陜西省近15年地下水資源動(dòng)態(tài)變化與影響因素分析

(陜西省環(huán)境科學(xué)研究院，陜西 西安 710061)

近些年，隨著陜西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)水資源的需求越來越大，地下水作為一種戰(zhàn)略資源，在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和群眾生活中發(fā)揮著重要作用。隨著地下水連年被過度開發(fā)以及污染事件的影響，嚴(yán)重威脅到了地下水的可持續(xù)利用。因此，及時(shí)了解地下水的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，堅(jiān)持地下水資源的合理開發(fā)利用是當(dāng)前水資源保護(hù)的重要工作之一。本文以2004—2018年陜西省水資源公報(bào)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)陜西省近15年地下水資源變化規(guī)律和影響因素進(jìn)行分析。

1 陜西省水文地質(zhì)概況

地下水資源的分布受氣候、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖性等因素影響。根據(jù)陜西省地下水資源分布特征，陜西省地下水主要分布于陜北、關(guān)中、陜南3個(gè)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，各水文地質(zhì)單元含水系及其富水性各具特點(diǎn)。

1.1 陜北潛水區(qū)

陜北潛水區(qū)的地下水與地貌關(guān)系極為密切，直接控制著地下水的埋藏、補(bǔ)給、徑流與排泄。在溝谷多、下切深的地方，地下水埋藏深，反之則淺。地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，水量貧乏，基巖裂隙水分布極不均勻。

1.2 關(guān)中潛水區(qū)

關(guān)中在渭河地塹基礎(chǔ)上堆積了厚層松散層狀巖系，構(gòu)成了地下水蓄存的良好場(chǎng)所，因而區(qū)內(nèi)地下水的儲(chǔ)藏量豐富。關(guān)中的地下水包括第四系沖積平原砂礫層中潛水、洪積扇砂卵石層中潛水、黃土臺(tái)塬黃土中潛水、黃土臺(tái)塬下部砂礫層中潛水等。

1.3 陜南潛水區(qū)

陜南潛水區(qū)斷裂發(fā)育，巖漿巖及變質(zhì)巖形成的斷塊山地向漢江谷地傾斜，這樣的地質(zhì)構(gòu)造控制著地下水的蓄存和運(yùn)動(dòng)條件，使該區(qū)的地下水屬于激烈循環(huán)的裂隙潛水及巖溶水類型，它直接承受降水和融水補(bǔ)給。按其成因類型，該區(qū)地下水為山間盆地沖積、洪積，第四系砂、砂礫石層中潛水和承壓水。

2 地下水資源的動(dòng)態(tài)變化

2.1 水資源總量與地下水資源量變化

陜西省地跨黃河、長江兩大流域，總面積20.56萬km2，省內(nèi)水資源分布不均勻，水資源總量受到多種因素的影響，2004—2018年省內(nèi)的水資源總量有較大變化，見圖1。年水資源總量最高為2011年的604.43億m3，最低為2006年的267.08億m3，平均為386.38億m3?？傮w來看，15年來陜西省地表水資源總量變化與水資源總量變化規(guī)律一致，且地表水占水資源總量的比例極高。由圖1可以看出，陜西省地下水資源量年際變化與地表水資源量變化呈現(xiàn)一定規(guī)律，但是地下水資源量總體處于穩(wěn)定狀態(tài)，增減并不明顯。

圖1 陜西省地下水資源量年際變化

2.2 淺層地下水位變化特征

陜西省內(nèi)陜北、關(guān)中及陜南淺層地下水分處相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，水資源利用方式各具特點(diǎn)，各地區(qū)的淺層地下水位變化見圖2。以2004年地下水位為基準(zhǔn)，漢中盆地淺層地下水除2012年有明顯的下降外，整體有升高趨勢(shì)，至2018年累計(jì)上升已超過1m。關(guān)中盆地2004—2008年，淺層地下水位總體處于下降狀態(tài)，2008—2018年淺層地下水位逐年升高。陜北風(fēng)沙灘區(qū)自2004年開始，淺層地下水位呈逐年下降趨勢(shì)，至2018年其地下水位下降已超過0.5m。

圖2 陜西省地下水位年際變化

2.3 地下水開采供水量變化

從水資源利用特點(diǎn)來看，地下水仍是陜西省工農(nóng)業(yè)、居民生活用水中重要的組成部分。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陜西省總供水量逐年升高，2004年為75.53億m3，2018年為93.72億m3，總供水量增加了24.08%?？偣┧恐?，地表水占比超過五成，且呈現(xiàn)出逐年增長的特點(diǎn)，見圖3。相反，地下水供水量略有下降但總體穩(wěn)定，在陜西省總供水結(jié)構(gòu)中的比例逐年降低，這與陜西省施行的地下水開發(fā)利用保護(hù)政策有關(guān)，更多地利用地表水作為供水水源在一定程度上減緩了對(duì)地下水的過度開發(fā)。

