（水文学及水资源专业论文）石家庄地区地下水动态观测与预报研究.pdf

石家庄地区地下水动态观测与预报研究 摘要 河北省石家庄地区是华北平原较典型的地下水资源超采地区。二十世纪六十年代以 来作为河北平原的工农业发展中心，该地区工农业规模迅速发展，其地表水资源量有限， 加之降水较少而蒸发强烈，水资源量不足以满足该地区的发展需求。于是人们通过开采 地下水来弥补其不足，导致地下水的开采量大大超过了补给量。在补排失去平衡的情况 下，该地区地下水水位急速下降，在区域内形成了地下水水位降落漏斗，而且在近几十 年中地下水水位降落漏斗的规模逐渐变大，并伴有水污染、地裂缝、塌陷等环境地质问 题的出现。 本文先搜集了解该地区的水文、水文地质、地质地貌等条件的资料，然后根据这些 自然及社会环境情况重点分析石家庄地区的地下水补、径、排条件的变化，从而掌握该 地区地下水动态变化的特征。通过对该地区各项地下水动态影响因素的分析，了解地下 水动态的变化情况，应用时间序列法做出一个地下水水位动态的预测模型，从而为合理 规划开采布局、可持续的开采地下水资源的目的，防止环境地质灾害的出现及加剧提供 依据。 文中利用地理信息系统( m a p g i s ) 做图展示了该地区的地下水从1 9 5 9 年到2 0 0 6 年的变化情况，清晰的展现了石家庄地区地下水开采前后地下水流场的变化情况。然后 应用v i s u a lb a s i c ( v b ) 编程语言和数据统计分析软件s p s s 软件对石家庄地区地下水 动态作了时间序列分析。通过拟合计算可以对石家庄地区的地下水动态的监测频率进行 优化，满足对地下水水位动态观测数据的需要；并得出地下水水位动态的时间序列模型， 以达到预测的目的。 关键词：地下水水位动态，观测频率优化，预报，时间序列法。 a b s t r a c t s h i j i a z h u a n ga r e a ，h e b e ip r o v i n c e ， i st h em o s tt y p i c a la r e ao fe x c e e de x p l o i t a t i o ni n n o r t hc h i n ap l a i n s i n c et h e19 6 0 s ，a st h ei n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n tc e n t r ei n h e b e ip l a i n ，t h es c a l eo fi n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a lo fs h i j i i a z h u a n ga r e a si n c r e s e dr a p i d l y , a s t h i sa r e as h o r to fs u r f a c ew a t e rr e s o u r c e sa n dt h ec h a n g i n go fp r e c i p i t a t i o na n de v a p o r a t i o n c o n d i t i o n ，i t sw a t e rr e s o u r c e sa r ei n s u f f i c i e n tt om e e tt h en e e d so fd e v e l o p m e n t s ot h e yh a v e t om a k eu pf o rt h es h o r t c o m i n g st h r o u g he x p l o i t a t i o no fg r o u n d w a t e r , t h ee x t r a c t i o no f g r o u n d w a t e rg r e a t l ye x c e e d s dt h er e c h a r g e u n d e rt h i sc i r c u m s t a n c e s ，t h eg r o u n dw a t e rl e v e l r a p i dd e c l i n ei nt h i sr e g i o n , t h e nf o r m e dad e s c e n df u n n e l ，a n di nt h el a s tf e wd e c a d e st h e s c a l eo ft h ed e s c e n df u n n e li sg r a d u a l l yi n c r e a s i n g ，a n dc o m p a n i e dw i t hs u c hp r o b l e m sa s w a t e rp o l l u t i o n ，c r a c k s ，c o l l a p s eo ft h ee n v i r o n m e n t a lg e o l o g i c a lp r o b l e m se t t