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        秦嶺北麓地下水資源開發(fā)利用分析

        2018-12-10 10:29:12唐世南潘扎榮
        水利規(guī)劃與設(shè)計 2018年11期
        關(guān)鍵詞:研究

        王 奇,唐世南,潘扎榮

        (1.華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450000;2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院,北京 100120)

        秦嶺北麓南靠秦嶺,北依渭河,地處八百里秦川的關(guān)中平原重地,是陜西省經(jīng)濟核心地帶,目前正成為西部乃至全國最具輻射帶動作用和最具發(fā)展機遇的區(qū)域之一。資源型缺水的本質(zhì)與經(jīng)濟社會發(fā)展的需求導(dǎo)致該地區(qū)對水資源長期掠奪式的開發(fā),造成了日益嚴(yán)重的水資源短缺和生態(tài)破壞。水資源問題已成為制約該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的主要因素之一,而地下水作為水資源的重要組成部分,在保障城鄉(xiāng)居民生活、支持經(jīng)濟社會發(fā)展和維護生態(tài)平衡等方面具有不可替代的作用[1]。目前國內(nèi)與之相關(guān)的理論方法和研究成果較多,但研究范圍大多是陜西全境或關(guān)中地區(qū),且資源系列時間較早,很難反映近期研究區(qū)地下水資源特點。為此,本文在已有研究成果的基礎(chǔ)上,梳理分析近期秦嶺北麓地下水資源及其開發(fā)利用狀況,為區(qū)域地下水資源合理開發(fā)利用與保護、政府重大項目或區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供支撐。

        1 研究區(qū)概況

        秦嶺北麓以秦嶺分水嶺和渭河為南北邊界,以陜西省界為東西邊界,主要涉及西安、寶雞和渭南三市,見圖1,面積約1.49萬km2,其中山丘區(qū)面積約0.86萬km2,平原區(qū)面積約0.63萬km2。秦嶺北麓屬黃河流域,涉及四個水資源四級分區(qū),由北向南分布著河流階地-黃土臺塬-洪積扇裙等地形,且地勢平坦,巖層透水性好,接受降水、河水、灌溉水等入滲補給,蘊藏著較豐富的地下水。截止2015年,區(qū)域水資源總量為32.46億m3,總?cè)丝诩s1000萬人,人均水資源量325m3,僅為全國平均水平的1/6,低于國際組織確定的人均500m3的極度缺水標(biāo)準(zhǔn)。2015年研究區(qū)總用水量為20.13億m3[2- 4],萬元GDP用水量34m3,低于全國90m3的平均水平??傮w來說,該區(qū)域人口較為密集,人均水資源短缺,整體用水效率較高。

        2 區(qū)域地下水資源現(xiàn)狀分析

        2.1 降水情況及其時空分布

        秦嶺北麓為暖溫帶半濕潤、半干旱季風(fēng)氣候,降水時空分布不均,呈現(xiàn)出由西向東遞減的趨勢,且山區(qū)多于平原。區(qū)域多年平均降水量為701mm,最高區(qū)在寶雞峽至咸陽南岸太白縣附近,年均降水量達861mm;最低區(qū)在西安主城區(qū)附近,年均降水量為554mm。降水量年際分布總體上呈減少趨勢,其中最大年降水量發(fā)生在1983年,降水深1023mm,比多年均值偏大45.97%;最小年降水量發(fā)生在1997年,降水深378mm,比多年均值偏小46.01%。

        2.2 地下水資源量

        研究區(qū)平原區(qū)地下水資源量主要由降水入滲補給量、地表水體補給量、山前側(cè)向補給量構(gòu)成,采用補給量法計算;山丘區(qū)地下水資源量全部為降水入滲補給量,根據(jù)各項排泄量計算;地下水資源量為平原區(qū)地下水資源量加山丘區(qū)地下水資源量,減去二者重復(fù)量。

        圖1 秦嶺北麓水資源四級分區(qū)及主要城區(qū)分布圖

        水資源四級分區(qū)降水量/mm計算面積/km2地下水資源量/億m3平原山丘合計平原山丘重復(fù)量合計地下水資源量模數(shù)/(萬m3/km2)渭河寶雞峽以上南岸694037437400.2300.236.2寶雞峽至咸陽南岸7321931454964808.225.622.2611.5817.9咸陽至潼關(guān)南岸6734256362278787.633.310.969.9812.7潼關(guān)至三門峽干流區(qū)間78799901890.070.070.000.147.2合計701628686351492115.929.233.2221.9314.7

        注:潼關(guān)至三門峽干流區(qū)間地下水資源重復(fù)量為0.0045億m3。

        根據(jù)《陜西省水資源及其開發(fā)利用調(diào)查評價》成果測算得出,降水的垂直入滲是研究區(qū)地下水的重要補給來源,約占平原區(qū)地下水資源量的43%。補給強度與地貌部位、巖性、水位埋深、降水量大小及降水持續(xù)時間等有密切關(guān)系。其中河谷沖積平原地區(qū)的入滲系數(shù)可達0.2~0.3,洪積平原地區(qū)的入滲系數(shù)在0.2左右,黃土臺塬的入滲系數(shù)在0.1~0.13之間。

