保定平原地下水均衡要素变化解析.pdf

DOI：10.16030/ki.issn.1000-3665.202208083井江楠，王文科，段磊，等.保定平原地下水均衡要素变化解析 J.水文地质工程地质，2023，50(4):115-126.JING Jiangnan,WANG Wenke,DUAN Lei,et al.An analysis of the changes in groundwater balance elements of the Baoding PlainJ.Hydrogeology&Engineering Geology,2023,50(4):115-126.保定平原地下水均衡要素变化解析井江楠1,2，王文科1,2，段磊1,2，马嘉骏1,2，马稚桐1,2，石涵月1,2（1.长安大学水利与环境学院，陕西 西安710061；2.教育部旱区地下水与生态效应教育部重点实验室，陕西 西安710061）摘要：随着南水北调工程的实施及地下水压采工作的落实，华北平原局部地下水位逐步回升，然而地下水均衡要素变化趋势及其对生态环境的影响缺乏系统研究。以华北平原典型区域南水北调受水区保定平原为例，采用水均衡法计算地下水补给项和排泄项，应用因子分析法分析 19752019 年地下水均衡要素变化的原因，根据最优开采系数法计算地下水可采资源量和压采资源量，为研究区地下水资源的开发利用与调控奠定基础。结果表明：近 40 a 来，保定平原地下水补给量小于排泄量，总体呈负均衡状态，主要发生变化的地下水均衡要素有渠灌入渗、渠系渗漏、井灌回归、河道渗漏、降水入渗和人工开采；人类活动是影响地下水均衡要素变化的主要原因，其贡献率为 77.20%；20112019 年地下水储水量逐渐增多，此时地下水水位埋深增加速率减小、地下水水位降落漏斗面积逐渐减小、白洋淀湿地面积逐步恢复；保定平原地下水资源的最优开采系数为 0.64，地下水可开采资源量和压采量的范围分别为 8.89108 11.35108 m3/a 和 2.681085.14108 m3/a。研究成果可为相似地区地下水资源和生态环境可持续发展提供科学依据。关键词：保定平原；地下水均衡要素；变化特征；驱动力；开采系数中图分类号：P641.8 文献标志码：A 文章编号：1000-3665（2023）04-0115-12An analysis of the changes in groundwater balance elements of theBaoding PlainJING Jiangnan1,2，WANG Wenke1,2，DUAN Lei1,2，MA Jiajun1,2，MA Zhitong1,2，SHI Hanyue1,2（1.School of Water and Environment,Chang an University,Xi an,Shaanxi710061,China；2.Key Laboratoryof the Ministry of Education on Groundwater and Ecological Effects in Arid Areas,Ministry of Education,Xi an,Shaanxi710061,China）Abstract：With the implementation of the South-North Water Diversion Project and the implementation ofgroundwater suppression,the local groundwater levels in the North China Plain have gradually rebounded.However,there is a lack of systematic studies of the trends of groundwater balance elements and their impacts onthe ecological environment.This paper takes the Baoding Plain,a typical area in the North China Plain,as anexample,and uses the water balance method to calculate the groundwater recharge and discharge terms,appliesthe factor analysis method to analyze the causes of the changes in groundwater balance elements from 1975 to2019,and calculates the amount of recoverable and suppressed groundwater resources by using the optimal 收稿日期：2022-08-31；修订日期：2022-09-22投稿网址：基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFC0406504）；国家自然科学重点基金项目（42130710）第一作者：井江楠（1998-），女，硕士研究生，主要从事旱区地下水文过程与生态效应研究。