涇陽縣地下水位動態(tài)變化特征研究

楊元波,尚文斌,廖顯程,儲 林,牛 盟

(1.陜西瀚泰水利水電勘測設(shè)計(jì)有限公司,陜西 西安 710000;2.榆林市水利信息與水文勘測中心,陜西 榆林 719000;3.陜西省安康市紫陽縣水利局,陜西 安康725300)

0 引言

涇陽縣隸屬陜西省咸陽市,地處關(guān)中平原中部、咸陽市東部,涇河下游。根據(jù)收集的涇陽地區(qū)長系列水文地質(zhì)資料及2001-2020年地下水監(jiān)測井5日水位監(jiān)測成果,對其地下水動態(tài)類型及典型水位動態(tài)過程曲線進(jìn)行分析,討論地下水水位多年動態(tài)變化特征,為涇陽縣地下水資源的保護(hù)、合理利用及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)概況

根據(jù)涇陽縣地形地貌特征、地下水類型,將涇陽縣劃分為平原區(qū)、北部基巖山區(qū)兩個(gè)一級區(qū)。其次,按照水文地質(zhì)條件,北部基巖山區(qū)為一般土石山區(qū),可做為一個(gè)獨(dú)立水文地質(zhì)分區(qū),也只有1個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)(I);平原區(qū)可劃分為3個(gè)水文地質(zhì)分區(qū),做為二級區(qū),分別為山前沖洪積扇區(qū)(II)、北部黃土臺塬區(qū)(III)及階地平原區(qū)(IV)。如此,按全縣水文地質(zhì)區(qū)地貌、富水性特點(diǎn)及水文地質(zhì)條件,分為四個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)。

1.1 北部基巖山區(qū)(I)

位于冶峪河灌溉渠系的東西干渠以北,冶峪河以西為北仲山區(qū),其中北仲山主峰海拔1 619 m,西鳳山和鐵瓦殿海拔分別為963 m和1 243 m。冶峪河以東的嵯峨山主峰海拔1 423 m。

1.2 山前沖洪積扇區(qū)(II)

大致以口鎮(zhèn)為界,冶峪河將北仲山、嵯峨山山前沖洪積扇裙區(qū)分為東西兩部分,總面積為73.06 km2。

東部可分為老洪積扇和新洪積扇。范圍自北山以南,蔣路—域而李村以北的地區(qū)。老(二級)洪積扇裙寬度1～2 km,地面坡度大,新洪積扇裙(一級)—蔣路洪積扇前緣最寬處達(dá)3～4 km,一般地勢較緩,沖溝不發(fā)育。老洪積扇區(qū)地下水包氣帶物質(zhì)顆粒粗大,多為漂石和礫石,地下水埋深一般在50～80 m,成井條件差,水資源缺乏是本區(qū)的主要特點(diǎn)。新洪積扇區(qū)地下水埋深在20～50 m,地下水資源豐富,供水條件較好。

1.3 北部黃土臺塬區(qū)(III)

北部臺塬區(qū),也稱興隆塬區(qū),面積為71.04 km2。行政上包括了興隆鎮(zhèn)的大部,口鎮(zhèn)和橋底鎮(zhèn)的塬上部分,屬冶峪河引水灌溉和張家山、紅旗及黨家堡抽水灌區(qū)。

由于冶峪河黑松林水庫和官山水庫調(diào)蓄能力差,故灌區(qū)灌溉保證率不高,加之各抽水站抽水灌溉成本高,該區(qū)域地下水埋深大,儲量少,井灌開采成本高、量小,農(nóng)田保灌率較低。該地區(qū)人畜飲用水為涇北供水的集中供水范圍。

1.4 階地平原區(qū)(IV)

本區(qū)包括了涇河一、二、三級階地,總面積350.76 km2。區(qū)內(nèi)地勢低平,開闊平坦,由西北向東南微度傾斜,是涇河平原的上游主體。該區(qū)灌溉歷史悠久,灌排系統(tǒng)齊全,加之位于涇河上游,地下水含水層顆粒粗,厚度大,透水性好,水量豐富。因此,區(qū)內(nèi)形成了渠井雙灌體系,水利化程度高,農(nóng)田保灌率高。