h i sa r t i c l ef i r s tc o l l e c t e dt h ei n f o r m a t i o no ft h eh y d r o l o g y , h y d r o g e o l o g y , g e o l o g i c a l f e a t u r e s ，a n do t h e rc o n d i t i o n si nt h er e g i o n ，t h e na n a l y s i s e dt h ec h a n g eo fs u p p l i e s ，f l o w , a n d c h a r g ec o n d i t i o n so ft h eg r o u n d w a t e ri nt h i s a r e aa c c o r d i n gt ot h e s en a t u r a la n ds o c i a l e n v i r o n m e n t ，t oo b t a i nt h et h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eg r o u n d w a t e rd y n a m i cc h a n g e s ，w ec a n g e taw e l lu n d e r s t a n d i n go ft h eg r o u n d w a t e rd y n a m i cc h a n g e st h r o u g ha n a l y s i s e dt h ev a r i o u s f a c t o r sa f f e c t i n gg r o u n d w a t e rd y n a m i c ，t h e nw ec a nm a k ead y n a m i cf o r e c a s t i n gm o d e l 谢t h t h ea p p l i c a t i o no ft h et i m es e r i e s ，t h i sc a nh e l pu st oa c h i e v ear e a s o n a b l ee x p l o i t a t i o na n d s u s t a i n a b l ee x p l o i t a t i o no fu n d e r g r o u n dw a t e rr e s o u r c e s ，p r e v e n tt h ee m e r g e n c eo f e n v i r o n m e n tg e o l o g i c a ld i s a s t e r se x a c e r b a t e d i nt h i sa r t c l ew eu s e dt h eg e o l o n o g yi n f o r m a t i o ns y s t e ms o f t w a r e ( g i s ) t od i s p l a yt h e c h a n g e so fe x p l o i t i n gg r o u n d w a t e ri nt h i sr e g i o nf r o m1 9 5 9t o2 0 0 6 ，t h e s ec a nc l e a r l ys h o w t h ec h a n g e so fg r o u n d w a t e rf l o wf i e l di ns h i j i a z h u a n ga r e a t h e nw ed i dt h et i m es e r i e s a n a l y s i so fg r o u n d w a t e rd y n a m i co fs h i j f i a z h u a n ga r e aw i t hv i s u a lb a s i c ( v b ) p r o g r a m m i n g l a n g u a g ea n ds p s ss o f t w a r e t h r o u g ht h ec a l c u l a t i o na n da n a l y s i s ，w ec a no p t i m i z et h e f r e q u e n c yo fm o n i t o r i n gg r o u n d w a t e rd y n a m i c ，t om e e tt h ed y n a m i co b s e r v a t i o nn e e d so f t h e g r o u n d w a t e rl e v e ld a t a , a n dw ec a ng e tg r o u n d w a t e rd y n a m i ct i m es e r i e sm o d e lt oa c h i e v et h e p u r p o s