毛旭閣，羅奇斌，李貴娟，王耀軍

(1.中煤科工集團(tuán)西安研究院，陜西 西安 710069;2.西北大學(xué)，陜西 西安 710069;3.陜西煤田地質(zhì)局一八六隊(duì)，陜西 西安710069;4.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450000)

靖邊地處陜、甘、寧、蒙四省交界地帶，是國(guó)家能源重化工榆林基地的重要組成部分。近年來(lái)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源需求急劇增加，已經(jīng)造成部分地段的地下水位持續(xù)下降、湖泊消亡、局部沙漠化等生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)。因此，研究水源地開(kāi)采的相互影響以及地下水開(kāi)發(fā)的環(huán)境效應(yīng)，對(duì)水源地地下水合理開(kāi)發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)50年水資源利用歷史分析

以掌高兔水源地為例，根據(jù)歷史資料分析統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)自1957年至2008年間52年的各種水資源(淺層水，深層水，飲用水，灌溉水，海子水)利用情況，如圖1所示:

由圖1-1可看出，研究區(qū)內(nèi)自1957年開(kāi)始，飲用水量逐年增加，從1.68×104m3/a增至2008年的 5.74 ×104m3/a，其主要是由于當(dāng)?shù)鼐用袢丝谠黾蛹吧髷?shù)量增加所致;自1970年開(kāi)始利用地表海子水及淺層地下水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，其間主要為海子水利用，約占水資源利用的95%，自1993年開(kāi)始，淺層水利用量增大，由5%增至15%，直到1998年的40%，海子水最大利用量達(dá)44×104m3/a，淺層水最大利用量達(dá)35%;自1998年后，由于海子枯竭，潛水水位下降，難以繼續(xù)利用，深層水資源開(kāi)始大量開(kāi)采(長(zhǎng)慶水源井于1997年開(kāi)始開(kāi)采)。其中海子水1998年停用，淺層水2000年基本停用。

圖1 研究區(qū)水資源歷史利用情況

2 研究區(qū)海子演化歷史模擬

2.1 模擬方法

利用上述水資源利用歷史資料并結(jié)合相關(guān)年份降雨蒸發(fā)資料，根據(jù)計(jì)算區(qū)水文地質(zhì)條件，區(qū)內(nèi)含水層為多層結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)各向異性介質(zhì)，存在時(shí)空分配不均，即將大氣降水入滲補(bǔ)給、蒸發(fā)排泄以面狀補(bǔ)給源按時(shí)間順序倒序加入模型;區(qū)內(nèi)農(nóng)灌開(kāi)采井多且分散，不適用開(kāi)采井的形式加入模型計(jì)算，采用面狀開(kāi)采強(qiáng)度以時(shí)間倒序的形式加入到模型中;農(nóng)灌水回歸補(bǔ)給同樣以面狀反補(bǔ);掌高兔水源地現(xiàn)狀開(kāi)采井5眼，開(kāi)采量按點(diǎn)匯，按開(kāi)采量以時(shí)間倒序順序加入模型。對(duì)于這種復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，根據(jù)水均衡原理，數(shù)值法能夠較好地利用數(shù)值模型計(jì)算。

2.2 模擬結(jié)果分析

按上述模擬方法進(jìn)行模型預(yù)測(cè)，對(duì)研究區(qū)52年海子演化狀況反演分析，預(yù)測(cè)結(jié)果如下:

根據(jù)野外實(shí)測(cè)資料及當(dāng)?shù)貧v史資料記載，研究區(qū)掌高兔水源地歷史上曾有18個(gè)海子，海子總面積約4 300畝，1998年后海子面積急劇縮小至約200畝，到2008年海子僅存2個(gè)，面積僅有12畝;水源地歷史上曾有2條地下水溢出匯流的小河，其源頭在廟灘和雙海則，經(jīng)紅進(jìn)灘流出本論證區(qū)后最終注入無(wú)定河，泉集河全長(zhǎng)約40 km，兩條小河均于1993年斷流至今。

根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果:研究區(qū)1957年時(shí)海子面積共291.66 km2，約 4 374.88 畝;1993 年時(shí)，區(qū)內(nèi)河流斷流，海子大面積減少，共 27.85 km2，約 417.68畝;2008年，海子基本枯竭，僅存2個(gè)，0.86 km2，約12.88畝。模型預(yù)測(cè)與歷史事實(shí)吻合良好。

3 研究區(qū)地下水位及海子水位演化歷史分析

3.1 地下水位演化分析

綜合前述資料及模擬方法，對(duì)研究區(qū)地下水位52年演化歷史進(jìn)行反演模擬分析，其模擬預(yù)測(cè)結(jié)果如下(圖2):

