富平縣石川河河谷區(qū)地下水開發(fā)利用程度及水位變化特征研究

馬李秀，袁 凱，劉建勇

(1.陜西省地下水保護與監(jiān)測中心，陜西 西安 710003；2.陜西瀚泰水利水電勘測設計有限公司，陜西 西安 710000)

七八十年代，石川河來水多集中于雨季，冬春季經(jīng)常斷流。近年來，由于氣候變化和人類活動的共同影響，石川河階地區(qū)有少量徑流為當?shù)匦⌒退９こ虜r蓄，很難形成地表徑流，造成富平段石川河河道幾乎連年干枯，成為名副其實的干河。雖然區(qū)內已有桃曲坡水庫、東雷抽黃二期工程等地表客水，但引水量有限。由于地表水資源的缺乏，地下水資源的開發(fā)利用就顯得尤為重要，區(qū)內城鄉(xiāng)居民生活、工農業(yè)生產(chǎn)的用水以地下水為主，多年連續(xù)大量開采地下水，導致地下水開發(fā)利用的程度總體較高。八十年代到2012年期間是石川河河谷區(qū)地下水開采由無序到劇增再到逐步減少的變化期，對該階段的地下水開發(fā)利用程度、地下水位動態(tài)變化進行研究具有現(xiàn)實意義。

1 石川河流域概況

石川河發(fā)源于陜西銅川市印臺區(qū)崾峴梁下，在西安市臨潼區(qū)交口鎮(zhèn)注入渭河，流域地跨銅川、咸陽、渭南、西安四市，總流域面積4 478 km2，其中富平縣境內流域面積370 km2，占總流域面積的8.3%，除去流域內洪積扇、黃土臺塬等地貌部位，河谷階地區(qū)面積為132.31 km2。

富平縣石川河河谷階地區(qū)居關中腹地，地理坐標位于東經(jīng)108°57′～109°19′，北緯34°41′～34°55′之間，北依喬山余脈，南鄰渭河階地，地理上西接咸陽三原，南接西安閻良，距渭南市約30 km，西南距西安約66 km，富平境內轄梅家坪鎮(zhèn)(含原洪水鄉(xiāng))、覓子鄉(xiāng)、莊里鎮(zhèn)、淡村鎮(zhèn)、南社鄉(xiāng)、城關鎮(zhèn)、東上官鄉(xiāng)等七個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

石川河支流沮河發(fā)源于耀州區(qū)柳林瑤曲黑草溝，大致以北西—東南方向流經(jīng)銅川市耀州區(qū)城區(qū)。該河全長77 km，流域面積916 km2，最大流量156 m3/s，災害性洪水極端流量1 500 m3/s，枯水期流量僅0.92 m3/s，多年平均徑流量1.79億 m3。在該河流上游耀州區(qū)境內修有桃曲坡水庫；另一支流漆水河發(fā)源于銅川市印臺區(qū)焦坪鄉(xiāng)的崾峴梁下，上游流向東南，至銅川市北關折向西南，在耀州城南與沮河匯合后稱為石川河。漆水河全長64 km，流域面積808 km2。據(jù)耀州區(qū)水文站資料，最大洪水流量842 m3/s，枯水期流量甚微以致于斷流，多年平均徑流量0.36億 m3。

2 石川河河谷區(qū)地下水開發(fā)利用程度分析

石川河河谷區(qū)開發(fā)利用地下水始于上世紀60年代中后期，最初開發(fā)利用程度較低，主要開發(fā)形式為大口井，地下水位埋藏淺，出水量大，較經(jīng)濟實惠，隨著用水需求不斷增大，井數(shù)不斷增加，井深也逐漸加深，至70年代石川河河谷區(qū)井深一般在100 m以內，超過100 m的井很少，進入上世紀上世紀80年代中后期，由于大量開采地下水，造成地下水位持續(xù)下降，水量逐漸減小，在一級階地后緣二級階地100 m以內的淺機井基本報廢，東上官鄉(xiāng)黃村漏斗區(qū)面積逐漸擴大，南社鄉(xiāng)局部出現(xiàn)漏斗。到1978年，石川河河谷階地區(qū)8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(包括城關鎮(zhèn))地下水年開采總量4 015.36萬 m3，其中農業(yè)開采量3 596.63萬 m3，工業(yè)年開采量418.73萬 m3。農業(yè)開采主要集中在東上官鄉(xiāng)、南社鄉(xiāng)一帶，分別為893.37萬 m3、962.2萬 m3，開采量最小為杜村鎮(zhèn)，年開采量168.56萬 m3；工業(yè)開采主要集中在東上官鄉(xiāng)、莊里鎮(zhèn)，其中東上官鄉(xiāng)開采量384.39萬 m3，占工業(yè)開采量的91.8%。因此，東上官鄉(xiāng)、南社鄉(xiāng)漏斗是由于農業(yè)、工業(yè)開采量較大造成的。

