河南平原第四系含水岩组水文地质特征

12.2.3.1 第四系地下水圈流场特征

河南平原第四系浅层地下水，主要接受大气降水入渗补给、山前裂隙水和岩溶水的侧向径流补给以及地表水体的渗漏补给。挽近时期，在黄河下游悬河段，黄河水的侧渗补给成为地下水的重要补给来源之一。地下水的径流受地形地貌、补给源、人类开采等多重因素的共同影响，不同区段径流方向及地下水（圈）流场不同（图12.7）。

其中，平原北部地区，地下水径流以黄河河道为分水岭向两侧径流。黄河以北主要由西南向东北径流，黄河以南主要由西北向东南径流；平原中部地区，地下水总的径流方向为由西向东径流；平原南部地区，淮河成为区域地下水的排泄中心，淮河以北地下水主要由西北向东南径流，淮河以南地下水主要由西南向东北径流，局部地区甚至由南向北径流。各区水力坡度总的变化趋势是由山前向平原逐渐减小。地下水的排泄方式以潜水蒸发为主，其次为人工开采、径流排泄和越流补给深层地下水。在平原南部淮河流域，浅层地下水向河流的排泄也是其主要排泄方式之一。

综观全区第四系浅层地下水流场形态，具有如下三方面的特征：

1）区域地下水流场，存在黄河河道和确山-息县-王家岗（淮滨县城东北方向10km）两条平缓的地下水分水岭；

2）区域地下水流场内存在以卫河、涡河-颍河、淮河河谷为中心的三条汇水凹谷；

3）从地下水水力坡度或径流条件来看，淮河南岸及山前地区径流条件较好，水力坡度约0.6‰～1.5‰；而黄、淮河之间的地区径流条件差，水力坡度为1.2～1.5/10000；卫河流域径流条件亦较差，水力坡度1.4/10000。总的来说，全区除山前地区外，水平方向地下径流较弱。

深层地下水的区域流场形态和浅层地下水相似。天然状态下，深层地下水的水位普遍高于浅层地下水0.5～5m。但在人类强烈开采的地区，区域地下水位已普遍低于浅层地下水水位，这些地区除主要接受侧向径流补给外，还接受浅层地下水的越流补给。在切割深度较大的岗丘地区尚还接受少量的大气降水和地表水的入渗补给。深层地下水的径流方向与浅层地下水基本一致（图12.8）。

图12.7 河南平原第四系浅层地下水（圈）流场分布图

12.2.3.2 第四系地下水圈动态变化特征

（1）第四系浅层地下水

根据1972年以来区域地下水动态监测资料分析，地下水动态演变可以分为3种基本类型：持续下降型、阶段性下降型和相对稳定型（图12.9）。

河南平原北部南乐、清丰、内黄、滑县及温县、孟州和郑州等地，浅层地下水位呈持续下降趋势（图12.9a）。虽然每年都有丰、枯水期的高低水位，但后一次丰水期的水位高点一般都低于前次的水位高点，遇特丰水年，汛期地下水恢复水位高于前期水位高点，但仍改变不了多年持续下降的特征。

河南平原东部和中部地区，地下水动态受气象和开采的双重影响而呈阶段性下降趋势（图12.9b）。20世纪80年代中期以前，地下水位变化受气象影响明显，丰水期水位升高，枯水期水位降低，地下水位上下变动，无上升或下降趋势；20世纪80年代中期以后，地下水开采量增加，地下水的补给量不及开采量，呈现下降状态。

图12.8 河南平原第四系深层地下水（圈）流场分布图

驻马店地区东部、沿黄地带、周口地区南部及鄢陵、西华等地，地下水位变化幅度小，受气象影响明显，为相对稳定型动态（图12.9c）。地下水水位受蒸发和降水影响明显，开采量影响很小。

河南平原第四系浅层地下水年内动态，主要有以下几种类型：

1）气象型。分布在主要河道的影响带以及城市与灌区以外的广大平原地区。地下水动态变化主要依附于气象（降水、蒸发）的变化，地下水水位多年变化平稳，年内高水位持续时间为两个半月左右，最高水位在每年的雨季（7～10月）；最低水位在每年的枯水季节末期（5～6月），年变幅一般＜2m（图12.10a）。