2 研究區(qū)地下水位動態(tài)變化特征分析

2.1 地下水位年內(nèi)動態(tài)變化

由洪積扇(II區(qū))楊趙村正北41265040#省級監(jiān)測井、興隆塬(III區(qū))白王洼地41265020#省級監(jiān)測井、高階地(IV2-1區(qū))甘李村東41265140#省級監(jiān)測井和仁和村南41265160#省級監(jiān)測井、云陽鎮(zhèn)張屯村西41265240#省級監(jiān)測井每5日地下水位動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),點(diǎn)繪地下水位年內(nèi)變化趨勢線(見圖1～圖5)。

圖1 41265040#省級監(jiān)測井地下水埋深年內(nèi)過程線

(1)41265040#省級監(jiān)測井位于興隆鎮(zhèn)楊趙村正北,所處地貌單元為洪積扇(II區(qū)),根據(jù)現(xiàn)狀年楊趙村41265040#監(jiān)測井5日水位監(jiān)測成果繪制了地下水埋深年內(nèi)過程線,過程線見圖1;由過程線可知該井年最大埋深為45.82 m,最小平均埋深為43.61 m,平均埋深為44.28 m。該井1-5月地下水位變化不大,5-8月持續(xù)下降,8月以后持續(xù)上升,年變幅2.21 m,當(dāng)年地下水平均埋深44.68 m。

分析地下水動態(tài)變化的原因,區(qū)內(nèi)淺層地下水位變化受降水、灌溉及開采等因素影響,春灌一般自2月中旬始,且用水量不大,以渠水為主,開采量相對較少,這一時(shí)期氣溫低、蒸發(fā)少、作物及田間需水量少,故1-5月地下水位變化不大。

夏灌自5月中旬始,至8月上旬結(jié)束,因近年地下水開采量大,引地表水水灌溉有所減少,雖然降水量增加,但因開采量較大,加之降水入滲補(bǔ)給有一定的滯后性,致使這一時(shí)期地下水位急劇下降。從5月份始,埋深值持續(xù)增大,表明地下水位持續(xù)下降,到8月達(dá)到當(dāng)年最大埋深45.82 m,該時(shí)段累計(jì)下降1.38 m,占當(dāng)年變幅的62%。由圖1可見,這時(shí)的地下水位下降達(dá)到谷值。進(jìn)入秋灌后,地下水開采量減少,雨季尚未結(jié)束,作物耗水量減少,故水位自9月份開始回升,12月至次年1、2月,適逢冬灌季,階地平原區(qū)受灌溉入滲補(bǔ)給與滯后的降水入滲補(bǔ)給的疊加,地下水位連續(xù)上升達(dá)到峰值。

(2)41265020#省級監(jiān)測井位于興隆鎮(zhèn)白王村北方向距離50 m,所處地貌單元為洪積扇(II區(qū))白王洼地,根據(jù)現(xiàn)狀年白王村41265020#監(jiān)測井5日水位監(jiān)測成果繪制了地下水埋深年內(nèi)過程線,過程線見圖2;由過程線可知該井年最大埋深為25.08 m,最小平均埋深為22.74 m,平均埋深為24.15 m。該井1-5月小幅回升,5-8月水位穩(wěn)定,8月以后持續(xù)上升,年內(nèi)地下水位總體持續(xù)上升,年變幅2.34 m,當(dāng)年地下水平均埋深24.14 m。

圖2 41265020#省級監(jiān)測井地下水埋深年內(nèi)過程線

分析該監(jiān)測井地下水年內(nèi)變化的原因,在白王洼地內(nèi),由于接受上年降水入滲補(bǔ)給較為充足,現(xiàn)狀年在開采量較小的情況下,地下水位仍持續(xù)上升;5-8月采補(bǔ)平衡,地下水位較為穩(wěn)定;8月以后接受降水入滲補(bǔ)給較為直接,垂直入滲補(bǔ)給作用較為明顯。因此,地下水位年內(nèi)持續(xù)上升,顯示出白王洼地較好的儲水條件。

