变化而变化,降水对地下水的补给具有滞后性,时间在1 d左右,见图4。
4.2. 6~8月不同监测对象水位过程线与降雨过程线对比分析
赣西地区降水年内变幅大,一年的降水主要集中在夏季,为进一步分析不同类别地下水与邻站降雨变化的关系,选取降水集中的6~8月降雨,和孔隙水、裂隙水和岩溶水不同类别的地下水站水位进行数据对比分析。经过分析,发现降水对孔隙水地下水的补给略微滞后,时间在1 d左右,少数站基本同步,见图5;降水对裂隙水和岩溶水地下水的补给滞后时间更长,需2~3 d,其中黄沙站滞后有长达7 d,见图6。
5. 结语
通过对赣西地区国家地下水监测站周边环境调查分析得出:
1) 1 km范围内河流水位变化对地下水位有一定影响,距离越近的影响越大;
2) 地下水位随降水变化而变化,降水对地下水的补给具有滞后性;降水对不同类型的地下水补给时间略有不同,浅层孔隙水补给时间约1 d,深层裂隙水和岩溶水补给滞后时间约2~7 d;
3) 1 km范围以外河流水利工程调蓄对地下水位仍会造成较大影响。