陶 虹，丁 佳，劉文波

（1.陜西省地質環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 西安 710054；2.中國地質環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081）

0 引言

關中盆地位于我國西北部，是世界新亞歐大陸橋的中心，是國務院《關中—天水經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》的核心部分。盆地內(nèi)土壤肥沃、農(nóng)業(yè)發(fā)達，素有“八百里秦川”之稱，是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一。其地下水開發(fā)利用追溯求源，已有數(shù)千年的歷史，而動態(tài)監(jiān)測則起源于20世紀50年代中期。地下水動態(tài)監(jiān)測為政府決策部門提供了大量的數(shù)據(jù)，在保障區(qū)域供水安全及地質災害防治方面起到了重要作用。但隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，目前監(jiān)測網(wǎng)絡已不適應獲取精度越來越高、范圍越來越廣的動態(tài)信息要求。2010年10月，中國地質調查局立項新開“關中盆地城市群城市地質調查”項目，作為城市地質調查的基礎，其子項目關中盆地地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)建設2011年首先啟動。

1 關中盆地監(jiān)測現(xiàn)狀

關中盆地地下水監(jiān)測網(wǎng)由西安、咸陽、寶雞、渭南、銅川5個城市局域網(wǎng)組成，各局域網(wǎng)由市級監(jiān)測站管理，其轄區(qū)內(nèi)的野外監(jiān)測及數(shù)據(jù)整理由各市站具體負責，上報省地質環(huán)境監(jiān)測總站，由省地質環(huán)境監(jiān)測站負責數(shù)據(jù)匯總、整理，上報中國地質環(huán)境監(jiān)測院［1］。

2011年盆地內(nèi)共有長期監(jiān)測點221個，控制面積約850km2，監(jiān)測300m深度內(nèi)的第四系松散層孔隙水潛水和承壓水。其中河谷階地212個、秦嶺山前洪積扇4個、黃土臺塬5個。監(jiān)測點分布極不均衡，位于以西安、咸陽、寶雞、渭南、銅川等城市為中心的集中供水水源地共211個，占監(jiān)測點總數(shù)的95.5％，區(qū)域上的監(jiān)測點控制甚少，僅為10個，占監(jiān)測點總數(shù)的4.5％。

2 地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡設計

關中盆地地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡設計采用建設監(jiān)測剖面線與編制地下水動態(tài)類型圖［2］相結合的方法。根據(jù)盆地內(nèi)含水系統(tǒng)特征布設控制性監(jiān)測剖面線，縱橫剖面線結點為骨干監(jiān)測點。然后根據(jù)地下水動態(tài)類型分區(qū)，圍繞監(jiān)測剖面補充完善監(jiān)測點，形成關中盆地地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡。

2.1 建設監(jiān)測剖面

盆地內(nèi)含水系統(tǒng)分為黃土臺塬孔隙—裂隙含水系統(tǒng)、沖積平原孔隙含水系統(tǒng)、秦嶺山前洪積平原孔隙含水系統(tǒng)、渭北巖溶含水系統(tǒng)等4個含水系統(tǒng)。橫向監(jiān)測剖面從南到北布設4條，分別控制4個不同的含水系統(tǒng)，縱向剖面5條，分別控制盆地內(nèi)城市或重要經(jīng)濟區(qū)地下水動態(tài)變化特征。形成4橫5縱共9條剖面線［11］（圖 1）。

2.2 編制地下水動態(tài)類型分區(qū)圖

影響地下水動態(tài)的因素主要有地形地貌、含水層結構特征、水位埋深、土壤類型、土地利用、降水量、地表水體及人工開采等，對各種因素進行綜合分析后生成四張地下水動態(tài)影響要素圖，即水文地質分區(qū)［3］、非飽和帶特征分區(qū)、地下水補給分區(qū)、地下水局部影響分區(qū)。

圖1 關中盆地地下水動態(tài)監(jiān)測剖面線布置圖Fig.1 Layout for the section plane of the groundwater dynamics monitoring in Guanzhong Basin

水文地質分區(qū)圖：根據(jù)關中盆地含水層巖性、成因及地下水動力特征將盆地內(nèi)松散巖類孔隙水劃分為4個含水巖組，即分布于渭河及其支流階地的沖積砂、砂礫石與亞粘土互層孔隙含水系統(tǒng)，分布于秦嶺及北山洪積扇的洪積漂石、砂礫石與亞粘土互層孔隙含水系統(tǒng)，分布于黃土臺塬的風積黃土孔隙含水系統(tǒng)，分布于渭北的基巖裂隙巖溶含水系統(tǒng)。根據(jù)含水巖組劃分結合關中盆地地下水富水性分區(qū)，富水性分區(qū)分為極強富水區(qū)（單位涌水量20～40t/h·m）、富水—強富水區(qū)（單位涌水量5～20 t/h·m）、中等富水區(qū)（單位涌水量1～5t/h·m）、弱富水區(qū)（單位涌水量0.5～1t/h·m）4級區(qū)。共劃分出52個水文地質小區(qū)。

非飽和帶分區(qū)圖：由地下水埋深圖和土壤巖性圖疊加合成，土壤巖性分區(qū)分為黃土區(qū)、粘性土區(qū)、砂卵礫土區(qū)三類區(qū)，地下水埋深分區(qū)分為0～10m、10～20m、20～50m、50～80m、＞80m 共 5個區(qū)間，共分為72個小區(qū)。

補給分區(qū)：關中盆地地下水補給主要來源于以下四個方面：（1）大氣降水的垂直滲入；（2）山前河流垂直滲漏；（3）渭河豐水期河水滲漏補給；（4）渠灌入滲。是在土地利用圖和地下水補給來源的基礎上疊加合成的，共分為22個區(qū)。