E-mail：通讯作者：王文科（1962-），男，博士，教授，博士生导师，主要从事旱区地下水文过程与生态效应研究。E-mail： 第 50 卷 第 4 期水文地质工程地质Vol.50 No.42023 年 7 月HYDROGEOLOGY&ENGINEERING GEOLOGYJul.，2023exploitation coefficient method,which provides a basis for the development and utilization of groundwaterresources in the study area.The results show that in the past 40 years,the groundwater recharge term was smallerthan the discharge term in the Baoding Plain,which is in a negative equilibrium state,and the main changeelements are canal irrigation infiltration,canal system seepage,well irrigation return,river seepage,rainfallinfiltration and artificial exploitation.The main factor affecting the change of groundwater equilibrium elements ishuman activity,with a contribution rate of 77.2%.After the groundwater recharge and discharge imbalance isslowed down,the increase of groundwater level burial depth becomes smaller,the area of groundwater leveldepression cone gradually decreases,and the area of the Baiyangdian wetland gradually recovers.The optimalexploitation coefficient of groundwater resources in the Baoding Plain is determined to be 0.64,the exploitablegroundwater resources range from 8.89108 to 11.35108 m3/a,and the amount of compression exploitation rangesfrom 2.68108 to 5.14108 m3/a.The research results can provide a scientific basis for the sustainable developmentof groundwater resources and ecological environment in similar areas.Keywords：Baoding Plain；groundwater balancing elements；change characteristics；driving force；exploitation coefficient 在干旱半干旱地区，地下水是淡水资源的主要来源1 2，约 43%的消耗性灌溉用水来自于地下水3。此外，地下水供应全球约 50%的饮用水和 40%的工业用水，保障了许多地区经济社会的发展4。近些年来，受极端气候和人类活动的影响，地下水资源构成发生变化5 6，导致地下水补排失衡，造成了地下水位持续下降、地下水水位降落漏斗增加、含水层疏干等问题7 8。地下水均衡要素分为补给项和排泄项，二者之间的数量关系影响着地下水资源储存量，表现为地下水水位的动态变化。自 20 世纪 70 年代以来，已有学者对地下水水位动态演变进行了系列研究，Wang 等9研究发现，关中盆地降水量的减少和人工开采量的增加导致地下水水位持续下降。近几年，大量学者定量分析了气候变化和人类活动影响下地下水均衡要素的演变趋势10 15，结果表明，地下水均衡要素的变化主要受气候和人类活动的共同作用，其变化幅度因水文地质条件的差异而不同16 18。针对地下水均衡要素多元性和演化的复杂性，解析典型地区地下水均衡要素演化机制与驱动力显得尤为重要。华北平原是我国最大的地下水水位降落漏斗区，地下水开采量较大，前人对该地区地下水的研究大多聚焦于地下水水位演变19、地下水水位动态特征类型20 21，以及水位变化所引起的地质环境问题22。