图12.9 河南平原第四系浅层地下水多年动态曲线类型图

2）水文-气象型。主要分布在黄河及其支流伊洛河两侧。地下水动态变化主要依附于河水位的变化，地下水位随河水位的变化而变化。年内高水位持续时间为5～6个月，最高水位在每年洪水期的8～10月份；低水位持续时间为2～3个月，最低水位在每年河流枯水期的5～6月份，年变幅1～3m（图12.10b）。

3）开采型。主要分布在人工开采地下水强度大于地下水补给量的地段。地下水动态变化主要受控于人工开采强度的变化，地下水位多年持续下降。枯水期地下水位下降速度加快，丰水期地下水位平缓上升（图12.10c）。

4）气象-开采型。主要分布在平原地区的中部和东南部地区。地下水动态变化主要受控于降水和开采强度的变化，地下水位多年呈阶段性下降。年内一般汛期后水位达到高峰值，而后水位逐渐回落，至次年汛期前降至最低点（图12.10d）。

图12.10 河南平原第四系浅层地下水年内动态类型图

（2）第四系深层地下水

第四系深层地下水在20世纪50～60年代前开采量很小，仅在部分城市有开采，水位埋藏浅，部分区域甚至自流；到70～80年代，深层地下水的开采在部分城市逐步增加，水位逐步下降；进入90年代，深层地下水的开采进入高峰期，部分城市因水资源不足，水位下降幅度较大。河南平原第四系深层地下水动态变化主要有以下几种类型：

1）气象-径流型。主要分布在山前和平原地区地下水基本未开采的地区。地下水动态变化主要受降水与径流的影响，年内地下水水位在汛期升高，但常常要滞后一段时间（图12.11a）。

2）径流型。主要分布在中、东部广大平原区。地下水动态变化主要受城区开采的影响，地下水动态基本处于缓慢下降趋势（图12.11b）。

3）径流-开采型。主要分布在地下水集中开采的城市地区。地下水动态变化主要受径流和开采的影响，在开采量小的秋、冬季节，水位受侧向径流补给量的影响而回升；在开采量大的春、夏季，地下水位下降（图12.11c）。

4）回灌-开采型。主要分布在原郑州棉纺厂等供水井集中分布的地区。地下水动态变化主要受开采和人工回灌的影响，在冬季受人工回灌的影响，地下水位逐渐回升；回灌结束后，受开采影响，水位又开始下降（图12.11d）。

图12.11 河南平原第四系深层地下水动态类型图

a—气象-径流型（周口市五中）；b—径流型（商丘市王庄村）；c—径流-开采型（郑州原第二砂轮厂；）d—回灌-开采型（郑州原国棉三厂）

12.2.3.3 河南平原第四系地下水年龄及其浅层地下水循环特征

（1）第四系浅层地下水年龄及其分布状况

根据³H、¹⁴C计算结果，河南平原第四系浅层地下水年龄及其分布状况见图12.12。由图看出，平原北部地区浅层地下水的年龄范围比较大，从小于20a到40～50a的地下水均有分布。其中，年龄小于20a的地下水主要分布于黄河岸边和太行山山前，随着距离黄河越来越远，黄河两岸浅层地下水年龄逐渐增大，黄河岸边浅层地下水年龄为11～25a，到区域汇水凹谷带，浅层地下水年龄增大到44～47a。河南平原北部浅层地下水平均年龄约35.29a。

图12.12 河南平原浅层地下水³H年龄（a）分布图

平原中部地区浅层地下水年龄，一般在20a以上。且本区南部浅层地下水平均年龄45.67a，大于本区北部浅层地下水平均年龄38.36a，该区地下水平均年龄约39.93a。

平原南部地区浅层地下水年龄一般大于30a，多数介于30～45a之间，平均地下水年龄约37.71a。总的变化趋势是随着距离淮河越来越近，浅层地下水年龄越来越大。

（2）河南平原第四系地下水循环速率

1）第四系浅层地下水循环速率。地下水循环速率系地下水水流路径的长度与地下水水流路径两端点的地下水年龄之差的比值，亦可用取样点地下水年龄与取样点距补给区的距离之比来表示。据此，得到河南平原浅层地下水循环的速率（表12.1）。

2）第四系深层地下水循环速率。从深层地下水年龄分布（表12.2）可以看出，平原北部地区深层地下水的年龄范围比较大，从小于2000a到大于10000a的均有分布，一般平均值约为9726.52a。