        河道滲漏是平原區(qū)地下水的主要補給源,約占平原區(qū)地下水資源量的40%,其補給強度與河谷形態(tài)及河床地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。山前地帶,河流由山區(qū)進入平原,流速驟減,產(chǎn)生大量垂直滲漏,有的滲漏殆盡,全部補給淺層地下水,河水滲漏系數(shù)為0.2~0.4,個別高達0.8~1;在河流中游地段,河水季節(jié)性補給淺層地下水;各支流匯入渭河前,有的形成地上河,河水常年補給地下水。研究區(qū)灌溉歷史悠久,渠系分布較為完善,近年又在較大峪口區(qū)修建了許多大中小型水庫。由于防滲措施較差,各渠系、水庫均發(fā)生不同程度的滲漏,直接補給淺層地下水,一般約占引入水量的25%~40%。

        來自秦嶺山區(qū)的基巖水亦可補給平原區(qū)地下水,補給強度與基巖構(gòu)造、裂隙發(fā)育程度、山區(qū)與平原區(qū)接觸帶的地址結(jié)構(gòu)、巖性特征等密切相關(guān)。

        結(jié)合水文站實測降雨、徑流資料將系列延長至2015年,按照各補給排泄項分項計算2001—2015年逐年地下水資源量。通過上述計算,研究區(qū)1980—2015年平均地下水資源量為21.93億m3,其中山丘區(qū)地下水資源量為9.23億m3,平原區(qū)地下水資源量為15.92億m3,重復(fù)量為3.22億m3。見表1。

        3 地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析

        利用研究區(qū)各縣級行政區(qū)水資源公報與地市級水利統(tǒng)計年鑒資料,對2010—2015年秦嶺北麓供水情況進行趨勢分析,近年來研究區(qū)用水量逐年增加,見圖2。從供水水源的組成角度,研究區(qū)地表水和地下水用水量基本穩(wěn)定,再生水等非常規(guī)水源的利用量自2012年逐年增大,總用水量隨之逐年增加,當(dāng)?shù)厮Y源利用效率逐年加大。

        圖2 秦嶺北麓2010—2015年分水源供水量

        2015年研究區(qū)總供水量為20.13億m3,其中地表水9.04億m3,地下水9.99億m3,其他水源1.10億m3,地下水是主要的供水水源;水資源開發(fā)利用率為58.6%,其中地表水開發(fā)利用率為33.4%,地下水開發(fā)利用率為74.2%。從區(qū)域角度,西安市地下水供水量最大,為7.27億m3,占研究區(qū)地下水總供水量的72.8%;渭南市次之,寶雞市地下水供水量最小,形成了以西安市區(qū)為核心的地下水供水系統(tǒng)。見圖3和圖4。

        圖3 2015年研究區(qū)供水水源結(jié)構(gòu)圖

        圖4 2015年研究區(qū)分地市地下水供水量

        按用水行業(yè)劃分,見圖5和圖6,2015年研究區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水7.39億m3,其中地下水為4.78億m3;工業(yè)用水4.46億m3,其中地下水為2.19億m3;城鎮(zhèn)生活用水5.00億m3,其中地下水為1.91億m3;農(nóng)村生活用水1.28億m3,其中地下水為0.85億m3;生態(tài)環(huán)境用水2.00億m3,其中地下水為0.25億m3。研究區(qū)中農(nóng)業(yè)發(fā)達,是地下水最大的用水戶,占研究區(qū)地下水總供水量的47.9%;其次是工業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)生活,分別占21.9%和19.2%;較少的是農(nóng)村生活和生態(tài)環(huán)境,分別占8.5%和2.5%。

        圖5 2015年研究區(qū)分行業(yè)供水量圖

        圖6 2015年研究區(qū)地下水供水結(jié)構(gòu)圖

        4 地下水開發(fā)利用問題及治理建議

        4.1 地下水開發(fā)程度高,占總供水量比重大

        2010—2015年,秦嶺北麓地下水開發(fā)利用程度平均可達65.7%,年均供水量約9.85億m3左右。其中,2015年地下水供水量為9.99億m3,占當(dāng)年總供水量的49.6%,遠高于全國的17.5%。造成研究區(qū)地下水開發(fā)利用程度過高的主要原因如下:

        (1)近年來,秦嶺北麓降水量較2000年之前有所減少,導(dǎo)致地表徑流偏少;另外,秦嶺北麓水利工程設(shè)施投入較少,許多地表水工程年久失修,造成工程性的地表水供水困難[5]。

        (2)地表水體污染嚴(yán)重,導(dǎo)致部分地區(qū)地表水供水減少,地下水供水加劇。據(jù)統(tǒng)計,2015年研究區(qū)劣V類水質(zhì)河長達評價河長的18.24%[6],水環(huán)境污染現(xiàn)象嚴(yán)峻,其中峪口以下西安、渭南境內(nèi)的河流水質(zhì)基本為Ⅴ類,且存在城市黑臭河段。