如赵玉峰等23通过主成分分析法揭示了产业产值、耕地面积、有效灌溉面积等社会经济因素是京津冀西北地区地下水资源变化的主要原因；张福洋等24通过灰色关联分析法研究发现 19752010 年保定平原区的地下水水位总体为下降趋势，其主要影响因素是地下水开采；杨会峰等19在研究华北平原近 40 a 来的地下水水位变化特征的基础上，提出长期采补失衡形成的地下水水位降落漏斗仍需实施相关治理及修复措施；赵瑞科25研究发现由于近年来人类大量开采地下水，保定平原大部分地区的地下水资源承载力已接近饱和值；靳博文等26在分析地下水生态环境问题的基础上，提出了保定平原地下水生态水位埋深阈值，即从山前地带拒马河冲洪积扇群与漕河瀑河冲洪积扇群、唐河大沙河冲洪积扇群、冲积平原、冲湖积平原的地下水生态水位埋深范围分别为 1015 m、510 m、35 m、小于 3 m。然而，针对华北平原地下水超采区综合治理后的地下水均衡要素变化解析研究比较薄弱。因此，本文选择南水北调的受水区保定平原为研究对象，分析 19752019 年的地下水均衡要素变化特征及其生态效应，计算该区域地下水可开采资源量和压采量，为华北平原地下水资源开发利用和环境保护提供科学依据。1 研究区概况研究区位于河北省保定平原，面积约 10 994.6 km2；区内主要河流有漕河、府河、清水河、唐河等，根据研究区地貌单元及水文地质条件不同，划分了水文地质亚区，见图 1。研究区属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候27，多年平均气温为 12.6，多年平均降雨量为 550.9 mm，多年平均蒸发量为 1 728 mm，多年平均水资源总量为 17.66108 m3，其中，地下水资源量为16.13108 m327，占水资源总量的 91.34%。116 水文地质工程地质第 4 期研究区山前地带第四系沉积物较薄，含水层岩性以粗砂和卵砾石为主，有利于大气降水入渗以及地下水的侧向径流。从山前到白洋淀，以粗颗粒为主的含水层岩性逐渐变细，具体岩性特征如图 2 所示。研究区松散沉积物自上而下划分为 4 个含水岩组，由于第含水岩组厚度较小，多未单独开采，且第含水岩组与第含水岩组之间水力联系密切，为统一的含水体，故浅层地下水主要由第含水岩组构成；第、含水岩组划分为深层地下水，其中第含水岩组为本区深层地下水的主要开采层，第含水岩组因水文地质条件差，且层位相对较深，开采强度不大。地下水补给以降水入渗为主，其他补给来源有侧向流入、井灌回归、渠灌入渗、渠系渗漏、河道渗漏和白洋淀渗漏；地下水排泄以人工开采为主。本文中的地下水均衡要素是指与当地降水和地表水体有直接水力联系、参与水循环且可以逐年更新的浅层地下水资源。2 数据来源与研究方法 2.1 数据来源及数据处理 2.1.1 数据来源气象水文资料、地下水资源实际开采量等数据来源于保定市水资源公报。文中计算各均衡要素所涉及到的降水入渗系数、灌溉回归系数、河道渗漏系数、含水层渗透系数来源于课题组的野外原位水文地质参数试验。水文地质参数分区主要参考了前人的研究成果27。耕地面积、节水灌溉面积等数据源自于保定市统计年鉴。2.1.2 数据处理选取资料较全的年份（1975、1985、2006、2011、2019 年），根据已知年份的气象水文资料、农业用水资料和水文地质参数27 28，采用均衡要素计算公式27，分别计算得到研究区的降水入渗补给量、井灌回归量、渠灌入渗量、渠系渗漏量、河道渗漏量、白洋淀渗 1 拒马河冲洪积扇群水文地质亚区2 清界河、瀑河冲洪积扇群水文地质亚区3 唐河大沙河冲洪积扇群水文地质亚区 冲积平原 冲湖积平原白洋淀面河流01020 km剖面N231图 1 研究区水文地质分区及河流水系图Fig.1 Hydrogeological zoning and river systemsin the study area 容1安1白洋淀钻孔含砂岩组粉质黏土、黏土含水岩组界线Zk10510 km任开1任开5高程/m303090150210270330390450510高程/m303090150210270330390450510图 2 典型剖面岩性变化图Fig.2 Lithology in the typical proflie2023 年井江楠，等：保定平原地下水均衡要素变化解析 117 漏量、侧向流入量、侧向流出量、潜水蒸发量，计算结果如表 1 所示。