圖2 研究區(qū)地下水位歷史演化模擬

由圖2的預(yù)測(cè)結(jié)果可看出，研究區(qū)淺層水水位自1957年開(kāi)始，60年代(即到預(yù)測(cè)10年左右)水位穩(wěn)定;70～80年代(到預(yù)測(cè)35年左右)水位略有下降，變化速度緩慢;自90年代后(到預(yù)測(cè)50年)潛水水位下降變化迅速，下降明顯。研究區(qū)深層水位自1957年開(kāi)始至90年代末(到預(yù)測(cè)40年左右)，基本保持穩(wěn)定，變化不大;1998年后水位開(kāi)始下降且速度較快。

預(yù)測(cè)結(jié)果與掌高兔水源地歷史發(fā)展情況基本吻合。對(duì)于淺層水，70年代之前，用水量集中在當(dāng)?shù)鼐用耧嬘盟吧笠盟?，用水量很少，水位基本沒(méi)有變化;70～80年代，隨著人口及牲畜的增加，加之開(kāi)始引水灌溉，水位開(kāi)始有所下降，但此段時(shí)間內(nèi)灌溉用水主要利用地表海子水，所以淺層水雖有變化，但速度緩慢，進(jìn)入90年代后，地表海子水基本枯竭，人口牲畜數(shù)量仍在增加，地下潛水大量開(kāi)發(fā)導(dǎo)致其水位變化加快，下降明顯。對(duì)于深層承壓水，90年代末期，淺層水水位下降導(dǎo)致難以繼續(xù)利用，深層水即開(kāi)始被大量開(kāi)采，同時(shí)工業(yè)用水介入，致使承壓水水位開(kāi)始迅速下降至今。

3.2 海子水位演化分析

以廟灘龍眼井海子演化歷史為例綜合其海子開(kāi)發(fā)利用資料，運(yùn)用前述模擬方法，對(duì)研究區(qū)海子水位52年演化歷史進(jìn)行反演模擬分析，其模擬預(yù)測(cè)結(jié)果如下:(圖3):

圖3 研究區(qū)海子水位歷史演化模擬(以龍眼井海子為例)

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果分析，研究區(qū)海子水利用主要伴隨著當(dāng)?shù)毓喔扔盟考叭诵箫嬘糜盟康脑黾佣兓?0年代初，由于開(kāi)始飲水灌溉，海子水隨之開(kāi)始變化，水位降低，伴隨人畜數(shù)量不斷增加，灌溉水量不斷增長(zhǎng)，海子水利用量也不斷增大，至90年代中期基本干涸。

4 研究水資源開(kāi)發(fā)利用與環(huán)境影響關(guān)系

水資源不斷的開(kāi)發(fā)利用，地表水干涸，地下水位下降，必然導(dǎo)致水環(huán)境的改變，進(jìn)而對(duì)環(huán)境造成影響。加之氣候因素的干預(yù)，使其對(duì)環(huán)境影響更為明顯。

由于近年氣候原因，研究區(qū)降雨補(bǔ)給不斷減少(圖4)，近3年降雨量相較與過(guò)去50年減少近18%，相較與過(guò)去30年減少近9%。

圖4 研究區(qū)降雨量

5 結(jié)論

水資源的持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，對(duì)研究區(qū)自然環(huán)境發(fā)生著明顯的影響。60～70年代研究區(qū)水資源為正均衡狀態(tài)，研究區(qū)內(nèi)水資源充足，地表植被生長(zhǎng)繁盛，海子豐盈，生物種類(lèi)眾多，生態(tài)平衡;隨著當(dāng)?shù)厝丝谠黾?，農(nóng)業(yè)的發(fā)展，用水量增加，地表水體已不能滿(mǎn)足用水需求，開(kāi)始引用地下淺層水;伴隨農(nóng)業(yè)規(guī)模增大及工業(yè)用水的介入，水資源需求量進(jìn)一步增大，淺層水水位下降，引起當(dāng)?shù)鼐用駶撍畧?bào)廢，灌溉困難的生活問(wèn)題及河流斷流，海子枯竭等環(huán)境問(wèn)題，繼而深層水也開(kāi)始被開(kāi)發(fā)利用，水資源從正均衡演變?yōu)樨?fù)均衡狀態(tài)。

雖然研究區(qū)地下水儲(chǔ)量豐富，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，有能力在豐水年或雨季來(lái)臨時(shí)將上述問(wèn)題給予緩解，但由于近年氣候原因，降水量連年減少，上述問(wèn)題不斷加劇，植被死亡，土地沙化，居民生活困難，環(huán)境破壞嚴(yán)重。

［1］楊澤元，王文科等陜北風(fēng)沙灘地區(qū)生態(tài)安全地下水位埋深研究［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2006，34(8)

［2］李佩成.試論人類(lèi)水事活動(dòng)的新思維［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2000，2(2):5～9

［3］陜西地礦部，靖邊縣西部地區(qū)供水水文地質(zhì)詳查［R］.2000，6

［4］陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九0八水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，陜西省靖邊縣掌高兔源地供水水文地質(zhì)勘探［R］.2008