eo ff o r e c a s t i n g k e y w o r d s ：g r o u n d w a t e rd y n a m i c s ，f r e q u e n c yo fm o n i t o r i n go p t i m i z a t i o n ，p r e d i c t i o n , t i m e s e n e s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：j 孔商 刈年厂月8 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 丸确 诽r 月3日 导师签名： 嚆峨呕 冽年厂月占日 长安大学硕士学位论文 1 1 研究意义 第一章综述 本文得到了中国地质调查局下达的“华北地下水动态调查评价项目 ( 1 2 1 2 0 1 0 6 3 4 1 0 4 ) 的资助。在整理石家庄地区近四十年来的地下水动态资料的基础上， 根据水文地质原理及应用时间序列方法来达到地下水水位动态观测与预报的目的。 地下水动态观测是水文地质工作的重要组成部分。含水层( 含水系统) 经常与环境 发生物质、能量与信息的交换，时刻处于变化之中。地下水动态则正是在含水层与环境 相互作用下，各要素( 如水位、水量、水化学成份、水温等) 随时间的变化【l 】。地下水 动态反映了地下水要素随时间变化的状况，为了合理利用地下水或有效防范其危害，必 须掌握地下水动态。通过对石家庄地区地下水动态的长期观测及分析研究，掌握综合影 响要素和地下水成因及变化规律，为核实地下水资源和进行地下水资源评价，促使地下 水利用的良好循环，科学管理和合理开发利用水资源提供依据【2 1 。这也是符合我国社会 当前的政策方针的，基于以人为本的原则，落实开发可持续利用的资源，合理开采地下 水资源，防止因过量开采引起的地质灾害问题【3 “】。合理利用水资源，安全排放生产生 活污水，防止地表及地下水的污染。这都是建设和谐社会的要素。所以，地下水问题不 仅是水文地质问题，也是一个很重要的社会问题。 石家庄地区地处河北省中南部，跨华北平原和太行山地两大地貌单元，具有良好的 农业生产条件，是全国粮、菜、肉、蛋、果主产区之一，农业集约化和产业化水平较高， 农业生产规模在全国3 6 个重点城市中排名靠前，被国家确定为优质小麦生产基地，素 有“北方粮仓 之称，是我国重要的粮食、化工和油料产地。目前有9 0 0 多万人口，6 8 1 1 4 1 0 4 h m 2 的耕地。石家庄市也是华北重要商埠和商贸中心，还是全国优秀的旅游城市之 一。全市拥有年成交额超l o 亿元的大型市场1 0 个，南三条、新华集贸中心连续多年跻 身于全国十大集贸市场，商品辐射全国2 0 多个省、市、自治区，是华北、东北、西北 地区重要的商品集散地【5 】。 目前，我国正处于新一轮经济发展的上升期，工业化、城市化进程加快，产业结构、 第一章绪论 消费结构全面升级，京津冀都市圈已成为继珠江三角洲、长江三角洲之后加速崛起的重 要区域；石家庄市作为这一区域的重要城市，经过“十五”期间的快速发展，已积累了 较为雄厚的物质基础；产业结构不断优化，基础设施日趋完善，据统计2 0 0 6 年末石家 庄地区的城市道路总长度8 7 7 k m ，比上年增加9 6 k m ；道路面积1 2 7 2 x1 0 4 m z ，比上年增 加1 7 8 x 1 0 4 m z ；排水管道长度达1 1 6 7 k m ，增加了1 8 6 k m 。目前，石家庄市有水厂8 座， 日产水能力6 5 x 1 0 4 m 3 ，管线总长度1 1 9 6 k m ，全年供水量为1 4 7 x 1 0 8 m a 。特别是京石、 石太高速铁路、张石高速公路、石环公路、石家庄内陆港的建设和石家庄机场的扩建， 将使该区位优势更加突出，发展空间更加广阔。面对这些挑战，石家庄的建设还要继续 紧锣密鼓地进行。针对目前石家庄的地下水超采问题、超采引起的一系列环境地质问题、 地表水及地下水污染问题，树立绿色g d p 发展理念对于该地区是万分重要的。 由于石家庄平原地区的自然条件，开采地下水是该地区主要的供水方式，多年的超 量开采使该地区成为我国地下水资源超采最严重的地区之一。自2 0 世纪7 0 年代以来， 伴随工农业生产的需求地下水开采过量。形成了地下水位降落漏斗，并伴随有多种环境 地质问题，如：地裂缝、塌陷、地面沉降等的出现。另外，由于地下水系统遭受到的严 重破坏，地下水污染状况也呈现加重趋势。社会的发展使人类对工农业发展的要求越来 越高，加上我国庞大的人口基数，目前人口还处在逐年上升中，供水问题更是日益突出， 如何解决可持续的合理供应该地区的生产生活用水问题迫在眉睫。地下水动态的观测给 我们提供了关于含水层或含水系统的不同时刻的系列化信息，而预报则是我们根据观测 的结果运用数学方法建模后对地下水动态未来变化趋势的一个模拟，可以用来指导我们 合理开采地下水，并在一定程度上有效防范地面沉降、地裂缝、地下水污染等状况的出 现及控制其恶化【6 】。