表 1 研究区浅层地下水均衡要素及其占比Table 1 Shallow groundwater balance elements and percentage in the study area 均衡要素1975年1985年2006年2011年2019年数量/（108 m3）占比/%数量/（108 m3）占比/%数量/（108 m3）占比/%数量/（108 m3）占比/%数量/（108 m3）占比/%补给项降水入渗14.6672.8716.9578.699.1367.3513.5669.9610.8376.33井灌回归2.4912.382.069.561.6612.221.598.220.473.31渠灌入渗0.180.890.150.700.221.620.100.490.020.14渠系渗漏0.462.290.391.810.554.030.261.320.050.35河道渗漏0.572.830.452.090.423.101.799.260.503.52白洋淀渗漏0.221.090.000.000.040.310.010.060.251.76侧向流入1.547.651.547.151.5411.372.0710.692.0714.59合计20.1210021.5410013.5610019.3810014.19100排泄项侧向流出0.351.650.351.281.615.131.355.181.358.78人工开采20.7097.3627.1098.0229.7494.8724.7194.8214.0391.22潜水蒸发0.210.990.190.70合计21.2610027.6510031.3510026.0610015.38100地下水储存量的变化量1.146.1117.796.681.19注：表中空白表示未测，其余表中空白同此解释。2.2 研究方法 2.2.1 水均衡法根据已知地下水均衡要素数据，利用水均衡法计算地下水储存量的变化量，分析不同年份地下水均衡要素的变化。Q=Q补Q排（1）Q补=Q降水入渗+Q井灌回归+Q渠灌入渗+Q渠系渗漏+Q河道渗漏+Q白洋淀渗漏+Q侧向流入（2）Q排=Q人工开采+Q侧向流出+Q潜水蒸发（3）Q为其中，地下水储存量的变化量，式中所涉及的水均衡要素的单位均为 108 m3a1。2.2.2 主因子分析法主因子分析是在众多的因素中，从原始变量相关矩阵内部的依赖关系出发，把一些具有错综复杂关系的变量表示成少数的公共因子和仅对某一个变量有作用的特殊因子的线性组合。研究的关键是从数据中提取对变量起解释作用的少数公共因子29，具体步骤为：（1）采用标准差法对 1975、1985、2006、2011、2019年的数据进行标准化处理。（2）对标准化的数据进行处理，得出其相关系数矩阵 R，进行 KMO（Kaiser-Meyer-Okin）和 Bartlett 球形统计量检验，当 2 组数据的 KMO 值小于等于 0.5 时，对其进行剔除，当检验 2 组数据 KMO 值均大于 0.5，可进行因子分析。iei=i/iEm=eiEm（3）计算主成分特征值，方差贡献率及累积贡献率。累积贡献率反映的是前 n个主成分总的贡献率，越大表明综合信息的能力越强。选取累积贡献率大于 85%或者特征值大于 1 的因子作为主成分。（4）计算出 19752019 年的主因子载荷矩阵，根据主因子载荷矩阵确定出前 n 个主成分，根据特征向量及专业知识对其进行合理解释。2.2.3 开采系数法为了确定研究区地下水资源的压采量范围，根据水量平衡原理，地下水的压采量可表示为：Q压采=Q实际开采Q可采资源（4）Q压采式中：地下水资源的压采量/（108 m3a1）；Q实际开采地下水资源的实际开采量/（108 m3a1）；Q可采资源生态约束下的地下水可开采资源量/（108 m3a1）。地下水的实际开采量已知，需要确定地下水可开采资源量。假设将地下水位控制在一个合理的区间，在这个区间内可达到地下水资源开发利用与生态环境协调发展，将该区间内的地下水水位设为生态水位，其对应的天然补给量为生态水位下的天然补给量。为了计算地下水可开采资源量，引入参数 值，本文认为历史平均开采量与生态水位下的平均天然补给量的比值为开采系数：118 水文地质工程地质第 4 期=Q历史平均开采量Q生态水位下的平均天然补给量（5）Q历史平均开采量式中：历史多年平均地下水开采资源量/（108 m3），取 19591982 年多年平 均值；Q生态水位下的平均天然补给量历史多年平均地下水天然 补给量/（108 m3）。当 1，表示天然补给量全部被开采；当=0，表示天然补给量没有被开采；当 01，表示部分天然补给量被开采。根据水均衡原理，地下水可采资源量为：Q可采资源=Q补+Q排+Fht（6）Fht式中：含水层储存量的变化量/（108 m3a1）。Q补Q补Q排其中，是开采时袭夺的各种额外补给量，研究区内的很小，不予考虑；是含水系统因开采而减少的天然排泄量，也称为开采截取量，这部分水量的最大极限等于天然排泄量，在多年平均意义上接近于天然补给量30。因此，地下水资源可开采量可表示为：Q可采资源=Q排+Fht=Q生态水位下的平均天然补给量的减少量+Fht=Q生态水位下的天然补给量+Fht（7）Q生态水位下的天然补给量式中：多年平均地下水资源天然 补给量/（108 m3），取 1975 2019 年多年平均值。3 结果 3.1 地下水均衡要素变化特征根据水均衡法计算结果，典型年份 1975 年（枯水年）、1985 年（丰水年）、2006 年（枯水年）、2011 年（丰水年）、2019 年（平水年）研究区地下水储存变化量分别为1.14108，6.11108，17.79108，6.68108，1.19108 m3，均为负均衡状态。