渭南市降水量對(duì)地下水埋深的影響分析

劉曉麗 劉明選

（渭南市地下水工作隊(duì) 陜西 渭南 714000）

1 渭南市概況

1.1 地理位置

渭南市位于關(guān)中平原東部，黃河中游。地處東經(jīng) 108°58′～110°38′，北緯 34°13′～35°52′之間。東瀕黃河與山西、河南相望；南倚秦嶺與商洛地區(qū)毗鄰；西鄰西安、咸陽(yáng)兩市；北靠子午嶺、黃龍山與銅川、延安接壤。

1.2 水文、地形地貌

渭南市處于秦嶺東西構(gòu)造帶的東部與祁呂賀山字型構(gòu)造的前弧東翼以及新華夏構(gòu)造體系第三沉積帶的復(fù)合部位，形成南北隆起中部拗陷的大地構(gòu)造骨架，市內(nèi)自太古界至新生界地層均有分布，發(fā)育齊全。由于地質(zhì)構(gòu)造格局決定，形成了以渭河為軸線(xiàn)，渭河平原向南、北山地呈梯級(jí)上升的大中尺度槽谷形地貌特點(diǎn)。最低一級(jí)為渭河沖積平原，地勢(shì)由西向東緩降，地面平坦，海拔400m～330m。平原外側(cè)為黃土高塬，地勢(shì)上升，塬面微斜，海拔500m～950m左右，間有河谷切割，塬面基本完整。南北山麓地帶為山前洪積扇裙或山麓坡積傾斜臺(tái)塬，地面傾斜，河谷發(fā)育，溝口洪積堆各處海拔高程不一。南北邊緣為石質(zhì)山地，南部是秦嶺太華山段，為一構(gòu)造剝蝕低中山，海拔1000m～2300m之間，最高峰草鏈嶺2645m；北部為構(gòu)造剝蝕低山，是黃龍山的東南延伸部分，習(xí)稱(chēng)北山，海拔800m～1500m，最高峰大嶺海拔1783m。具有大陸性季風(fēng)氣候的一般特點(diǎn)，屬半干旱氣候，且時(shí)空分布差異很大。全市多年平均降水量506.84mm，降水大多集中在6、7、8、9四個(gè)月份，降雨在時(shí)空分配上極不均勻，冬春少雨，夏秋多雨；從區(qū)域上看，南、北部降雨量多，中部少，總體趨勢(shì)呈馬鞍型。地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水地表水入滲及灌溉回歸入滲，地下水的流向與地形的傾斜方向基本一致，即由南北向渭河，由河谷上游向下游方向運(yùn)動(dòng)，最后排泄于河流溝谷之中。

1.3 監(jiān)測(cè)井網(wǎng)

渭南市地下水監(jiān)測(cè)井網(wǎng)以水位基本監(jiān)測(cè)井為主，監(jiān)測(cè)對(duì)象主要為潛水。渭南市總土地面積13134km2，根據(jù)地下水的分布特征及地下水類(lèi)型、補(bǔ)給、徑流、排泄條件、化學(xué)特征等，將全市地下水分為六個(gè)水文地質(zhì)單元，由北向南依次為：黃龍山山地區(qū)、渭北黃土臺(tái)塬丘陵溝壑區(qū)、渭北黃土臺(tái)塬區(qū)、渭河平原階地區(qū)、渭河南黃土臺(tái)塬區(qū)、秦嶺山地區(qū)。由于黃龍山山地區(qū)和秦嶺山地區(qū)屬基巖山區(qū)，含水層多屬巖裂隙水，基本屬于非開(kāi)采區(qū)，未設(shè)地下水監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)井網(wǎng)在其余四個(gè)區(qū)進(jìn)行布設(shè)。監(jiān)測(cè)井控制面積10451 km2,占總土地面積的79.57%。為了分析區(qū)域的地下水動(dòng)態(tài)成因，本文選擇了渭南市1985年到2013年的地下水埋深與降水量資料進(jìn)行分析。