通過分析富平縣水利局提供的1978-2012年期間有關資料(表1、圖1)，石川河河谷區(qū)工農業(yè)地下水開采量年際變化大，自1978年始，最大的1987年開采量達7 216.59萬 m3，最小的2004年開采量僅2 433.68萬 m3，最大值為最小值的近3倍。1979-2002年石川河河谷區(qū)地下水開采大致分兩個階段，

(1)第一階段為1979-1982年，四年間農業(yè)年開采量15 077.68萬 m3，年平均開采量3 769.42萬 m3；工業(yè)開采量3 933.35萬 m3，年平均開采量983.34萬 m3；工業(yè)開采主要集中在東上官鄉(xiāng)、莊里鎮(zhèn)，尤以莊里鎮(zhèn)為甚，其四年開采量2 420.81萬 m3，年平均開采量605.2萬 m3，占河谷區(qū)年均工業(yè)開采量的61.6%。河谷區(qū)潛水已基本疏干，在漫灘區(qū)100 m以內的淺機井也已基本報廢，開采目的層由潛水轉為淺層承壓水，漏斗區(qū)在原來東上官鄉(xiāng)黃村漏斗、南社局部漏斗的基礎上增加了杜村、莊里漏斗區(qū)。

表1 石川河谷區(qū)1978-2012農業(yè)和工業(yè)開采地下水統(tǒng)計成果一覽表 萬 m3

圖1 富平縣石川河谷階地區(qū)工農業(yè)地下水開采量年際變化圖

(2)第二階段出現(xiàn)在1985-2000年，這一時期是石川河河谷區(qū)開采量劇增的階段，出現(xiàn)了一級階地區(qū)南社鄉(xiāng)溫家、東上官鄉(xiāng)康村東、覓子鄉(xiāng)北韓村；二級階地區(qū)南社鄉(xiāng)新南社、東上官鄉(xiāng)北里村，城關鎮(zhèn)東化新勝等急劇下降的區(qū)域，有些是局部出現(xiàn)，有些是較為集中的漏斗區(qū)。1985-2000年16年間，累計農業(yè)年開采量65 125.58萬 m3，年平均開采量4 070.35萬 m3；累計工業(yè)開采量12 737.69萬 m3，年平均開采量796.11萬 m3；工業(yè)開采仍然集中在東上官鄉(xiāng)、莊里鎮(zhèn)，其中莊里鎮(zhèn)1978-2012年工業(yè)用水量15 945.63萬 m3，占工業(yè)總用水量24 940.85萬 m3的63.93%。到2003年，石川河河谷區(qū)地下水開采量出現(xiàn)大幅回落，這與國有企業(yè)改革在地方深化推進產(chǎn)業(yè)調整有一定關系，自此以后開采量趨于穩(wěn)定。2003年開采量為2 719.23萬 m3，2006年以來，年開采量保持在3 000萬 m3以上，到現(xiàn)狀年2012年，開采量為3 598.3萬 m3，為波動上升態(tài)勢，年均遞增3.16%，這又與國有企業(yè)改革減員增效引發(fā)的活力與西部大開發(fā)政策促進富平縣域經(jīng)濟發(fā)展快速活躍有一定關聯(lián)。

3 研究區(qū)地下水動態(tài)變化分析

根據(jù)搜集的統(tǒng)測井1978-2012年動態(tài)觀測資料，對石川河河谷地區(qū)的潛水位多年變化特征進行分析可知，自1978年以來全區(qū)均呈現(xiàn)下降趨勢，1996年以來部分地區(qū)下降速率稍有放緩，僅在個別地段潛水位潛水動態(tài)相對穩(wěn)定。根據(jù)各處水位下降的特點及1978-2012年的地下水位埋深變幅，可將本區(qū)劃分為相對穩(wěn)定區(qū)、緩慢下降區(qū)、強烈下降區(qū)、急劇下降區(qū)。各處多年下降幅度及多年動態(tài)特征參見圖2～圖6。

圖2 漫灘、一級階地區(qū)相對穩(wěn)定區(qū)

圖3 一級階地緩慢下降區(qū)

圖4 一級階地強烈下降區(qū)

圖5 二級階地急劇下降區(qū)

圖6 一級階地急劇下降區(qū)

3.1 相對穩(wěn)定區(qū)

主要分布在梅家坪鎮(zhèn)、縣城西南側城關鎮(zhèn)靠近南社的儲家社、北丹王村一帶，潛水位埋深20 m左右，多年地下水水位呈輕微波動變化。受人工開采及降水影響，部分年份波動較大，如城關鎮(zhèn)儲家社觀測井，1988-1996年潛水位埋深變幅在5～10 m之間波動，1997年之后，潛水位埋深基本穩(wěn)定在20 m左右。

3.2 緩慢下降區(qū)