所以无论从社会经济方面还是生态环境方面，石家庄地区都应该本 着如下原则合理利用水资源：实施跨流域调水工程，保护和涵养地下水；实行地下水应 急供应机制，确保华北平原水资源供水安全，充分利用本地雨洪资源和劣质水，提高水 资源供水能力；调整产业结构，发展节水经济；加强水资源管理，严格控制工业生产用 水。在研究过程中我们发现只有对地下水水位动态做深入的调查和研究才能从根本上认 清该地区的用水问题，进而提出有效的解决方法。进行地下水水位动态观测与预报是十 分必要的，不仅有利于控制地质环境的恶化，更有利于石家庄平原地区地下水合理开采 2 长安大学硕士学位论文 和布局规划。 1 2 国内外研究现状与进展 地下水动态的研究是水文地质和农田水利领域的重要研究内容，早就引起学者们的 重视，例如早在1 9 4 0 年f h 卡明斯基曾建立了地下水运动的差分方程，并用来研究地 下潜水的动态预报【7 1 。在这方面出名的学者还有巴鲁巴琳诺娃一柯琴娜( 1 9 5 2 ) i s 】、阿维 里杨诺夫( 1 9 5 0 、1 9 5 6 ) 【9 1 等。 在中国，关于地下水动态的研究主要是在新中国成立以后，最初是结合防治土壤盐 渍化，针对灌区地下水开展的，在这方面张蔚榛院士【l o j 、李佩成院士【l l 】、田园教授【1 2 】 等都做过大量工作，并取得了一系列成果。特别是河北黑龙港地区首先出现的地下水位 大范围大幅度下降，在我国更加激发了地下水动态研究。近年来由于生态环境问题、水 质污染问题及水资源可持续开发利用问题的突显，地下水动态观测和研究显得更加突 出。 总的说来地下水动态预测的方法大体是三类：模拟模型方法、地下水动力学方法和 数理统计方法。比如：b p 神经网络【13 1 、m o d f l o w 1 4 1 、r s 方法【1 5 1 、g i s t l 6 1 、g m l1 模型【1 7 】、m g m ln 模型随机模型【1 8 】、灰色模型【19 1 、时间序列法【2 0 1 等。b p 人工神经网络 是一种抽象的数学模型，由许多并行运算的、功能简单的单元组成，具有不错的运算和 自适应能力：m o d f l o w ( m o d u l a rt h r e e d i m e n s i o n a lf i n i t ed i f f e r e n c eg r o u n d w a t e rf l o w m o d e l ) 是由美国地质调查局哪s g e o l o g i c a ls u r v e r ) 的m c d o n a l d 和h a r b a u g h 于8 0 年代 开发出来的一套专门用于孔隙介质中三维有限差分地下水流的数值模拟软件；随机模型 是将地面至地下水面间的包气带看作一种系统，分布函数为系统的响应函数( 或核函 数) ，能较正确地处理大气降水、潜水蒸发过程与潜水位过程之间的关系；用于数据处 理的灰色模型与方法是把随机变量作灰色量处理，用数据处理的方法寻找数据间的规 律；时序分析法是将地下水系统视为“灰箱，根据地下水位动态观测资料，提取和分 析历史资料本身所蕴涵的信息，找出其规律，并利用这些规律，达到预报未来的目的， 无须再进行专门的试验来获取其它参数，这给大区域地下水动态预报分析带来了极大的 便利，并且，该方法易于掌握，计算工作量小，易于应用推广【2 1 1 。 3 第一章绪论 我国的水文地质工作开始的比较晚，水文地质观测站始建于1 9 5 8 年，缺乏长期的 动态观测资料。我国在地下水动态方面的研究比较薄弱，对水文动态研究工作的大量投 入开始于2 0 世纪7 0 年代中后期【2 2 】。1 9 7 6 年原河北水文地质局水文地质第四大队、河 北大学数学系对太行山地区的大清河流域的地下径流采用回归法进行分析、预报。随后 的几十年中，随着工业发展地下水开采量不断增加，出现了不同的预测方法。由于电子 计算机的出现及各种分析、模拟软件的发明，地下水动态预测有了大踏步的跃进。如在 时间序列法的应用方面，陈仁、洪再吉作的地下水动态及其预测，书中系统全面的介绍 了时间序列分析的国内外研究进程、时序法的基本概念、时序模型的特点、模型的检验 评价及其在实践中的应用【2 3 】；唐仲华、朱伟武所做的地下水时间序列分析模型应用特点， 通过分析地下水系统地随机特点，讨论了地下水水位动态和泉流量观测序列的平稳性与 非平稳性特点及影响因素，针对水文地质计算得根本要求和目的对时间序列模型的特点 进行了应用评价，指出了模型的应用前景和局限性，提出了时间序列模型和地下水动力 模型耦合的几种应用途径【2 4 】；杨志霞应用时间序列法研究地下水水位下降规律，预测未 来趋势变化，建立了沧州某水源地地下水水位埋深序列模型，并对模型进行了评定和检 验【2 5 1 ；杨忠平等应用时间序列法的基本原理和方法对吉林西部的地下水动态进行分析， 揭示了该地区地下水动态的变化规律，能提供该地区较为准确的地下水动态模拟和预报 数据，为吉林西部地下水合理开发和利用提供依据【2 6 】。 在时间序列分析预测模型研究方面所进行的工作可归纳为两类：一是应用时间序列 分析理论，研究地下水动态及其影响因素，建立其自回归滑动模型；二是利用地下水动 态的自身信息，分析其隐含的趋势性、周期性及随机性，建立叠加模型。 