(3)41265140#省級監(jiān)測井位于中張鎮(zhèn)甘李村東北方向距離30 m,所處地貌單元為高階地(IV2-1區(qū)),根據(jù)現(xiàn)狀年甘李村41265140#監(jiān)測井5日水位監(jiān)測成果繪制了地下水埋深年內(nèi)過程線,過程線見圖3;由過程線可知該井年最大埋深為35.63 m,最小平均埋深為34.03 m,平均埋深為35.16 m。該井1-8月水位變化不大,8月以后小幅上升,年內(nèi)地下水位總體持續(xù)上升,年變幅1.6 m,當(dāng)年地下水平均埋深35.16 m。

圖3 41265140#省級監(jiān)測井地下水埋深年內(nèi)過程線

分析該監(jiān)測井地下水年內(nèi)變化的原因,在高階地區(qū),1-5月,由于接受上年降水入滲補(bǔ)給仍在繼續(xù),且開采量較小,因此,該時(shí)段表現(xiàn)出地下水位持續(xù)小幅回升;5月以后,隨著開采量的增大,地下水位有所下降;9月以后接受降水入滲補(bǔ)給較為明顯,且開采量減少,地下水位持續(xù)上升。

(4)41265160#省級監(jiān)測井位于安吳鎮(zhèn)仁和村南南方向距離120 m,所處地貌單元位東北部高階地區(qū),41265240#省級監(jiān)測井云陽鎮(zhèn)張屯村西方向,所處地貌單元為低階地區(qū)。由圖4、圖5中的地下水埋深年內(nèi)過程線可知,兩圖具有相似的變化規(guī)律,1-9月,地下水位基本穩(wěn)定,10月以后持續(xù)上升。當(dāng)年變幅前者5.01 m,后者4.33 m,平均埋深前者15.97 m,后者13.56 m。

圖4 41265160#省級監(jiān)測井地下水埋深年內(nèi)過程線

圖5 41265240#省級監(jiān)測井地下水埋深年內(nèi)過程線

分析該兩監(jiān)測井地下水年內(nèi)變化的原因,該兩監(jiān)測井雖然處于不同地貌單元,但均位于地表水灌區(qū),1-9月,由于接受地表水灌溉補(bǔ)給和上年降水入滲補(bǔ)給的雙重影響,雖然有一定的地下水開采,但地下水總體上處于采補(bǔ)平衡,所以地下水位較為穩(wěn)定;10月以后,開采量減少,且由于冬灌地表水補(bǔ)給及時(shí),地下水位持續(xù)上升。

綜合上述分析結(jié)果可知,5個(gè)監(jiān)測井年內(nèi)共同的變化規(guī)律是,9月以后,各監(jiān)測井地下水位均持續(xù)上升,表明在涇陽縣域內(nèi),無論何種地貌單元,秋冬季節(jié)隨著地下水開采量的減少,加之接受前期降水的滯后補(bǔ)給,在地表水灌區(qū),接受冬灌地表水的補(bǔ)給,地下水位上升,地下水得到有效的補(bǔ)給和涵養(yǎng)。

2.2 地下水位年際動態(tài)變化

依據(jù)洪積扇(II區(qū))興隆鎮(zhèn)楊趙村正北41265040#省級監(jiān)測井、興隆塬(III區(qū))白王洼地的興隆鎮(zhèn)白王村41265020#省級監(jiān)測井、高階地(IV2-1區(qū))中張鎮(zhèn)甘李村東41265140#省級監(jiān)測井和安吳鎮(zhèn)仁和村南41265160#省級監(jiān)測井、低階地(IV1-1區(qū))涇干街辦蒙家村41265180#省級監(jiān)測井、云陽鎮(zhèn)張屯村西41265240#省級監(jiān)測井近20年地下水位動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),繪制降水量和地下水位年際變化過程線,見圖6和圖7。