2 渭南市歷年地下水位降深與年降水量變化情況

根據(jù)地下水監(jiān)測(cè)規(guī)范（SL183-2005）4.3.2規(guī)定，地下水水位監(jiān)測(cè)的統(tǒng)測(cè)時(shí)間為每年的汛前、汛未、和年末，年末水位監(jiān)測(cè)定于每年的12月26日，由于年末水位受降水補(bǔ)給、開(kāi)采量影響比較小，監(jiān)測(cè)到的值最具有代表性，所以本文采用渭南市歷年12月26日的數(shù)據(jù)，作為地下水位平均埋深的基礎(chǔ)資料進(jìn)行分析。用上年的年末值減去當(dāng)年的年末值，計(jì)算出地下水位埋深年際變幅值，與年降水量繪制渭南市地下水位年降深與年降水量過(guò)程線(xiàn)圖。如圖1。

從圖1可以看出：渭南市地下水位年降深與年降水量過(guò)程線(xiàn)變化趨勢(shì)基本一致，年降水量大的年份，地下水位上升，年降水量小的年份，地下水位下降，1988、1996、1998、2003、2011年降水量出現(xiàn)豐水年時(shí)，地下水位也隨之向上波動(dòng)。1995、1997、2001、2005、2013 年降水量為枯水年時(shí)，地下水位也不斷下降，可見(jiàn)降水量出現(xiàn)豐枯變化時(shí)，地下水位也隨之產(chǎn)生高低變化，因此降水量與水位變化有一定關(guān)系。從圖1中還可以看出有個(gè)別年份，降水量雖然變化不大，但地下水位埋深，深度變深的現(xiàn)象，這主要是因?yàn)?9年至91年，本區(qū)進(jìn)行“蒲富三十萬(wàn)畝純井灌區(qū)”機(jī)井測(cè)試挖潛改造，測(cè)改機(jī)井3382眼，地下水的取水量猛然增大，導(dǎo)致地下水位急速下降，雖然本文采用12月26日靜水位統(tǒng)測(cè)數(shù)據(jù)，但是由于地下水位恢復(fù)是一個(gè)緩慢的過(guò)程，開(kāi)采量過(guò)大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象。

圖1 渭南市地下水位年降深與降水量過(guò)程線(xiàn)圖

分區(qū)年份降水量變幅1986-0.1-214.9-1.34-203.1 0.13-233.5 0.05-243.5-0.22-235.3 1987-0.29 266.26-0.25 246.37 0.32 214.15 1.06 266.65 0.08 248.15 1988-0.2 12.1 0.51 4.52 0.34 123.65 0.2 71.97 0.22 73.23 1989-0.06-180.7-0.41-216.8 0.25-132.3 0.03-86.3-0.02-143 1990-0.51 3-0.63 21.5-0.21-28.82-0.2-61.12-0.26-28.09 1991-0.14 28-1.35 48.57-0.3-19.27-0.25-31.42-0.4-7.36 1992 0.26-15.34-0.58-66.45 0.13 20.85 0.27 2.95 0.09 22.57 1993-0.13-4.52-0.69 77.57 0.1-38.62 1.71-30.72 0.02-40.57 1994 0.04 43.32-0.39 16.32-0.51-4.62-1.81-1.35-0.33 17.03 1995-0.98-191.7-1.61-247.5-0.18-36.4-0.03-8.55-0.6-93.96 1996 0.89 328.26 0.97 397.32-0.04 213.47-0.01 178.12 0.08 258.57 1997-1.7-380.3-1.6-412.1-0.38-327.4 0.01-302.8-0.56-350.6 1998 0.56 334.7 0.01 345.7 0.02 305.25 0 277.57 0.01 320.79 1999 0.31-15.18 0.58-1.67-0.04-81.3 0.02-46.52 0.22-46.24 2000-0.22-116.7-1.02-100-0.18-90.45 0.05-84.4-0.32-102.2 2001-0.37-135.4-0.31-180.7-0.05-49.4 0.65-85.32-0.55-105.7 2002-0.06 90.66-0.35 84.25-0.08 51.12-0.02 63.77-0.33 85.47 2003 1.14 431.88 1.3 458.4 0.31 451-0.01 449.07 0.59 432.75 2004-0.2-436.1-1.29-419.4-0.33-447.7 0.01-431.6 0.04-432.2 2005 1.14 78.5 0.56 70.07-0.75 21.27 0.01 76.82-0.38 65.85 2006-0.02-37.14-0.11-34.05 0.11 55.7 0.01 31.37-0.09-2.32 2007-0.16 59.42-0.73 62.35-0.1 38.22 0 0-0.17 35.77 2008-0.13-132.1-0.14-165.7-0.41-167.8 0-170.6-0.23-153.8 2009 0.25 167.6 0.26 219.85-0.35 84.37-0.11 73.32-0.05 129.38 2010 0.16 90.46 0.26 103.15 0.11 68.07 0 106.27 0.10 85.11 2011 0.67 47.24 0.19-25.25 0.26 139.6 0.01 125.62 0.32 104.82 2012-0.7-302-0.15-282.1-0.01-269.7 0-283.2-0.11-311.6 2013-0.37 7.16-0.26-5.55-0.63 1.17 0 20.37-0.63 17.44渭河平塬區(qū) 渭河南臺(tái)塬區(qū) 渭北臺(tái)塬區(qū) 渭北溝壑區(qū) 渭南區(qū)水位變幅降水量變幅水位變幅降水量變幅水位變幅降水量變幅水位變幅降水量變幅水位變幅