近半个世纪以来，华北平原从开展水文地质普查、水利工程建设、防洪、抗旱到水 资源评价和水资源利用，开展了国家和地方多方位的科技攻关，科学实验等研究工作， 如原地矿部1 9 9 6 年立项的重点基础项目“区域地下水演化过程及其与相邻层圈的相互 作用 ，以区域尺度水循环演变理论为指导，初步查明了华北平原区域地下水演化过程、 现状和近百年来人类活动对区域地下水形成、变化的影响2 7 1 。近年国土资源部的国土资 源大调查项目“华北地下水可持续开发利用前景 ，详细研究了地下水循环规律，特别 是对深层地下水的形成演化取得了一些认识。 4 长安大学硕士学位论文 目前对华北地区的地下水问题的研究很多，特别是京津以南的华北平原地区，研究 的方法也呈多样化，但是完全针对石家庄地区的地下水水位动态的公开研究还远远没有 达到需求，还未对工矿企业及居民的节水养护意识形成影响。河北平原地区是全国地下 水开发利用程度最高的地区之一，其中在这片地区又数石家庄地区的地下水开发利用程 度较高，开采强度较大。所以针对石家庄地区的地下水水位动态研究是很有意义的。 1 3 研究内容及技术路线 本论文研究的内容为： 1 ) 对石家庄地区作深入的多方面的调查研究。根据该地区多年的动态资料作区内 地下水补、径、排变化情况的分析，并通过对区域水文地质条件、气候及地下水开采利 用现状的了解分析地下水动态变化的特征及影响因素； 2 ) 整理分析该地区的地下水水化学资料，研究该区域的地下水水质的变化情况， 并分析水质变化与地下水水位变化所引起的环境生态地质问题； 3 ) 选取石家庄地区有代表性的观测点数据，本文选用石家庄1 2 0 号观测点，根据 石1 2 0 号观测孔的数据对地下水动态进行随机模拟，分析石家庄地区的地下水动态变化 趋势，研究该地区的地下水水位动态变化规律，并根据建立的模型进行预测预报； 4 ) 利用时间序列法建立石家庄地区的地下水水位动态时序模型，并以此对本研究 区的地下水水位变化进行预测。 本文所采用的技术路线是： 1 ) 搜集资料。包括地下水系统的岩层、岩性、地质构造、地形地貌、气候、水文、 植被、地下水的补径排、在人类活动影响下的地下水补给区和排泄区的分布、地下水水 位变化监测资料、地下水水位随时间关系监测资料、抽灌水量及其随时间的变化规律监 测资料。另外，还要收集该地区的地下水水化学资料。获得全面、准确地监测资料是地 下水动态研究的重要组成部分； 2 ) 动态特征分析。运用水文地质、工程地质及环境地质的基本原理，根据石家庄 水文地质背景条件，结合已取得的地下水水位动态资料，分析地下水水位动态的特征、 影响因素等，并找出其变化规律，确定符合石家庄地区的地下水动态预测模型： s 第一章绪论 3 ) 利用g i s 软件做出该地区的地下水流场变化情况图，分析验证构建模型的正确 性； 4 ) 优化地下水动态观测频率，根据时序分析计算出最佳观测间隔； 5 ) 建立预测模型。根据所研究区域的水文地质和工程地质勘察资料，以及对地下 水水位动态变化机理的深入分析，建立地下水动态的时间序列模型，然后根据实测资料 建立反映石家庄地区水位变化规律的时序模型； 6 ) 模型识别与验证。应用以往的水位变化监测资料，对所建立的模型进行识别和 验证： 7 ) 实现对石家庄未来地下水水位动态的预报，运用构建的水位变化预测的数学模 型，对石家庄未来的地下水水位进行定量预报，为合理开发地下水资源提供科学的依据； 8 ) 结论与建议。 6 长安大学硕士学位论文 2 1 自然及社会环境概况 第二章研究区概况 2 1 1 自然地理概况 2 1 1 1 石家庄地理位置与交通条件 石家庄市是河北省的省会，是年轻的省会城市( 8 0 年历史) 。地处河北省中南部， 环渤海湾经济区，西依太行山，东部为辽阔的河北平原，南北向最长1 4 8 k m ，东西向最 宽1 7 5 k m ，周边界长7 6 0 k m 。位于东经1 1 3 。1 87 1 1 5 。3 07 ，北纬3 7 。3 07 3 8 。4 0 。辖区总面积1 5 8 4 8k m 2 ，其中平原面积6 9 6 7 4 k m 2 ，井陉盆地1 7 0 9 2 8 k m 2 。在行政 区划上东与衡水接壤，南与邢台毗连，西与山西为邻，北与保定为界，距北京2 8 3 k m 。 石家庄市辖6 区1 7 县( 市) ，即新华区、桥西区、桥东区、长安区、裕华区、矿区、 辛集市、晋州市、藁城市、新乐市、鹿泉市、正定县、深泽县、无极县、赵县、栾城县、 高邑县、元氏县、赞皇县、井陉县、平山县、灵寿县、行唐县和1 个高新技术开发区。 区内有京广、石太、石德三条铁路交汇于此，朔黄铁路横穿石家庄市北部；公路运输四 通八达，京深、石太、石黄、石济高速公路和1 0 7 、3 0 7 、3 0 8 等到国家级公路在市域内 纵横交错；石家庄民航机场已开通2 0 多条国内航线；地方道路基本实现乡乡通公路， + + - j - + + - j - 通公路，形成了以国省干线公路为骨架，地方道路为支脉，纵横交错，四通八达的 公路交通网络。 7 第二章研究区概况 2 1 12 地貌 n t # 署 # 靖r e 羹 矗 “* 一雾 麓。 