圖6 2001-2020年降水量與洪積扇、黃土塬(Ⅱ、Ⅲ區(qū))地下水位年際變化圖

圖7 2001-2020年降水量與一、二級階地(Ⅳ區(qū))地下水位年際變化圖

2001-2020年,涇陽縣不同分區(qū)地下水位變化和降水關(guān)系密切。由圖6可知,洪積扇和黃土塬的41265040#監(jiān)測井和41265020#監(jiān)測井,總體上均處于持續(xù)下降趨勢;白王洼地41265020#監(jiān)測井地下水位在年際間和降水的關(guān)系十分密切,多年呈波浪狀起伏變化,顯示出洼地良好的補(bǔ)給和儲水條件。由圖7可知,位于二級階地的41265160#、41265180#和41265240#監(jiān)測井的地下水埋深均在20 m以內(nèi),只有41265140#監(jiān)測井位于高階地區(qū),地下水埋深均各年均超過30 m?？梢钥闯?無論是高階地還是低階地,4個(gè)監(jiān)測井2004年、2012年埋深值均較上年有所減少,即地下水位較上年均有一定程度的上升。究其原因,主要是上年2003年、2011年均為為豐水年,由于上年降水入滲對地下水補(bǔ)給的滯后影響,到下年地下水位均有所上升。2012年后,雖然也出現(xiàn)有降水量較大的年份,但由于長期的持續(xù)開采地下水,在以后的豐水年后,補(bǔ)給不能有效彌補(bǔ)過量開采出現(xiàn)的虧空,因而下一年并沒有出現(xiàn)地下水位的回升。從2004-2012年,41265140#監(jiān)測井和41265180#監(jiān)測井地下水位逐年回升,41265160#監(jiān)測井和41265240#監(jiān)測井上升和下降交替,呈現(xiàn)出一定的波動變化。2012年到2020年41265140#監(jiān)測井表現(xiàn)為持續(xù)下降,其他3個(gè)處于波動變化,但總體以下降為主。分析原因,41265140#監(jiān)測井位于高階地,由于接受補(bǔ)給較為滯后,加之多年的采補(bǔ)失衡,因此這一時(shí)期地下水持續(xù)下降;而其他3個(gè)監(jiān)測井位于低階地,受人類活動和自然因素影響明顯,接受地表各類補(bǔ)給和排泄也較為直接,開采量較大的年份地下水位下降,而補(bǔ)給較為充分的年份,地下水位上升,表現(xiàn)出地下水位的交替變化較為明顯。

2.3 地下水總變幅分析

本次選用均布在各地貌單元共10眼監(jiān)測井20年系列動態(tài)監(jiān)測成果,統(tǒng)計(jì)逐年平均水位監(jiān)測值、各年始末地下水位,各年始末地下水位差視為年均變幅。評始末年平均地下水位差為總降幅。計(jì)算結(jié)果可知,山前沖洪積扇區(qū)、北部黃土臺塬區(qū)、階地平原區(qū)近20年地下水位總降幅分別為-11.72 m、-6.88 m和-4.52 m;各區(qū)的年均地下水位年均變幅分別為-0.586 m、-0.348 m和-0.226 m。

3 結(jié)語

通過對涇陽地區(qū)近20年地下水位動態(tài)變化特征進(jìn)行評價(jià)可知,2001-2020年地下水位逐年下降。總變幅為:洪積扇區(qū)、黃土塬區(qū)、階地平原區(qū)分別為-11.72 m、-6.88 m、-4.52 m,洪積扇區(qū)最大,黃土塬區(qū)次之,階地平原區(qū)最小。地下水下降速率,洪積扇區(qū)、黃土塬區(qū)、階地平原區(qū)區(qū)域平均年降幅分別為0.586 m、0.344 m、0.226 m,洪積扇區(qū)下降速率最快,黃土塬區(qū)次之,階地平原區(qū)較小。從分布區(qū)位來看,呈北多南少的分布規(guī)律,主要原因是北部的補(bǔ)給源和補(bǔ)給條件差,但是農(nóng)灌開采量居高不下,導(dǎo)致了水位持續(xù)下降。