咸陽試驗區(qū)氣候變化對地下水影響因素分析

趙耀東，王 杰，李少鋒

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西 西安710003)

氣候是影響地下水的主要因素之一，過去幾十年，由于氣候的不斷變化對地下水產(chǎn)生了相應(yīng)影響，從而也引起了地下水資源的變化。為應(yīng)對氣候變化，根據(jù)聯(lián)合國千年發(fā)展計劃，為實現(xiàn)到2015年要實現(xiàn)全球缺乏安全飲用水的人少一半的目標(biāo)，聯(lián)合國兒基會與水利部合作在我國開展“氣候變化對地下水影響研究”工作，并在全國進(jìn)行典型示范研究工作。陜西咸陽試驗區(qū)是三個試驗示范區(qū)之一，圍繞研究總體目標(biāo)要求，開展了項目區(qū)地下水位隨降水等主要氣候因素變化的分析研究。

1 咸陽試驗區(qū)基本情況

陜西試驗區(qū)由咸陽市秦都區(qū)和渭城區(qū)組成，位于陜西省關(guān)中中部渭河兩岸，距西安市30 km，行政區(qū)面積約523 km2。

1.1 氣象

試驗區(qū)地處暖溫帶半濕潤季風(fēng)區(qū)，為平原區(qū)，地形開闊平坦，由南向北呈臺階狀，多年平均降水量567.9 mm，多集中在7、8、9三個月，占全年的50%～60%;多年平均氣溫南部13℃，北部9℃，相差 4℃;無霜期南部 212～223 d，北部172～205 d;全市光照時數(shù)多年平均2223 h，水面蒸發(fā)量957 mm，干旱指數(shù)1.68。

1.2 水文地質(zhì)條件

該區(qū)主要地貌形態(tài)類型屬渭河階地，北部為黃土臺塬。由北向南呈臺階狀降低，依次可劃分為三級、二級、一級階地及漫灘。主要含水層為上更新統(tǒng)砂卵石層，富水性隨距渭河遠(yuǎn)近而不同，地下水位埋深一般小于20m，單位涌水量大于20 t/h·m，地下水主要接受降水、灌溉、徑流補給，局部地區(qū)接受渭河的季節(jié)性側(cè)向補給。

根據(jù)資料分析，試驗區(qū)地下水中F－含量普遍較高，且在較大范圍內(nèi)超過了國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)(1.0 mg/L);地下水中Cr+6局部地段亦超過了國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg/L)，與上游黃土臺塬區(qū)Cr+6含量高的地下水緩慢徑流補給，以及與地層巖性、隱伏斷裂有關(guān)。

1.3 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

研究區(qū)供水除北部黃土臺塬寶雞峽灌區(qū)有少量地表水引水灌溉外，工業(yè)與生活用水均取自地下水。地下水開采區(qū)主要分布在城區(qū)的市中心區(qū)水源地、西郊水源地、東郊水源地、陳陽寨水源地及灃東水源地等。目前，咸陽市城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)有自備水源井達(dá)364眼，日地下取水量達(dá)23萬m3。據(jù)2008年統(tǒng)計，咸陽市總的供水量為15392萬m3，其中地下水供水量為14311萬m3，占到總供水量的92.98%。隨著城市的發(fā)展，需水量呈逐年遞增，地下水過度開采，致使地下水持續(xù)下降，降落漏斗急劇擴大，供需矛盾日益緊張，目前該市城區(qū)已形成四大超采區(qū)，分別為:①咸陽市城區(qū)中心嚴(yán)重超采區(qū);②西北橡膠廠水源地嚴(yán)重超采區(qū);③咸陽市效區(qū)超采區(qū);④秦都區(qū)灃東超采區(qū)，總面積達(dá)52.37 km2，年均超采量達(dá)1479.95萬m3。水資源問題已成為城市發(fā)展的瓶頸，制約著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展。

試驗區(qū)地處咸陽市城區(qū)，三廢排放量日益增多，農(nóng)業(yè)引污灌溉、化肥、農(nóng)藥大量使用和生活污染，使區(qū)內(nèi)潛水遭到不同程度的污染。主要表現(xiàn)為潛水中礦化度、總硬度的增高和氯化物、硫酸鹽、“三氮”含量超起始值或超標(biāo)。

2 氣候變化對地下水的影響分析

2.1 降水對地下水的影響

試驗區(qū)近50年來降水量呈周期性變化規(guī)律明顯，出現(xiàn)了相間的四個豐水期和四個枯水期，但總體降水序列未出現(xiàn)突變，降水量減小趨勢不顯著，僅呈現(xiàn)微弱的減少趨勢;通過試驗區(qū)年降水量功率譜分析出有兩個波動，這兩個波動對應(yīng)的周期分別是8.7 a和4.3 a。