图2 1 石家庄地区的行政区划图 石家庄地区跨太行山地和华北平原两大地貌单元。西部地处太行山中段，面积约占 全市总面积的5 0 ，东部为滹沱河冲积平原。地势西高东低，西部太行山地海拔在1 0 0 0 m 左右，地貌由西向东依次排列为中山、低山、丘陵、搞地、平原。地处平山县的最高山 峰驼梁海拔2 2 8 1 m ，为河北省境内的第五高峰，是石家庄的制高点。东部平原海拔一般 在3 0 1 0 0 m ，其中辛集市北庞村海拔2 8 m ，为辖区内的最低点。 太行山北段中山区：主要分布于灵寿南营至平山秋 洞、蛟潭庄、杀虎以谣地区。 地势嵯峨，陡峭挺拔，谷深地险，侵蚀强烈。区内宜耕地甚少，河流发育、侵蚀切割剧 烈，常形成陡崖峡谷。区内植被覆盖率高，林业资源较丰富。 长安大学硕士学位论文 太行山北段低山丘陵区：位于滹沱河以北，太行山北段中山区东界以东，行唐北河 秦台一灵寿慈峪、马埠安平山两河、东回舍、里庄一线以西的广大地区。区内海拔 1 0 0 1 0 0 0 米不等。山岭形态浑圆。丘陵区黄土覆盖较厚，冲沟与梁状高地发育。河谷 宽阔，阶地发育。山间盆地和河谷地带，是区内主要农耕带。 太行山南段低山区：包括滹沱河以南的平山县部分和元氏县前仙、旷仙赞皇县许 亭、马峪、上麻一线以西的地区。区内山崖峭峻，略呈阶梯状，地面切割强烈，沟谷发 育，水土流失严重，河床窄狭比降大。农业生产受水土流失的一定制约。 太行山南段丘陵区：位于太行山南低山区以东，滹沱河以南海拔1 0 0 - 5 0 0 米的区域 范围内。区内以丘陵盆地为主，其中石灰岩丘陵坡陡，花岗岩丘陵呈浑圆状。赞皇盆地 为区内最大盆地，有厚层黄土填充。水土流失和干旱是该区发展农业的主要限制性因素 之一。 太行山山前平原区：该区以1 0 0 米等高线与太行山山地丘陵区为界。根据河系又可 分为两个地貌区： 1 ) 太行山北段山前平原区：由大清河水系的大沙河、磁河、郜河等所形成的众多 冲积扇联合组成的，大致包括灵寿一深泽一线以北的太行山山前平原部分。该区地面坡 度平缓，冲积黄土分布广泛，地下水较为丰富。冲积扇扇顶沟谷深切，扇腰的沙质粘土 和粘质沙土广泛分布。区内河流改道频繁，有砂岗及波状沙地分布。是本区花生的重要 产区之一。 2 ) 太行山南段山前平原区：由滹沱河水系和滏阳河水系的冶河、沙河等河流冲积扇 联合组成的，大致包括灵寿一深泽一线以北的太行山山前平原地区。滹沱河冲积扇东西 延伸7 0 8 0 公里，坡缓，平均坡降为1 8 5 0 ，其中石家庄至辛集的坡降为1 1 2 0 0 l 4 0 0 0 。 扇顶冲沟发育，近扇缘带保留有密集的滹沱河故道。故道分布区伴有沙地出现。滏阳河 冲积扇的北部分布于本区，规模较小，山麓平原也相对狭窄。 9 第二章研究区概况 图22 石冢庄地貌图 2 1 13 水文条件 本区属海河流域，区内河流均属于海河水系的五大河中的大清河水系河子牙河水 系。其中除磁河、大沙河属于海河流域中部的大清河水系外，其余均属于海河水系西南 支的子牙河水系。平原主要河流有：沙河、磁河、滹沱河、渡河和槐河等。其中滹沱河 最大，是主要的河流，发源于山西省繁峙县，由山西省的盂县活口川下沟进入石家庄市 平山县，入岗南、黄壁庄两大型水库后，经鹿泉、灵寿、正定、藁城、无极、深泽出境。 全长5 4 0 k m ，流域面积3 0 8 9 1 1 0 n ：。其余河流大部分发源于太行山麓。源流较短。自八 十年代以来，由于河流上游水利工程的拦蓄以及气候干旱，大部分河道处于干枯无水状 态，或h 在汛期有水。 区内主要的水利工程有：岗南水库、黄壁庄水库、张河湾水库、八一水库、横山岭 水库，其总库容分别为1 57 x 1 0 s m 3 、1 2l x l o 、n 3 。其它为中小型水库。黄壁庄水库主坝 为填土均质坝，最大高度3 07 m ，坝顶高程为1 2 87 m 坝长为1 8 4 3 m ，副坝长7 5 0 0 m ， 坝基座落在滹沱河故河道上，岩层透水性极强，是防洪、灌溉及城市供水等多种功能的 水源地。 长安大学硕士学位论文 此外区内水利工程还有：石津渠、源泉渠、八一渠、灵正渠、计三渠、东明渠等， 其中除东明渠常年流水外( 主要为石家庄排放的污水) ，其它渠道均在兴利季节( 主要 是春灌期) 和汛期有水。 本地区内按流域划分的水文地质现状如下： 1 ) 滹沱河 滹沱河发源于山西省繁峙县，向西南流经晋西北高原上的忻州盆地，在平山县猴刎 村附近流入石家庄地区境内。滹沱河在境内先后经由平山、灵寿、藁城、无极、深泽等 五县( 市) ，至深泽县大兴村附近出境，流程为1 7 2 k m ( 滹沱河全长5 4 0 k i n 。) 本区境内 接纳众多支流中，主要有营里河、卸甲河、柳林河、文都河、郭苏河、南甸河、松阳河、 蒿田河、险溢河、古月河、温塘河、马中河、冶河。在流经平山、获鹿河段内，建有总 库容为2 7 8 1 x 1 0 8 m 3 的岗南、黄壁庄大型水库。在南甸河上，建有一座下观中型水库。 在文都河上建有石板中型水库。 根据黄壁庄水文站1 9 3 3 1 9 5 7 年的记载，滹沱河平均流量为8 2 9 m 3 s ，其中7 、8 、 9 三个月的平均流量为5 8 4r n 3 s ，占全年平均流量的5 8 7 。