摘要：地下水问题是南水北调中线工程建设遇到的三大关键技术难题之一，研究揭示沿线地下水动态变化规律对保证工程安全具有重要意义。2010年-2012连续3年在丰、枯水期，利用22眼监测井对中线沙河至黄河段沿线分别开展了地下水位监测，并收集整理了沿线40 km范围内的11眼国家级地下水位长期监测资料。通过对这些监测数据分析，初步认为中线沙河至黄河段沿线地下水位变化趋势虽然总体上比较平稳，但由于沿线水文地质、工程地质条件复杂（膨胀土渠段、上层滞水分布广泛等），存在较多风险渠段，如遭遇强降雨等外界不利因素，地下水仍可能会对工程安全造成威胁。

关键词：南水北调；地下水；工程影响

中图分类号：P64；TV68 文献标识码：A 文章编号：

南水北调中线沙河至黄河段起点位于河南省鲁山县薛寨村北，终点在荥阳市西北王村，线路长234.9 km[1]。渠线沿伏牛山、嵩山东部的低山丘陵和黄淮平原的过渡地带北上，沿途地貌为丘陵、岗地和河谷平原相互穿插分布。该段工程沿线地下水埋深较浅，赋存类型包括：碳酸盐岩岩溶裂隙水，分布在宝丰西南；基岩裂隙水，分布在鲁山及陉山；其他地段为松散岩类孔隙水，富水性中等[2]。

由于沿线工程地质、水文地质条件复杂，特别是在膨胀土、不利地层组合、深挖方等工程地质条件下，高地下水位或者地下水位变动可能对工程建设和运行安全造成影响，因此研究地下水位变化规律及对工程安全的影响具有重要意义。

1 资料收集

1.1 近三年地下水位实测资料

2010年5月对中线沙河至黄河段开展了为期一周的浅层地下水位调查工作，调查渠段总长240 km，调查获得浅层地下水位109处，平均2 km一个控制水位点；2010年10月针对5月第一次水位测量情况，选取埋深小于10 m的79处井位，进

行了第二次水位调查，监测井次统计表见表1。2011年5月再次对沙河至黄河段开展了为期一周的浅层地下水位调查工作，共调查水位点103个，平均约2 km一个水位观测点。

为了分析沙河至黄河段沿线地下水位年内变化规律，本文选择了22眼观测井（见表2），自2011年2月至10月对沿线地下水位进行逐月观测，取得了9个月的观测数据。2012年5月又对沿线开展了为期2天的浅层地下水位调查工作，共调查地下水位点39个。

表1 中线工程沙河至黄河段沿线地下水位实测数统计

1.2 地下水位多年历史监测资料

为了分析沿线地下水年际变化规律和趋势，根据监测井的分布、监测层位、资料完整情况等因素，收集整理了中线工程沙河至黄河段沿线40 km范围内的11眼国家级地下水长期监测井资料，见表3[3]。国家级监测井资料按照地下水监测规范要求，专人测量，监测频率每5日1次，每月6次。监测资料时间跨度最早从1965年开始，部分为20世纪80、90年代起进行监测。

1.3 近三年实测地下水位变化情况分析

根据2010年5月、10月监测数据、国家级和省级长系列监测资料，经测算延展，推测出沙河至黄河段沿线历史最高和最低水位值，绘制了中线沙河至黄河段沿线地下水位图，见图1。根据2010年-2012年4次地下水位实际调查监测数据，对监测点位不同时间地下水位进行分析，初步得到相应渠段近3年地下水位的变化情况，见图2，表4。

由图1可以看出，从2010年5月-2012年6月，各点地下水位变化不大，同年中丰水期地下水位略高。由图2可以看出，2011年5月份水位与2010年同期相比，多数井位数据略高，2012年同期水位又有所下降。

表3 中线工程沙河至黄河段沿线国家级长期监测井基本情况

图1 2010年沙河至黄河段沿线地下水位变化曲线

2 地下水位变化规律分析

2.1 地下水位年内变化规律分析

2.1.1 长期监测井地下水位年内变化分析

国家级长期监测井数据系列长采集相对密集，更能直观地看出地下水位在一年时间内的变化过程。选择了4101230001号国家级监测井（新郑市）作为代表，绘制该井典型年份和多年平均地下水位年内变化图，见图3。从图中可以看出，多年年内水位在1月开始缓慢下降，至6月水位达到年内最低，然后转而上升，至10月上旬达到汛后最高水位，因此呈“单峰单谷型”水位动态过程。