圖2 全市降水量變幅與埋深變幅趨勢(shì)圖

3 地下水位埋深年際變幅與降水量年際變幅的關(guān)系

根據(jù)渭南市渭北黃土臺(tái)塬丘陵溝壑區(qū)、渭北黃土臺(tái)塬區(qū)、渭河平原階地區(qū)、渭河南黃土臺(tái)塬區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè)資料進(jìn)行分析。地下水埋深變幅計(jì)算方式同上，計(jì)算出的地下水位年際變幅為正值，地下水位上升，反之下降，降水量變幅采用當(dāng)年降水量減去上年降水量計(jì)算得出，計(jì)算結(jié)果為正，降水量較去年增大，反之減少。計(jì)算結(jié)果如下表所示：

根據(jù)計(jì)算出的地下水位埋深年際變幅與降水量的年際變幅值，繪制降水量變幅與埋深變幅散點(diǎn)圖，并增加趨勢(shì)線(xiàn)，從下面的圖2-圖6中均可看出，地下水位埋深與降水量的年際變幅值成正比變動(dòng)關(guān)系，降水量年際變幅為負(fù)值時(shí)，地下水位埋深年際變幅也為負(fù)值，反之為正值。也就是說(shuō)，年降水量較上年增大，地下水位上升，減小時(shí)地下水位下降，進(jìn)一步證明，降水量出現(xiàn)豐枯變化時(shí)，地下水位也隨之產(chǎn)生高低變化。圖中有個(gè)別點(diǎn)落在二、四象限，出現(xiàn)降水量年際變幅增大或減少，而地下水位埋深年際變幅減小或增大的反比關(guān)系，是受開(kāi)采量增大或減少及地下水埋藏深度和地下水位補(bǔ)給滯后等因素造成的。

相關(guān)分析是對(duì)兩個(gè)對(duì)等的經(jīng)濟(jì)數(shù)列，用概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)測(cè)定一個(gè)反映它們之間變動(dòng)的聯(lián)系程度和聯(lián)系方向的抽象化數(shù)值，即相關(guān)系數(shù)。本文運(yùn)用渭南市28年的地下水位埋深數(shù)據(jù)，分析了渭南市渭北丘陵溝壑區(qū)、渭北黃土臺(tái)塬區(qū)、渭河平原區(qū)、渭河南臺(tái)塬區(qū)，歷年地下水位埋深與降水量之間的相關(guān)關(guān)系，運(yùn)用相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式：

式中：x為降水量變幅

x為降水量平均變幅

y為地下水位埋深變幅

y為地下水位埋深平均變幅

r為相關(guān)系數(shù)

r值越接近1，表示兩變量直線(xiàn)相關(guān)的程度越高，越接近零，則相關(guān)程度越低。通過(guò)計(jì)算得出相關(guān)系數(shù)如下表所示：