据黄壁庄水库1 9 5 9 1 9 7 8 年的观测，其淤积量为1 3 9 x 1 0 8 m 3 ，平均年淤积量为9 0 3 5 x 1 0 4 t 。侵蚀模数为1 2 5 5 t a k m 2 。 2 ) 磁河( 木刀沟) 磁河属大清河水系，发源于灵寿县西北端的驼梁东麓，流至灵寿的中霍营后，开始 成为灵寿与行唐的界河，后入正定县西北隅。由正定、新乐交界处的闵镇开始，该河改 称木刀沟。木刀沟继续东流成为新乐、藁城的界河，后入无极，经由深泽段家庄东北出 境，入保定地区安国县。木刀沟全长9 2 k m ，在本区境内流程约8 0 k m 。据旧志：木刀沟 新乐县闵镇之闵泉”泉涌地骤出，势甚猛，高于水一尺许”。久经淤塞，现纳入木刀沟之 水系磁河水。磁河上游灵寿县境内建有横山岭大型水库。总库容为2 4 3 x l o s m 3 。汇入库 区磁河，枯水期流量为3m 3 s ，洪水期流量为1 8m 3 s ，据横山岭水库1 9 6 0 - - 1 9 7 5 年的观 测，多年平均淤积量为4 1 3 4 x 1 0 4 t ，侵蚀模数为9 3 9t a k m 。 3 ) 大沙河 大沙河属大清河水系，发源于山西省繁峙县境内白坡头，经山西省神堂堡流入保定 地区阜平县。出王快水库后，南流至行唐县西安太庄以东，开始成为曲阳、行唐两县的 l l 第二章研究区概况 界河，并于车固村西进入新乐县，由新乐小吴村出境入保定地区定县。大沙河全长约 2 1 0 k m ，在石家庄地区境内流程5 0 7 k m 。沿河多浅滩沙地，两岸多筑堤束水。据1 9 6 2 年- - 1 9 8 0 年的统计，大沙河年流量超过1 1 0 8 m 3 的年份就有1 5 年。在行唐县境内大沙 河的支流郜河、曲河上分别建有e 1 头大型水库( 总库容1 0 5 2 x 1 0 8 m 3 ) 和红领巾中型水 库( 总库容4 2 2 5 x l o a m 3 ) 。 4 ) 汶河 汶河是子牙河水系滏阳河系，发源于获鹿县五峰山一带，全长6 2 3 k m 。潴龙河、北 沙河( 元氏) 为其支流。流入栾城县境内后，经由龙门村南入赵县。再经陈家庄村东， 流入邢台地区宁晋县。汶河为季节性河流，支流较多而短小，枯水期绝大部分河段干涸， 汛期排水不畅，最大流量为1 3 9 0m 3 s 。在支流潴龙河上建有”八一”中型水库( 总库容为 7 3 9 0m 3 ) 。 5 ) 槐河 槐河属子牙河水系，发源于赞皇县西南隅的嶂石岩。槐河斜穿赞皇全境后，依次流 入元氏、高邑、赵县，后经赵县南冯村南出境，入邢台地区宁晋县。槐河全长7 9 k m ( 不 包括京广铁路以东的沙河) 。槐河最大行洪流量5 0 0 0m 3 s ，据马村水文站1 9 5 7 1 9 7 2 年 测定，槐河多年平均含沙量为5 6 1 x1 0 3 9 m 3 ，多年平均输沙量为5 5 5 x1 0 4 f f a 。槐河上游 山区修建有白草坪中型水库( 总库容为4 6 5 0 x 1 0 4 m 3 ) 。 6 ) 狞河 拧河亦称济河，属子牙河水系。发源于赞皇县赞皇山东南麓的大石门村附近。大致 呈西南一东北向流经赞皇县的西南部，入高邑县后，经南陈庄入邢台地区柏乡县。汶河 全长6 1 k m ( 不包括柏乡以下的河段) ，其中在石家庄地区赞皇境内流程3 5 k m ，在高邑 县境内流程1 6 5 k m ，为季节性河流。河床宽3 0 , 一1 5 0 m 不等，河床平均比降为1 6 5 。 汛期最大流量2 2 0 0m 3 s 。上游建有南平旺中型水库( 总库容4 3 6 0 1 0 4 m 3 ) 。 7 ) 冶河 冶河发源于山西省昔阳县和寿阳县，全长1 8 7 k m ，经井陉、平山入滹沱河( 现黄壁 庄水库) 。井陉县境内1 7 5 k m ，平山县境内7 5 k m 。为常年性河流。平时水流量1 1m 3 s ， 汛期最大流量1 0 4 5 0m 3 s 。沿岸灌溉便利，平山县境内有兴民渠、大同渠、南跃渠引水 1 2 长安大学硕士学位论文 冶河，灌农田8 5 5 0 0 h m 。 建国以来，石家庄地区修建的拦蓄排灌工程从根本上改变了各河为患的局面。1 9 6 3 年洪水，各大、中型水库，拦蓄洪量1 7 0 3 7 x 1 0 8 m 3 ，占库址以上洪水总量3 0 4 5 x 1 0 8 m 3 的5 7 。 表2 1 石家庄地区各主要河流历年流量情况表单位：1 0 8 m 3 彩 沙河磁河 滹沱河 冶河槐河冶河 ， 年 城关站衡山岭站黄壁庄站北中站马地站韩时站 1 9 6 26 3 5 4 51 2 0 9 06 6 7 4 07 8 7 8 00 1 6 6 60 1 9 6 31 7 0 7 3 01 5 2 2 02 6 2 5 8 02 9 3 0 0 08 5 0 9 0o 1 9 6 42 0 0 9 7 03 1 7 4 03 7 4 3 8 04 0 1 9 0 02 0 1 5 00 1 9 6 52 1 1 3 01 1 3 1 07 7 9 1 01 0 6 6 0 0o 1 8 3 30 1 9 6 61 4 9 0 30 5 8 5 05 7 8 3 08 0 4 0 01 5 2 1 00 1 9 6 7 8 2 2 8 01 7 2 9 01 9 5 3 9 02 1 3 7 0 00 4 1 6 7 0 1 9 6 81 8 4 1 41 0 7 1 0 7 8 5 0 0 7 1 5 l o0 1 1 7 9o 1 9 6 92 9 6 4 5 0 7 5 6 6 3 3 3 0 6 6 0 0 。