图3 4101230001号国家级监测井（新郑市）多年年内地下水位变化曲线

2.1.2 专门监测井地下水位年内变化分析

沙河至黄河段共设专门观测井22眼，根据水位资料分

析，多数专门观测井年内最高水位出现在9月-10月或者3月，最低水位出现在6月-7月。图4为宝丰县杨庄镇乌鸾照村监测井，地下水位年内变化规律明显，2月开始缓慢下降，至5月降至年内最低，之后逐渐回升，到9月达到一年内的最高水位，年变幅约2.0 m。

图4 宝丰县杨庄镇乌峦赵村地下水位年内变化曲线

Fig.4 Variation of groundwater level in Wuluanzhao Village，Yangzhuang Town of Baofeng County

2.1.3 高水位期和低水位期地下水位对比分析

根据2010年5月底、2010年10月底调查的沙河至黄河段浅层地下水现状埋深情况，对沿线地下水位特征值进行了分析统计，见表5。

根据2010年5月底和2010年10月底调查的平原区（不含山地、岗丘区）79眼相同调查井的地下水位埋深资料，得到用鲁山楼张村至郑州刘德城村浅层地下水位变幅（图5），反映了该区段沿线平原区浅层地下水位年内波动情况。

图5 中线沙河-黄河南段地下水位2010年丰枯变幅曲线

从表5、图5可以看出，宝丰、郏县、禹州、长葛、新郑等冲洪积扇地区，地下水位埋深较浅，水位波动较大，表明地下水补径排条件较好，地下水位与降雨变化明显；中牟至黄河南[JP+1]段，地下水埋藏深，地下水位变幅不大；部分观测井10月底[JP]

表5 中线沙河至黄河段浅层地下水现状埋深情况统计

测量的水位低于5月份测量的水位，分析原因是个别井刚抽过水，尚未恢复到稳定状态。

2.2 地下水位年际变化规律分析

2.2.1 地下水位影响因素

地下水位动态变化主要受地层条件和补径排条件影响[4]。中线总干渠穿越的区域，可以分为两类，一类是山前丘陵、岗地和河谷冲洪积平原，地下水主要受降雨和地表水体补给，人为影响较小；一类是平原区，尤其是发达城镇区域[5]。随着城市范围的扩大，地面硬化造成降水补给减少，经济发展使开采量增加，改变了城区的水文地质条件和地下水补迳排条件。以郑州市为例，地下水开采层位由浅层逐渐变为深层，地下水位逐年下降，如20世纪50年代火车站以南中深层地下水为自流区，水头高出地面15 m，70年代水位埋深30 m，80年代水位埋深已经超过50 m，形成约的中深层地下水降落漏斗。[HJ1.7mm]

2.2.2 地下水位变化规律分析

从2000年至2011年地下水位多年动态变化曲线图上

可以看出，沿线11眼国家长期监测井中有2眼井地下水位显著下降，下降幅度大于3 m；有5眼井基本持平，变幅不超过1 m；有4眼井地下水位略有上升，一般不超过3 m。

从监测井对应的渠段上来看：沙河至许昌段（颍河以南）地下水位有小幅下降（图6）；[JP+1]许昌至新郑段地下水位略有上

126.14 m。经比较分析，沙河至黄河段现状地下水位高于底板的渠段长122 km，占总长的52%。从多年情况来看，郑州、荥阳段（长约40 km）历史最高水位高出渠道底板10 m以上，但是现状地下水位埋藏较深，接近于历史低位，低于渠道底板10 m左右。这是由于郑州及其周边地区地下水多年超采引起。在南水北调通水以后，该段地下水位有可能回升到渠道底板以上。