        (3)用水量增加較快,部分城市與地區(qū)由于水資源緊缺,為保障生產(chǎn)生活用水不得不大量開采地下水。研究區(qū)2010—2015年年均供水量增加約0.5億m3,缺水導(dǎo)致經(jīng)濟社會用水?dāng)D占河湖生態(tài)用水達3.5億m3[6],一些原為農(nóng)業(yè)灌溉的水庫轉(zhuǎn)向城市生活和工業(yè)供水,更有部分地區(qū)超采地下水形成下降漏斗區(qū)。

        4.2 地下水超采引發(fā)環(huán)境地質(zhì)問題

        目前,秦嶺北麓共劃分有6個超采區(qū),其中西安市4個、西咸新區(qū)1個、渭南市1個,分別為西安市城區(qū)嚴(yán)重超采區(qū)、浐灞河間一般超采區(qū)、灞東水源地一般超采區(qū)、郊區(qū)一般超采區(qū)、秦都區(qū)灃東一般超采區(qū)和渭南市城區(qū)一般超采區(qū)[7]。地下水超采引發(fā)了一系列環(huán)境地質(zhì)問題,據(jù)統(tǒng)計,地裂縫及地面沉降主要發(fā)生在西安市,根據(jù)地表出露形跡和多種勘察手段確定的地裂縫帶共有14條,地裂縫所經(jīng)之處,地面及地下各類建筑物開裂,破壞路面,錯斷地下供水、輸氣管道,危及一些著名文物古跡的安全,不但造成了較大經(jīng)濟損失,也給西安市居民生活帶來不便。另外,地下水超采使得西安市城區(qū)和近郊區(qū)潛水污染加重,形成以城區(qū)和近北郊污水灌區(qū)為中心,向外圍過渡,污染程度逐漸減輕的污染暈。除此以外,寶雞市和渭南市城區(qū)也不同程度地形成了明顯的地下水水位下降漏斗。

        4.3 “二華”地區(qū)地下水位埋深較淺,易發(fā)生土地鹽堿化

        華州區(qū)與華陰市連接地帶(簡稱“二華”地區(qū))處于渭河流域下游河段,由于該處河段迂回彎曲嚴(yán)重,河床不斷抬高,河床比降小[8],極易補充地下水;在“二華”排水干溝至渭河地區(qū),由于地勢低洼、地下水開采量有限,蘊含較豐富的地下水;另外,由于三門峽水庫蓄水,使上游河段水位壅高形成地上“懸河”,導(dǎo)致地下水補給增大,地下水位抬升。根據(jù)2015年《地下水動態(tài)月報》關(guān)中平原地下水埋深等值面圖顯示,目前“二華”地區(qū)地下水位埋深已升至2~4m左右,再加上該地區(qū)“南高北仰,中間低洼”的獨特地勢造成地下水以垂直蒸發(fā)排泄為主[9],極易發(fā)生土地鹽堿化。

        4.4 地下水治理與保護建議

        為解決秦嶺北麓地下水所面臨的問題,要突出抓好開源節(jié)流、優(yōu)化配置,用足用好引江水、引黃水[10],并積極開展地下水自然補給與人工回灌研究。

        (1)加快推進外調(diào)水及雨洪資源利用工程建設(shè),置換地下水,特別是引漢濟渭及其配套工程建設(shè),解決秦嶺北麓缺水問題。

        (2)優(yōu)化水資源配置,調(diào)整用水結(jié)構(gòu),優(yōu)水優(yōu)用,增加當(dāng)?shù)氐乇硭墓┧芰Γ徑獾叵滤墓┧畨毫Α?/p>

        (3)加快石頭河灌區(qū)、黑河灌區(qū)等大型灌區(qū)推廣高效節(jié)水,調(diào)整種植結(jié)構(gòu),實行休耕、輪耕[11]。

        (4)加強自然與人工回灌補水能力,彌補歷史虧缺,抬升地下水水位、修復(fù)地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題。

        (5)加強地下水管理,建立健全地下水監(jiān)測預(yù)警機制,完善地下水管理立法工作[12]。

        5 結(jié)論

        通過計算秦嶺北麓1980—2015年地下水資源量并對其近年來供水情況進行分析,更加全面地掌握了研究區(qū)地下水資源狀況。區(qū)域地下水資源量總體比較豐富,但其空間分布與社會經(jīng)濟發(fā)展布局不相匹配,部分地區(qū)為保障社會經(jīng)濟發(fā)展用水而大量開采地下水,導(dǎo)致出現(xiàn)地下水超采情況,進而造成一系列環(huán)境地質(zhì)問題與生態(tài)破壞。盡管研究區(qū)已針對地下水問題采取了相應(yīng)措施,但面對日益增長的用水需求,地下水仍是短時期內(nèi)不可替代的水源,其治理工作依然任重道遠。

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