从地下水资源补排项要素动态变化分析，补给量的整体变化趋势为先下降后上升，排泄量的总体变化趋势则为先上升后下降。各均衡要素情况如表 1和表 2 所示，在补给项中，降水入渗、井灌回归和侧向流入的占比较大。19752019 年，降水入渗呈现先上升后下降的变化趋势；井灌回归量持续下降，2019 年相较于 2011 年，减小幅度最大，为 70.50%；侧向流入量先增加后减少，2006年相较于 1985 年、2011 年相较于 2006 年，增加幅度分别为 0.13%、34.36%；其他各补给项要素变幅如表 2 所示。在排泄项中，人工开采占比最多，整体变化呈先上升后下降的趋势，1985 年相较于 1975 年、2006 年相较于 1985 年，人工开采量分别上升 30.92%、9.74%，其中，2006 年的人工开采量达到最大值（29.74108 m3）；2011 年相对于 2006 年、2019年相对于 2011 年人工开采量分别下降 16.91%、43.22%。表 2 研究区浅层地下水均衡要素变化Table 2 Changes of groundwater balance elements of theshallow groundwater in the study area 均衡要素变幅/%19751985198520062006201120112019补给项降水入渗15.6246.1448.5320.14井灌回归17.2719.543.8670.50渠灌入渗16.6746.6756.7378.99渠系渗漏15.2240.0053.2180.43河道渗漏21.056.67327.3472.14白洋淀渗漏100.0072.002 000.84侧向流入0.000.1334.360.09排泄项侧向流出1.29353.9916.060.07人工开采30.929.7416.9143.22潜水蒸发7.90100.00 3.2 均衡要素变化的驱动力识别采用因子分析法分析地下水均衡要素变化的主导要素，19752019 年影响补给项的主要驱动因子的特征值及贡献率如表 3 所示，主要驱动因子对应的载荷矩阵见表 4。表 3 补给项主要驱动因子特征Table 3 Initial eigenvalue,contribution rate and cumulativecontribution rate of the main driving factors of recharge items 成分初始特征值贡献率/%累积贡献率/%成分13.81854.5454.54成分21.58722.6677.20成分31.16216.6093.80 表 4 补给项主要驱动因子载荷矩阵Table 4 Load matrix of the main driving factors ofrecharge items 均衡要素成分1成分2成分3降水入渗0.3480.0640.935井灌回归0.9060.0110.295渠灌入渗0.9570.0630.309渠系渗漏0.9570.0680.277河道渗漏0.1310.9400.039白洋淀渗漏0.4480.7510.127侧向流入0.9190.3550.1052023 年井江楠，等：保定平原地下水均衡要素变化解析 119 根据表 3 和表 4 可知，在地下水的补给项中，初始特征值大于 1 的有 3 个因子。第 1 个因子与井灌回归、渠灌入渗和渠系渗漏呈明显正相关，这些均衡要素均与农田灌溉密切相关，故该因子为农田灌溉因子，贡献率为 54.54%。第 2 主因子为河道渗漏，贡献率为 22.66%，即河道径流入渗量也是地下水补给量发生变化的关键要素。第 3 主因子是降水入渗，贡献率为 16.60%，尽管降水入渗是地下水补给的重要来源，但近几十年来研究区大气降水基本稳定31 32，故该因子对地下水补给量变化的影响相对较小。3 个因子累积贡献率达到 93.80%。排泄项的要素只有 3 个，无需采用因子分析法，根据地下水排泄项变化的结果可得人工开采为主要因素。4 讨论 4.1 地下水均衡要素变化的水文生态效应 4.1.1 局部水循环加快保定平原地下水均衡要素变化的正效应为局部水循环变快。降水入渗通过包气带补给地下水，参与大气水-土壤水-地下水“三水”转化过程33，除了入渗补给地下水的水量外，还有一部分形成了地表径流，通过河道渗漏补给地下水。受人类活动影响，当适量开采地下水时，会释放储水空间，加快包气带的入渗速率，从而加快整个水循环过程。4.1.2 地下水水位埋深加大19752019 年，地下水各均衡要素变化的直接结果是地下水的总补给量不断减少，总排泄量不断增加，导致地下水水位埋深变大，地下水水位下降，如图 3所示。如 1975 年整个研究区平均地下水水位埋深为5.02 m，19751985 年地下水水位埋深增加的速率为0.494 m/a，到 1985 年，较原来的水位埋深增加 98.4%；19852006 年地下水水位埋深增速为 0.539 m/a，增加的幅度为 131.52%；20062011 年，水位埋深增速为0.502 m/a，增幅变为 11.8%，呈现出缓慢加大的状态；20112019 年，水位埋深增加速率为 0.328 m/a，增幅为 11%，增加幅度持续变小。