3.2 地下水位变化对工程的影响

（1）渠道边坡易失稳。根据南水北调中线工程沙河至黄河段工程勘察成果，沙河至黄河段渠坡稳定性较差且地下水位也高于渠道底板的风险渠段共有15段，长约80 km。黏性土、膨胀泥岩或软质碎屑岩的双层结构岩土体，遇地下水后，容易诱发边坡失稳。

（2）承压地下水顶托造成基坑涌水涌砂。当渠道和建筑物基坑下赋存承压地下水，基坑开挖使含水层覆土减少到一定程度时，承压地下水可能顶裂或冲毁基坑顶板，造成涌水涌砂。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大困难。

（3）地下水侧向或垂直渗漏影响渠道运行安全。地下水位低于设计水位的渠段，当渠坡和渠底分布有砂、砂砾石层时，一般都会在地下水作用下发生侧向或垂直渗漏[6]。渠道渗漏可能造成通水后的水量损失、渠坡渗透变形破坏等问题，影响渠道正常运行，无法发挥工程效益。

4 总结

（1）沿线浅层地下水位年内波动特征明显。浅层地下水位年内基本为持续下降-上升-缓[HJ1.98mm]慢下降3个阶段。一般最高水位出现在每年9月-10月，最低水位出现在5月-6月。宝丰、郏县、禹州、长葛、新郑等岗地和冲洪积扇地区，地下水位埋深较浅，受降雨影响明显，水位波动较大。其中宝丰段和禹州段丰枯水位变幅较大。新郑至黄河段，由于地下水位埋藏较深，年内水位变幅较小。

（2）浅层地下水位多年动态呈现不同的变化特征。平原和岗丘两大水文地质区，地下水位多年变化规律不同：a.在新郑以南的丘陵、岗地和河谷地带地下水总体埋藏浅，受气象因素影响明显，年内变化幅度大，多年平均变幅在1～3 m。20世纪90年代以来，地下水水位多年有不同幅度的波动，但无明显上升或下降趋势。b.在郑州、荥阳等地区，地下水埋深大，地下水位处于历史低位，与2000年相比，地下水位下降3～5 m。

从近3年实测及搜集的历史资料分析来看，中线沙河至黄河段沿线地下水位变化趋势虽然总体上比较平稳，但若遭遇强降雨等外界不利因素，地下水仍可能会对工程安全造成威胁。因此，中线地下水问题仍应引起设计、施工及建设管理单位高度重视。[HJ1.995mm]

参考文献（References）：

[1] 南水北调中线一期工程可行性研究总报告[R].武汉：长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，2005.（SouthtoNorth Water Transfer an Engineering Feasibility Study for the General Report[R].Wuhan：Changjiang Water Resources Commission，Changjiang Institute of Survey Planning and Design Institute，2005.（in Chinese））

[2] 南水北调中线一期工程初步设计报告[R].武汉：长江勘测规划设计研究有限责任公司，2009.（North Water Transfer a Preliminary Design Report[R].Wuhan：Changjiang Institute of Survey Planning and Design Institute，2009.（in Chinese））

[3] 中国地质环境监测院.中国地质环境监测地下水位年鉴（20052009）[M].北京：中国大地出版社，2009.（China Geological Environmental Monitoring Institute.China GeoEnvironment Monitoring Groundwater Levels Yearbook（20052009）[M].Beijing：China Land Press，2009.（in Chinese））

[4] 黄定华.普通地质学[M].北京：高等教育出版社，2010：100101.（HUANG Dinghua.Physical Geology[M].Beijing：Higher Education Press，2010：100101.（in Chinese））

[5] 陈立德，陈州丰.南水北调中线大宁河补水工程大昌至茅草坡段工程地质适应性研究[J].南水北调与水利科技，2009，7（2）：3336.（CHEN Lide，CHEN Zhoufeng.Geoengineering Condition of Daning River WaterCompensation Engineering Area in Middle Route of SoushtoNorth Water Transfer Project[J].SouthtoNorth Water Transfers and Water Science & Technology，2009，7（2）：3336.（in Chinese））

[6] 王大纯.水文地质学基础[M].北京：地质出版社，1995：6365.（WANG Dachun.The Basis of Hydrogeology[M].Beijing：Geological Press，1995：6365.（in Chinese））