繪制了試驗區(qū)13眼監(jiān)測井的降雨—埋深關(guān)系曲線，其中004號井、003號井年際埋深變化曲線分別如圖1、圖2所示，由圖可知，1999年以前，地下水位對降水的響應(yīng)比較明顯，總的規(guī)律是，隨著降水量的逐年減少，降水對地下水補給量減少，地下水量總體減少，地下水位埋深相應(yīng)增大。1999年以后，試驗區(qū)降水量有逐年增大的趨勢，003號井水位隨之出現(xiàn)回升，埋深減小。但004號井埋深不隨降水的逐年增加而回升，而是出現(xiàn)持續(xù)下降態(tài)勢，可能是由于該兩眼井所處地區(qū)持續(xù)大量開采地下水，開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了降水補給量，因而地下水位不能隨著降水量的逐年增加而回升。

圖1 004號井埋深與降水關(guān)系曲線

圖2 003號井埋深與降水關(guān)系曲線

2.2 氣溫對地下水的影響

試驗區(qū)近30年來的年平均氣溫有上升的趨勢，其傾向率為0.10℃/10a;通過對30年溫度序列Mann－Kendall方法突變檢驗，年氣溫序列有一突變，在1997年。氣候變暖的季節(jié)主要在秋冬兩季，氣溫變化傾向率分別達(dá)到0.3℃/10a、0.25℃ /10a。

由013號井氣溫埋深關(guān)系曲線可知(圖3)，20世紀(jì)90年代以前，隨著氣溫的逐年升高，地下水位相應(yīng)隨之升高，但進(jìn)入本世紀(jì)，隨著氣溫逐年的緩慢回升，地下水埋深仍持續(xù)增大，這表明對從地下水的影響上來看，氣候因素并不成為最后的決定因素。

圖3 013號井氣溫與地下水埋深關(guān)系圖

2.3 蒸發(fā)對地下水的影響

試驗區(qū)年平均蒸發(fā)量在1997年同樣是一個突變點，在以此為界限的兩個較長周期內(nèi)(1979～1997年、1997～2005年)呈顯著的下降趨勢，其中以夏季和春季下降趨勢最為明顯。

由013號井蒸發(fā)與埋深關(guān)系曲線(圖4)可知，該曲線與氣溫埋深關(guān)系曲線有類似規(guī)律，20世紀(jì)90年代以前，隨著蒸發(fā)量的逐年增大，地下水位相應(yīng)隨之降低，但進(jìn)入本世紀(jì)，隨著蒸發(fā)量逐年緩慢回升，地下水埋深仍持續(xù)增大，同樣證明從對地下水的影響上來看，氣候因素并不成為最后的決定因素。

圖4 013號井蒸發(fā)量與地下水埋深關(guān)系圖

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

3.1.1 地下水位變化情況

地下水埋深總體上呈加大趨勢，說明地下水位逐年下降;20世紀(jì)90年代末期到2004年、2005年處于下降強烈期，2005年之后有所回復(fù)。地下水多年平均埋深的趨勢表明:人為的開采因素對于地下水的影響是巨大的，有時甚至是具有決定性的作用的。

3.1.2 氣候變化總體影響

試驗區(qū)近三十年來降水量呈微弱減少趨勢，總體上周期性比較明顯，降水量的減少致使地表徑流量和地下水資源呈減少趨勢;近三十年來氣溫逐年升高，致使蒸發(fā)量也隨之加大，這也加劇了水資源總量的減少。

3.1.3 地下水位對氣候變化因子的響應(yīng)

1999年以前，地下水位對降水的響應(yīng)比較明顯，總的規(guī)律是:隨著降水量減少，降水對地下水補給量減少，地下水量總體減少，埋深相應(yīng)增大。1999年以后，試驗區(qū)降水量有逐年增大的趨勢，井水位隨之出現(xiàn)回升。但部分井的水位仍保持持續(xù)下降態(tài)勢，分析可能是由于持續(xù)大量開采地下水，開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了降水補給量所致。

20世紀(jì)90年代以前，隨著蒸發(fā)量的逐年增大，地下水埋深相應(yīng)加大。2001～2005年間，雖然蒸發(fā)量降低，但地下水埋深仍持續(xù)增大，分析可能與開采量的不斷增加有關(guān)，表明從對地下水的影響上來看，氣候因素并不是最后的決定因素，人類活動的影響是主因。

3.2 建議

1)地下水動態(tài)變化不僅受氣候作用的影響，也受不同下墊面情況的影響，同時咸陽試驗區(qū)由于自然條件因素，市區(qū)工業(yè)和城市生活長期依靠地下水，長期開發(fā)利用地下水，人類活動對地下水有非常顯著的影響。因此，地下水動態(tài)變化受自然和人類活動綜合作用的影響，如何對綜合作用的結(jié)果，考慮某單一因素影響所占比例需要在研究中進(jìn)一步考慮。

2)為實現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用，建議應(yīng)進(jìn)一步采取措施，構(gòu)建咸陽區(qū)城鄉(xiāng)公共供水管網(wǎng)體系，優(yōu)化地表地下各類水源配置、嚴(yán)格用水管理，協(xié)調(diào)水資源開發(fā)與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系，杜絕地下水超采。