圖3 溝壑區(qū)降水量變幅與埋深變幅趨勢(shì)圖

圖4 渭北臺(tái)塬區(qū)降水量變幅與埋深變幅趨勢(shì)圖

圖5 平塬區(qū)降水量變幅與埋深變幅趨勢(shì)圖

圖6 渭河南臺(tái)塬區(qū)降水量變幅與埋深變幅趨勢(shì)圖

渭南地區(qū)相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從統(tǒng)計(jì)表看，淺層地下水的埋藏深度與相關(guān)系數(shù)成反比關(guān)系，地下水埋深越大，相關(guān)系數(shù)越小。各分區(qū)的相關(guān)系數(shù)由小到大依次為：渭河平原區(qū)地下水位平均埋深最淺，在0m～8m之間，相關(guān)系數(shù)為0.70，渭河南臺(tái)塬區(qū)地下水位平均埋深為8m～20m，相關(guān)系數(shù)為0.68，渭北黃土臺(tái)塬區(qū)地下水位平均埋深為20m～60m，相關(guān)系數(shù)為0.37，渭北丘陵溝壑區(qū)的地下水位平均埋深最大，為60m～100m，相關(guān)系數(shù)為0.06。說(shuō)明地下水位埋深越淺，與降水量的關(guān)系越密切。

4 地下水埋深年際變幅與降水量年際變幅相關(guān)系數(shù)不同的原因分析

如果地下水埋深與降水量有著密切的關(guān)系，那么相關(guān)系數(shù)就應(yīng)接近于1，但通過(guò)計(jì)算得出的相關(guān)系數(shù)并不理想，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因有：（1）降水對(duì)地下水的入滲補(bǔ)給有滯后性，因而降水量的變化和地下水水位埋深的變化具有不同步性。（2）降水量的大小不同，對(duì)地下水的補(bǔ)給也不同，比如，降水為大暴雨，則形成地下徑流的水量遠(yuǎn)比下雨入滲補(bǔ)給的水量大，從而對(duì)地下水埋深的影響也不同。這部分量本文并未剔除。（3）開(kāi)采量是影響地下水埋深變化的最直接因素，但由于資料有限，本文未能考慮開(kāi)采量因素的影響，因此出現(xiàn)了個(gè)別現(xiàn)象的異常。（4）由于本區(qū)選用的觀(guān)測(cè)點(diǎn)存在多層取水現(xiàn)象，所以補(bǔ)給條件不同，相關(guān)系數(shù)也有所變化。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)渭南地區(qū)地下水埋深與降水量之間的關(guān)系分析，得出以下結(jié)論：一是，地下水位變化趨勢(shì)與降水量變化趨勢(shì)基本一致，降水量大，水位則高，反之則低，年降水量出現(xiàn)豐枯變化時(shí)，地下水位也隨之產(chǎn)生高低變化，因此地下水埋深與降水量具有一定的關(guān)系。二是，淺層地下水的埋藏深度與相關(guān)系數(shù)成反比關(guān)系，地下水位埋深越淺，相關(guān)系數(shù)越大，與降水量的影響越大，反之越小。渭河平塬區(qū)的地下水平均埋深為0m～8m，相關(guān)系數(shù)最大，為0.70，渭北丘陵溝壑區(qū)，由于潛水埋深較深，相關(guān)系數(shù)僅為0.06。三是由于降水量不是影響潛水埋深的唯一因素，潛水埋深還與地下水的開(kāi)采量、水文地質(zhì)，地形地貌等因素有關(guān)。因此如果要在本區(qū)進(jìn)行水位預(yù)測(cè)，只用降水量進(jìn)行水位預(yù)測(cè)是不全面的。由于資料有限，本文沒(méi)有考慮這些因素的影響，所以要摸清潛水位的變化情況，還要做更深入的研究。以上研究可為城市雨水資源化利用中，合理確定雨水下滲量，及地下水的補(bǔ)、排水提供一定的依據(jù)。陜西水利