51970198019902000年份地下水水位埋深趋势线20102020101520地下水水位埋深/m2530图 3 保定平原 19751985 年地下水水位埋深变化Fig.3 Variation of groundwater levels in the Baoding Plain from1975 to 1985 4.1.3 地下水水位降落漏斗1975 年研究区内地下水水位埋深大多介于 020 m 之间，研究区内形成了一亩泉漏斗和保定漏斗17，34，漏斗面积分别为 50.0，43.5 km2；到 2006 年，研究区内多数区域地下水水位埋深为 1030 m，少数区域为4050 m，白洋淀附近埋深较浅（510 m），一亩泉漏斗面积增加到 180 km2。20062011 年，研究区内各区域地下水水位埋深持续增加，大多数区域地下水水位埋深为 2030 m，最大地下水水位埋深达到 4050 m，白洋淀附近的地下水水位埋深也增加到 1015 m，一亩泉漏斗面积增加了 28 km2（图 4）。同时，从 2000 年开始，上游各大水库开始引水入市，20002006 年年均引水量为 1.14108 m3；到 2006 年，人工开采地下水量减少 2.04108 m3，保定漏斗面积减小为 25.25 km2；20062011 年又减小了 14.45 km235。由于外调水源生态补水，研究区内地下水水位有小幅回升趋势，但区域内最大地下水水位埋深仍介于 3040 m 之间，地下水水位降落漏斗依然存在。（a）1975年（c）2011年（d）2019年地下水水位埋深/m055101020203030404050（b）2006年图 4 保定平原 1975、2006、2011、2019 年地下水水位埋深空间变化Fig.4 Spatial variation of groundwater levels in the Baoding Plain in 1975,2006,2011 and 2019 120 水文地质工程地质第 4 期4.1.4 白洋淀湿地面积逐步恢复受地下水开采量变化的影响，当地下水开采量逐渐增大时，地下水位不断下降，白洋淀湖水位开始高于地下水位，白洋淀渗漏补给地下水，导致湖面面积减少和水位下降。19702019 年白洋淀湿地面积及湖水位变化如图 5 所示，整体呈先急剧下降后缓慢上升的趋势，湿地面积整体萎缩了 2.42%，湖面水位下降了 1.28 m，降 幅 为 16.39%。19701989 年，地 下 水开采量不断增加，白洋淀湿地面积不断萎缩，湖水位逐渐下降，19801989 年间甚至出现了干淀期，湿地面积萎缩了 83.96%，水位下降了 3.34 m，降幅为 42.77%；19801989 年湿地面积平均为 16.2 km2，湖面水位标高平均为 4.47 m；1990 年后，随着白洋淀生态补水工程的实施，湿地面积逐步增加，水位也呈现回升趋势，2018 年白洋淀湿地面积已经达到 140 km2，水位上升到 7.4 m。1401201008060湿地面积/km2402004.04.55.05.56.0湖水位/m6.57.07.58.0面积水位1970197919801989199019992000200920102019图 5 白洋淀湖泊湿地面积和湖水位变化Fig.5 Water level change of the Baiyangdian Lake wetland area 4.2 地下水均衡要素演变驱动力分析由主因子分析结果可知，影响保定平原地下水均衡变化的主要要素是井灌回归、渠系渗漏、河道渗漏、降水入渗和人工开采，根据各成分贡献率可知，人类活动的贡献率为 77.20%，气候变化的贡献率为16.60%，人类活动的影响大于气候变化，这与前人对华北平原的研究结果相吻合33，36 37。前人对新疆玛纳斯地区地下水动态变化的研究表明，引起地下水均衡变化的主要要素是渠系渗漏、田间灌溉入渗、河道渗漏和地下水开采10 12，这些要素受人类活动主导。相似的研究结果说明，近些年在地下水均衡变化的过程中，人类活动为影响地下水均衡变化的主要诱因。4.2.1 人类活动驱动下的地下水均衡要素演变分析（1）渠道引水和防渗对渠系渗漏量的影响19831987 年白洋淀处于干淀期，为了缓解白洋淀干淀危机38 39，开始从山区内各大水库向白洋淀实施引水工程，经过多个干渠汇入白洋淀40，渠首引水量变化如图 6 所示，1981 年引水量较少，为 0.13108 m3，1981 年以后，引水量不断加大。19852006 年，渠首引水量增加 1.00108 m3，渠系渗漏量增加 0.16108 m3；20062011 年，渠首引水量减少 0.53108 m3，渠系渗漏量减少 0.29108 m3。