1 7 8 40 1 9 7 00 8 7 9 21 1 9 1 0 4 3 5 9 0 4 0 6 2 0o 1 3 3 0o 1 9 7 1 0 1 1 5 91 1 4 0 03 3 0 2 02 6 4 2 00 0 7 6 70 1 9 7 20 2 4 5 00 3 4 9 31 0 4 6 00 6 4 2 30 0 0 2 80 1 9 7 35 5 0 4 00 7 3 0 45 84 4 4 7 00 4 9 6 9o 1 1 3 1 1 9 7 42 5 3 9 01 0 3 5 00 7 4 50 0 5 3 30 0 1 2 20 1 0 5 5 1 9 7 50 0 5 9 10 3 4 8 7o 1 3 2 3o0 0 0 0 90 1 3 8 1 1 9 7 64 3 5 0 00 5 0 2 61 5 3 0 60 4 6 9 10 1 7 2o 3 3 1 3 1 9 7 76 。7 3 0 01 2 0 0 01 2 9 9 0 31 0 9 0 0 00 5 6 40 5 4 3 0 1 9 7 84 8 7 0 00 1 6 3 02 3 3 3 81 5 2 0 00 2 5 20 0 0 5 0 1 9 7 96 8 3 0 0 0 0 4 9 9 4 5 0 7 5 3 6 9 0 0 0 2 2 90 0 0 1 9 1 9 8 03 8 0 0 00 0 8 9 6o 0 1 5 00o 1 8 50 2 1 1 4 地质概况 1 ) 地质构造 石家庄平原区位于中朝准地台的中间，华北板块上的冀中板块与晋冀板块的交界部 位，以石家庄山前深断裂带为界，以西属山西中台隆的东部边缘，井陉盆地在沁源台陷 的东北端，是山西地台背斜遭受破坏的向斜断陷盆地；以东属华北拗断带的一部分，地 处冀中拗陷的西南部：东邻沧县隆起。形成于燕山运动的北东向太行山山前断裂带，纵 1 1 第二章研究区概况 贯石家庄地区。该构造带是一条重力异常带，沿此带发生过1 9 6 6 年邢台6 8 级和7 2 级 等地震。因此它是一条地震活动带。石家庄地区新构造运动活跃，其主要特征是在山前 平原大面积沉降的基础上，沿太行山山前断裂带附近，产生新的断陷活动。这些新生代 断陷至今活动仍很强烈。断陷内部及附近曾发生过强震或中强地震。对本区地震活动起 控制作用，主要活动断裂有：石家庄临城断裂带、衡水一石家庄断裂带、辛集断裂带、 高邑一赵县一晋县一深泽断裂带、保定一石家庄断裂带等。 石家庄平原区在中生代以来，地壳以大幅度振荡式沉降为主，形成了本区断陷盆地 的构造轮廓。区内构造以断裂为主，由于受断裂构造的制约，形成本区起伏不平的基底， 高差达l0 0 0 - 2 0 0 0 m 。 自新生代以来，本区以相对下降为主。因此，不但堆积了第三系巨厚的湖相、河相 堆积物，并由发育的第四系堆积物。西部受基底和地貌控制，堆积物较薄，一般在 1 8 0 - 3 0 0 m ，靠近山前地段厚度仅几十米。东部受构造沉降作用的影响，堆积物较厚， 一般大于4 2 0 m 。凹陷区的沉积厚度可达8 0 0 m 以上。 平原区出露地地层主要为第四系。堆积物厚度自西向东由薄变厚，沉积物颗粒上部 和下部较细，中部较粗。第三系地层分布在平原区地表下约3 0 0 , - - 4 3 0 m ，厚度由西向东 逐渐增大，岩性以砂岩、砂砾岩为主，夹有多层厚度较薄的红棕色、紫色粘土。第四系 底层由老到新可划分为下更新统，底板埋深7 0 n 8 0 0 m ，中更新统，底板埋深4 0 - 4 4 0 m ， 上更新统，底板埋深6 0 - 2 0 0 m 。和全新统，底板埋深5 - 3 0 m ，岩性为砂砾石，中粗砂、 中砂、细砂、粘土、亚砂土和淤泥层。 2 ) 地层 第四系( q ) ：第四系堆积物的成因类型、厚度与展布方向，都受基底构造、古地理、 古气候的控制和影响。本区沉积物的成因主要是河流的洪积、冲积作用而成。各冲洪积 扇间及本区东部局部地带，有零星湖积及浅水洼地沉积。 堆积物厚度自西向东呈由薄变厚，沉积物颗粒上部和下部较细，中部较粗。 第四系地层由老到新可划分为： ( 1 ) 下更新统( q i ) ：底板埋深，京广铁路以西1 8 0 3 0 0 m ，厚度7 2 1 2 0 m ：东部束 鹿、深泽一带底板埋深一般大于4 2 0 m ，最大达8 0 0 m ，厚度一般1 5 0 1 7 0 m ，岩性为棕 1 4 长安大学硕士学位论文 红、棕褐色为主，下部显紫，夹灰绿色的中粗砂、中西砂与粘土、亚粘土，砂层风化严 重，呈半固结状。 ( 2 ) 中更新统( 0 2 ) ：属洪积、冲积及湖积相。底板埋深：西部4 0 2 0 0 m ，厚约1 6 0 m ： 向东至东界达2 8 0 4 4 0 m ，厚2 0 0 m 左右。岩性主要是棕红、黄