圖3 陜西省水資源供給開采年際變化

2.4 地下水超采區(qū)水位變化

地下水資源的更新速度較慢，如果地下水開采量相當(dāng)于當(dāng)年或者一定周期內(nèi)地下水的補(bǔ)給量，那么地下水位基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。如果開采量遠(yuǎn)超過地下水的補(bǔ)給量，造成地下水的收支失衡，地下水位持續(xù)下降，將形成地下水降落漏斗。陜西省關(guān)中盆地人口密集，聚集著大小6座城市，地下水的開發(fā)利用一直處于超采狀態(tài)。本文根據(jù)收集的陜西省6處主要地下水超采區(qū)近些年地下水位埋深數(shù)據(jù)繪制了年際變化圖，見圖4。

由圖4可以看出，2004—2009年，灃東、咸陽魯橋兩個(gè)漏斗區(qū)地下水位不斷下降，之后逐年上升。興化、咸陽城區(qū)、渭南杜橋以及西安城區(qū)漏斗區(qū)地下水位自2006年逐年上升，地下水漏斗區(qū)水位得到一定恢復(fù)。以西安市為例，常年的嚴(yán)重超采地下水使得西安城區(qū)形成了面積超過200km2的地下水降落漏斗區(qū)，幾乎覆蓋了主城區(qū)的一半。2007年至今，西安市區(qū)內(nèi)已累計(jì)封停、填埋各類自備井?dāng)?shù)千眼。西安已建成6處回灌點(diǎn)，近70萬m3的自來水灌進(jìn)了距地下200～300m處，極大地緩解了西安市城區(qū)地下水漏斗區(qū)的惡化趨勢(shì)，漏斗區(qū)地下水位逐年上升。

圖4 地下水超采區(qū)水位年際變化

3 地下水資源量影響因素

3.1 地下水資源量影響因素分析

地下水資源量受“收” “支”兩方面因素影響，“收”即地下水的補(bǔ)給，主要由大氣降水、灌溉、河流側(cè)向補(bǔ)給要素等控制，其中大氣降水是最為重要的影響要素?！爸А眲t主要是地下水開采供給利用。

由圖5可以看出，2005年、2007年、2011年和2017年是全省降水量較高的年份，地下水資源量均呈現(xiàn)明顯峰值。而2006年、2008年和2016年則是全省降水量較低的年份，地下水資源量也呈現(xiàn)明顯的低值。因此，大氣降水對(duì)地下水資源量的影響明顯。由圖6可以看出，2006年、2008年和2016年是全省地下水開采供給量相對(duì)較高的年份，同年地下水資源量呈現(xiàn)低值。而在地下水開采供給量不大的年份，地下水資源量相對(duì)較高。但是地下水開采供給量對(duì)地下水資源量的影響不像大氣降水那么明顯。

圖5 2004—2018年陜西省降水量與地下水資源量關(guān)系

圖6 2004—2018年陜西省地下水開采供給量與地下水資源量關(guān)系

3.2 地下水資源量影響因素模型

為研究降水量、地下水開采供給量對(duì)地下水資源量的影響程度，本文采用SPSS軟件對(duì)陜西省2004—2018年地下水資源量與對(duì)應(yīng)年份的降水量、地下水開采供給量進(jìn)行相關(guān)性分析，見表1，并在此基礎(chǔ)上建立二元線性回歸模型。

降水量與地下水資源量的相關(guān)性R為0.874，二者具有正相關(guān)關(guān)系，顯著性極強(qiáng)。地下水開采供給量與地下水資源量的相關(guān)性R為-0.464，二者具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，顯著性較強(qiáng)?；谙嚓P(guān)性分析結(jié)果，建立二元線性回歸模型為

Q=-33.963+0.196P+0.810W

式中：Q為地下水資源量,億m3；P為降水量,mm；W為地下水開采供給量，億m3。

采用此模型計(jì)算的年際地下水資源量結(jié)果見表1，模型適用性的相關(guān)參數(shù)表明，應(yīng)用此模型與實(shí)際值擬合度較高，能較為準(zhǔn)確地估算地下水資源量，相關(guān)參數(shù)見表2。

表1 地下水資源量二元線性回歸模型計(jì)算

表2 二元線性回歸模型參數(shù)

4 結(jié) 論

a.近15年來，陜西省地下水資源量年際變化幅度較小，漢中盆地和關(guān)中盆地地下水位呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，陜北風(fēng)沙灘區(qū)地下水位下降趨勢(shì)明顯。由于近些年地下水開采供水量占總供水量的比例不斷下降，省內(nèi)一些超采區(qū)地下水漏斗情況有所緩解。

b.降水量和地下水開采供水量是影響地下水資源量的兩大重要因素，基于兩者構(gòu)建的地下水資源量估算模型，估算值與實(shí)際值擬合程度較高，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。