主要分布在覓子鄉(xiāng)鐵佛村，東上官焦東、縣城城關蓮湖村一帶，地下潛水位埋深由最初的30～40 m增大到2012年的50～60 m，地下水水位總體下降幅度達30 m左右，呈現(xiàn)波動下降。1996年以前，具先升后降的特點，1987年作為拐點，之后下降幅度較大，至1996年以后，基本保持穩(wěn)定，其中東上官焦東、縣城城關蓮湖村一帶，由于開采強度較大等原因，加上1993-995年連續(xù)三年為偏枯年份，地下水位下降幅度較大。

3.3 強烈下降區(qū)

主要分布在莊里鎮(zhèn)西關、南社北西肖郭村、城關迤山柳家與東上官余灣等地，地下潛水位埋深由最初的20～30 m增加到2012年的60～70 m，地下水位總體下降幅度為40～50 m，基本屬于持續(xù)下降。1983-1986年與2003-2004年分別出現(xiàn)了一次潛水位回升過程，這與兩次附近年份屬豐水年或極豐水年有關。

3.4 急劇下降區(qū)

主要分布在南社鄉(xiāng)新南社、溫家村附近，覓子以南北韓至官莊一帶，城關東化、東上官雙河至北里村一帶，地下潛水位埋深由最初的20～30 m增加到2012年的70 m左右，地下水位總體下降幅度達40～50 m，基本上持續(xù)下降，其中覓子北韓村觀測井資料顯示，1998年以前潛水位下降緩慢，其后潛水位下降速率較快。

3.5 地下水變化成因分析

1978-2012年，河谷區(qū)潛水位多呈現(xiàn)大幅度下降，下降幅度較大的地區(qū)是莊里—南午、南社、縣城和東上官雙河村一帶，動態(tài)特征表現(xiàn)為持續(xù)下降。造成河谷區(qū)潛水位多年來呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢的原因，除氣象、水文因素外，主要是強烈開采地下潛水。河谷區(qū)在1960年以前主要是利用地表水灌溉，從1960年以后，逐漸開始發(fā)展井灌，最初以人工開挖大口淺井及鍋錐井為主，到1960年代后期開始建設中深井，井深80～100 m，單井出水量80～200 m3/h。1990年以來，石川河因上游桃曲坡水庫攔蓄，加之銅川市及耀州區(qū)發(fā)展，需水逐年增大，岔口以下多年持續(xù)斷流，僅在豐水季節(jié)有少量徑流，計劃給富平配水4 565.4萬 m3。從近年的運行情況來看，實際年平均供水僅2 613.6萬 m3，其余均靠地下水解決，從均衡計算結果看，雖然豐水年降水入滲補給量增加，但因工農業(yè)開采量大，使得補給量始終小于排泄量，造成負均衡，使地下水位持續(xù)下降。

4 地下水開發(fā)利用中存在問題

富平縣石川河河谷區(qū)工農業(yè)較發(fā)達，為縣域內主要經(jīng)濟活動區(qū)域，對富平縣域經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用。由于地下水開發(fā)歷史悠久，負均衡狀態(tài)長期存在，導致地下水位長期持續(xù)下降，以至莊里、南社、城關、東上官等多處區(qū)域降落漏斗形成并不斷擴展，總體看來，主要存在的問題是：

4.1 供給水源較單一

1990年代以來，石川河因上游桃曲坡水庫攔蓄，計劃給富平配水4 565.4萬 m3，實際年平均供水僅2 613.6萬 m3，相差1 956.8萬 m3，而且集中在汛期。加之，由于地表水灌溉的季節(jié)性較強，隨著農業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的調整，地表水不能滿足農業(yè)的適時、多頻次灌溉，出現(xiàn)長期大量持續(xù)開采地下水的現(xiàn)象。因此，富平縣石川河河谷區(qū)工農業(yè)用水對地下水的依賴程度仍然較高。

4.2 區(qū)域內調蓄設施不足

區(qū)域內僅有一座紅星水庫尚可有效利用，其余規(guī)模極小，調蓄能力嚴重不足，且雨洪資源難以應用。

4.3 水資源利用效率較低

目前富平縣石川河河谷階地區(qū)多為水澆地，但灌溉模式仍較落后，多為大水漫灌，水資源利用效率較低；區(qū)域內工業(yè)主要為高耗水的水泥、陶瓷等產(chǎn)業(yè)，用水工藝尚需提升。

5 結語

綜上所述，富平縣石川河河谷地區(qū)地下水開發(fā)歷史很長，地下水長期處于超采狀態(tài)。近年來該區(qū)域工農業(yè)比較發(fā)達，在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用，工農業(yè)用水對地下水的依賴程度仍然較高，遠期應做好該地區(qū)的地下水保護與科學開發(fā)利用，通過優(yōu)化水資源配置，合理優(yōu)化地表水、地下水用水結構，增大地表水用水量，增加地下水補給，嚴格控制地下水開采，以豐補歉，豐枯調節(jié)，進行地下水調蓄，從而實現(xiàn)地下水的采補平衡，有效涵養(yǎng)地下水資源，保護地下水生態(tài)環(huán)境。