局部影響分區(qū)：關中盆地地下水補給分區(qū)將關中盆地劃分為灌溉補給區(qū)、降水入滲補給區(qū)、渭河側滲補給區(qū)、降水入滲及徑流補給區(qū)5類區(qū)域，共分為65個小區(qū)。

將四要素圖進行疊加，得到關中盆地地下水動態(tài)類型分區(qū)圖（圖2）。疊加過程中形成的面積小于1km2的小區(qū)進行分析后與相鄰區(qū)合并，全區(qū)最終分為118個動態(tài)類型分區(qū)。地下水動態(tài)分區(qū)圖是監(jiān)測網(wǎng)設計的主要依據(jù)，只有每個地下水類型區(qū)都有監(jiān)測井控制，才能真正監(jiān)測到地下水動態(tài)區(qū)域變化。

2.3 動態(tài)監(jiān)測孔的布設

（1）充分利用已有監(jiān)測井。

（2）每一個地下水動態(tài)類型分區(qū)至少放置一對監(jiān)測孔，分別監(jiān)測該區(qū)域內(nèi)的潛水和承壓水［4］。

（3）在人類工程活動劇烈區(qū)、地質環(huán)境敏感區(qū)和地下水開采引發(fā)環(huán)境地質問題突出及可能引發(fā)環(huán)境地質問題區(qū)域加密監(jiān)測孔布設。

將現(xiàn)有長觀井中井孔質量較好，能夠利用的監(jiān)測孔投影到地下水動態(tài)類型分區(qū)圖上，在沒有監(jiān)測孔分布的動態(tài)分區(qū)內(nèi)補充新的監(jiān)測孔，在某一動態(tài)類型小區(qū)內(nèi)若存在較多監(jiān)測點則進行適當刪減。

優(yōu)化后的監(jiān)測網(wǎng)共有監(jiān)測點239個［10］，其中利用原有監(jiān)測孔165個，新增加監(jiān)測孔74個。監(jiān)測孔位于秦嶺及北山山前洪積平原19個，渭河河谷區(qū)173個，黃土塬區(qū)47個（包括渭北巖溶4個）。潛水監(jiān)測井120個，承壓水監(jiān)測井119個（圖3）。

圖2 關中盆地地下水動態(tài)類型分區(qū)圖Fig.2 Zoning map of the Groundwater dynamics types in Guanzhong Basin

圖3 關中盆地地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)布置圖Fig.3 Layout of the Groundwater dynamics monitoring network in Guanzhong Basin

3 監(jiān)測網(wǎng)的應用

2010年10月，我國華北、黃淮、西北等部分省份持續(xù)干旱，關中盆地為主要旱區(qū)之一，從2010年10月至2011年 1月底累計降水 30.4～70.2mm，較2001～2009年同期減少18.92～43.58mm，已形成冬春連旱，農(nóng)田作物受旱面積達31.4×104hm2，其中重旱3.1×104hm2。針對干旱的嚴峻形勢和地下水監(jiān)測工作現(xiàn)狀，中國地質環(huán)境監(jiān)測院部署了專門用于服務應急抗旱技術支撐的地下水監(jiān)測工作，啟動了嚴重缺水地區(qū)地下水監(jiān)測項目，要求重點加強地下水位監(jiān)測頻次，實時編制抗旱找水打井區(qū)域地下水位圖件。優(yōu)化后關中盆地動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)在此項目中發(fā)揮了重要作用。

2011年2月至8月，根據(jù)優(yōu)化后的關中盆地動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，結合旱區(qū)加密統(tǒng)測井，進行了高頻次地下水位統(tǒng)測，編制了陜西省關中盆地應急抗旱淺層地下水水位等值線及埋深圖（圖4）。動態(tài)監(jiān)測表明［9］，2011年2月至5月，關中盆地的渭河河谷階地區(qū)由于限制開采地下水，水位以上升為主，特別是在城市集中供水水源地，水位上升幅度更大，升幅最大的地區(qū)位于西安市灃皂河水源地為2.55m；秦嶺洪積扇區(qū)地下水接受山區(qū)徑流補給予充分，水位呈波動變化略有下降，平均降幅0.32m；黃土塬區(qū)水位升降幅度較大，其中咸陽、寶雞黃土塬區(qū)地下水補給量大于開采排泄量，水位以上升為主；渭南北部黃土塬和西安南部黃土塬（白鹿塬），水位以下降為主且降幅較大，是關中盆地的主要干旱區(qū)，平均降幅1～5m，最大水位降幅為8.52m，位于渭南市北部蒲城三合鄉(xiāng)。

圖4 關中盆地地下水位等值線及潛水埋深圖Fig.4 Contour map of Groundwater level and buried depth in Guanzhong basin

4 結論

關中盆地地下水位監(jiān)測歷史較長，但監(jiān)測井集中分布于城市供水水源地，對區(qū)域地下水動態(tài)特別是城市之間農(nóng)田區(qū)地下水動態(tài)控制不夠。本文采用建設監(jiān)測剖面與編制地下水動態(tài)類型圖相結合的方法，共布設239個監(jiān)測點，利用原有監(jiān)測點165個，新增監(jiān)測點74個。新設計的監(jiān)測網(wǎng)能較全面地控制關中盆地地下水區(qū)域動態(tài)變化，使監(jiān)測信息更為科學合理，提高了盆地內(nèi)整體監(jiān)測水平。新建監(jiān)測網(wǎng)在2011年“嚴重缺水地區(qū)地下水監(jiān)測項目”中試運行，以動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)確定了主要干旱區(qū)位于渭南市北部及西安南部黃土臺塬，為關中盆地應急抗旱找水打井提供地下水動態(tài)技術支撐。

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