2014 年南水北调引水工程建成投入使用，虽然引水量增加为 1.19108 m3，但随着渠道防渗技术的提高，以及对渠道维护的加强，渠系水利用系数提高，渠道渗漏能力下降，渗漏补给地下水量减少为 0.21108 m3，渠系渗漏量的变化受渠首引水和渠道防渗的共同驱动。2.01.51.0渠首引水量/（108 m3）0.501980 1985 1990 1995 2000年份渠首引水量多项式拟合趋势线2005 2010 2015 2020图 6 19802019 年研究区内渠首引水量变化Fig.6 Changes of water diversion volume of the canal head inthe study area from 1975 to 2019（2）河流径流变化对河道渗漏量的影响不同水文站点的径流量变化趋势相同，整体均呈下降趋势，如图 7 所示。1975 年各个水文站的径流量最大，新盖房水文站的年径流量达到了 7.03108 m3。19751985 年，地方政府开始加固和扩建研究区上游各大、中型水库，导致上游来水量减少，各个水文站年径流量平均减少 3.1108 m3，河道年渗漏量减少 0.12108 m3。1990 年后，白洋淀附近的主要河道开展整治工作，河道硬质化现象突出，多条河流出现了断流现象，各个水文站年径流量平均减少 1.38108 m3，河道年渗漏量减少 0.03108 m3。2010 年以后，受白洋淀补水工程影响，上游来水量变大，河道径流量增加 1.33108 m3/a，河道渗漏量增加 0.08108 m3/a。（3）耕地面积和节水灌溉面积对地下水开采量的影响保定平原农业灌溉地下水水源占地下水开采量的 80%以上，由图 8、9 可知，农业灌溉地下水开采量2023 年井江楠，等：保定平原地下水均衡要素变化解析 121 呈先上升后下降的趋势，耕地面积和节水灌溉面积变化趋势与地下水开采量具有较好的相关关系。19752019 年耕地面积和节水灌溉面积变化如图 8、图 9 所示，耕地面积整体呈现先上升后下降的趋势，1975 年研究区内耕地面积为 8 447.71 km2，19751985、19852006 年耕地面积分别增加 379.57，36.33 km2，增幅分别为 4.49%、0.41%。地下水开采量在 19752006 年也持续增加，增加幅度与耕地面积增幅相差不大，两者变幅基本一致。20062011 和 20112019 年耕地面积分别减少 457.69，299.25 km2，减小幅度分别为 5.16%、3.56%。20 世纪 90 年代开始逐渐引入喷滴灌、低压灌溉、渠道防渗等节水灌溉技术41，节水灌溉面积不断增加。20062011、20112019 年节水灌溉面积分别增加341.19，761.8 km2，增加幅度分别为10.43%、21.09%。因此 20 世纪 90 年代后，耕地面积减少和节水灌溉面积增加共同驱动地下水开采量的演变。302520农业灌溉地下水开采量趋势线农业灌溉地下水开采量/（108 m3）15101970198019902000年份20102020图 9 19752019 年研究区内农业灌溉地下水开采量变化Fig.9 Changes in groundwater extraction for agriculturalirrigation in the study area from 1975 to 2019 4.2.2 降水变化驱动下的地下水均衡要素演变分析由 19752019 年降水量可知，降水量整体呈下降趋势，但变幅不明显，如图 10 所示。19751985 年降水量增加 225.6 mm，降水入渗量增加 2.29108 m3。19952000 年期间出现了干旱年份32，降水量开始减少。19852006 年降水量减少 225.5 mm，降水入渗补给地下水量减少 7.82108 m3。20062011 年降水量增加281.1 mm，降水入渗补给量增加4.43108 m3。20112019 年降水量减少 127.3 mm，降水入渗补给量减少2.73108 m3。受人工开采地下水的影响，地下水水位大幅度下降，包气带水分截流能力增强，导致降水入渗补给量变少。2.881.92落宝滩趋势线东茨村趋势线北河店趋势线新盖房趋势线0.9303.92.6径流量/（108 m3）1.303.92.61.306.94.62.30197019801990年份200020102020图 7 19752019 年研究区内不同水文站径流量变化Fig.7 Runoff variations of different hydrological stations in thestudy area from 1975 to 2019 9 2008 8008 400耕地面积/km28 0007 600197019801990年份（a）耕地（b）节水灌溉耕地面积趋势线2000201020205 0004 0003 000节水灌溉面积/km22 0001 000199520002005年份节水灌溉面积趋势线201020152020图 8 研究区内耕地面积变化和节水灌溉面积变化Fig.8 Changes in arable land area and wat