平原中部地区深层地下水年龄一般大于5000a，平均约为8096.53a。平原南部地区，在距离淮河稍远的地带和深层地下水开采量很小的地区，深层地下水年龄在2000～6000a之间，一般平均值约为4362.37a。而在深层地下水开采导致浅层地下水越流补给的地区，深层地下水年龄小于¹⁴C测龄的范围。河南平原深层地下水循环速率见表12.3。

表12.1 河南平原浅层地下水循环速率计算结果表

表12.2 河南平原深层地下水采样点¹⁴C年龄取值表

表12.3 河南平原深层地下水循环速率计算结果表

（3）河南平原第四系浅层地下水循环模式

1）平原北部地区。该区为降水、地表水补给为主、径流条件良好、地下水开采强烈的水循环模式（图12.13）。地下水主要接受大气降水入渗和黄河水的侧向渗漏补给。在山前地段，受地势控制，地下水由山前向平原侧向径流；而在黄河侧渗影响带，黄河水向两岸侧渗补给，人工开采是本地区地下水的主要排泄方式，在背河洼地，蒸发也是地下水的主要排泄方式之一。由于地下水的开采，区域内浅层和深层地下水水力联系密切。在背河洼地和城市开采强度较大的降落漏斗区，地下水水力坡度增大，地下水向背河洼地和城市降落漏斗区汇集，出现多个局部地下水径流场。

图12.13 河南平原北部地区第四系浅层地下水循环模式图

1—奥陶系灰岩；2—古近-新近系泥灰岩；3—黏性土；4—砂层；5—时代与岩性界线；6—地下水位线；7—泉；8—降水入渗；9—潜水蒸发；10—地表水入渗；11—地下水流向；12—断层；13—不整合线；14—A局部，B中间，C区域地下水循环系统分界线；15—深层地下水汇流后流向下游

2）平原中部地区。该区地下水为降水补给、径流条件一般、开采较强的水循环模式（图12.14）。地下水主要接受大气降水入渗补给，西部山前地区尚接受岩溶水的侧向径流补给。受地形控制，地下水由山前流向平原，水力坡度逐渐减小，径流条件比较差。在城市地下水集中开采区，强烈开采使局部地区地下水径流方向发生了改变，加强了浅层和深层地下水之间的水力联系。

3）河南平原南部地区。该区第四系浅层地下水为大气降水补给、径流条件良好、河流排泄为主的水循环模式（图12.15）。本区地下水主要接受大气降水入渗补给。在山前地段，受地形控制，地下水由山前流向平原，水力坡度逐渐减小，地下水埋深逐渐变浅，蒸发作用渐强，淮河成为区域地下水的排泄渠道。在地下水集中开采的城市地区，开采亦使局部地区地下水径流方向发生了改变，加强了浅层和深层地下水之间的水力联系。

图12.14 河南平原中部地区第四系浅层地下水循环模式图

图12.15 河南平原南部地区第四系浅层地下水循环模式图

综上看出，河南平原浅层地下水循环模式概括为三种主要的类型：

①降水和地表水补给为主、径流条件良好、地下水开采强烈的水循环模式类型。该种水循环模式主要存在于平原北部地区。地下水接受大气降水入渗补给和黄河水侧渗补给，径流条件好，人工开采是该区地下水的主要排泄方式。②降水补给、径流条件一般、开采较强的水循环模式类型。该种水循环模式主要存在于平原中部地区。地下水主要接受大气降水入渗补给，垂向水循环积极，而侧向径流条件较差，人工开采是该区地下水的主要排泄方式。③降水补给、径流条件良好、河流排泄为主的水循环模式类型。该种水循环模式主要存在于平原南部地区。地下水主要接受大气降水补给，径流条件良好，向淮河排泄是该区地下水的主要排泄方式。

12.2.3.4 河南平原第四系地下水可更新能力

这里仅考虑地下水年龄因子，简单直观地对河南平原第四系地下水的可更新能力进行概略的评价。

地下水年龄是从水循环径流角度来评价地下水的可更新能力。从地下水年龄来看，平原北部、中部、南部地区浅层地下水的平均年龄分别为35.29a，39.93a和37.71a，深层地下水平均年龄分别为9726.52a，8096.53a和4362.37a。由此看出，河南平原第四系浅层地下水可更新能力大于深层地下水。而浅层地下水中，平原北部浅层地下水可更新能力最强，其次是平原南部浅层地下水，平原中部浅层地下水较弱；深层地下水则表现出由北向南地下水可更新能力逐渐增强的趋势。