上海市陸域承壓含水層水位動態演化影響因素探究

王玉強, 柳建設

(1.東華大學 環境科學與工程學院,上海 201620; 2.華東政法大學 基建處,上海 201620)

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上海市陸域承壓含水層水位動態演化影響因素探究

王玉強1,2, 柳建設1

(1.東華大學 環境科學與工程學院,上海 201620; 2.華東政法大學 基建處,上海 201620)

地下水水位動態演化具有明顯的地方性特征.分析了2005～2013年各影響因素對上海市外環線內側陸域各承壓含水層最高水位和水位最大變幅的影響,發現全年降水量、地表水年徑流總量、長江干流年過境水資源總量、第Ⅲ承壓層地下水實際人工回灌量等對其都沒有顯著影響;太湖流域年過境水資源總量與其存在顯著的中度正相關關系;地下水實際人工回灌量對其影響非常顯著,屬于強相關關系.

上海市外環線內側陸域; 承壓含水層最高水位; 承壓含水層水位最大變幅; 影響因素

0　引　言

地下水水位動態演化可以直觀地反映地下水的變化狀態及儲存量變化情況,地下水的水位監測數據能夠為科學合理地開發、利用地下水資源提供基礎性支撐資料.李文智等[1]認為地下水水位動態演化根據不同的影響因素可分為水文型、地下徑流型、綜合型、人工型、氣候型水位動態演化等五種類型.隨著工農業的高速發展,地下水開發利用的程度逐步加大,使得地下水位動態演化更多表現為深受人類活動影響特征的人工型動態演化方式.

鑒于地下水位動態的重要性,業內進行了較多的相關研究.趙傳燕等[2]對黑河下游地下水位的波動變化進行了研究.馬而超[3]對陜西省涇惠渠灌區地下水位的逐年變化趨勢及灌溉引水量、降水量和開采量等影響因素進行了研究.楊耀棟等[4]對天津市區內淺層地下水和深層地下水不同含水層組的水位動態特征及其影響因素進行了分析研究.李紳[5]研究了哈密盆地地下水位動態變化情況,提出避免地下水位加速下降的地下水開采方案.肖彩虹等[6]利用傳統統計學對烏蘭布和沙漠東北部人工綠洲地下水位時空動態變化狀態進行研究.宋云峰等[7]對泰安市觀測井1978～2011年的地下水埋深年變差系列值和相應的年降水量開展一元回歸分析并建立方程式,進行年降水量影響預測.張歡[8]對廣西北海市北部灣地區海岸帶咸淡水界面和地下水位動態進行研究,發現潛水含水層中的地下水位波動受到海潮的影響相對較小,而承壓含水層中地下水位受海潮影響較大.然而,綜覽相關文獻,對上海市這一經濟龍頭城市的地下水水位演化情況的專題研究較少.考慮到地下水水位動態演化,尤其是承壓含水層水位動態演化具有明顯的地方性和分帶性特征,對上海市2005～2013年各承壓含水層水位垂直分帶動態演化情況及其影響因素進行了分析,以便為保護地下水環境質量,合理開發利用城市地下水資源提供一定的思路和支撐.

1　研究區概況及研究數據來源

1.1研究區概況

上海市地處東經120°52′～122°12′,北緯30°40′～31°53′之間,位于太平洋西岸,亞洲大陸東沿,中國南北海岸中心點,長江和黃浦江入海匯合處.北界長江,東瀕東海,南臨杭州灣,西接江蘇和浙江兩省.上海市現轄區總面積為6 340.5km2,其中陸地面積6 218.65km2,長江口水域面積1 107km2,灘涂面積376km2,海岸線長448.66km.

上海地下水賦存條件和分布規律受控于區域地貌、地層巖性及厚度.習慣上,將地下水劃分為1個潛水或微承壓含水層,5個承壓含水層(自上向下依次為Ⅰ～Ⅴ含水層),6個隔水層(滯水層).歷史上,上海市由于過量開采地下水,導致地下水水位大幅下降,使地面沉降加速、水質惡化嚴重.自1965年起,上海市開始通過人工回灌方式控制地面沉降,大大減緩了沉降速度.但是,自1990年代,尤其是1996年起,上海市進入高速經濟發展和大規模城市建設階段,需水量空前大增,導致地下水被超量開采而未相應增加回灌量,故又引起一輪地面加速沉降.自2007年后,上海全市平均地面沉降量才控制在7mm以下.直到2010年,地下水實際回灌量才接近實際開采量.2011年,地下水實際回灌量開始超過實際開采量.

1.2研究數據來源

本研究所用的上海市外環線內側陸域各承壓含水層最高水位和水位最大變幅數據均來自上海市2005～2013年地質環境狀況公報[9],上海市地表水年徑流總量(以下均簡稱“地表水年徑流量”)、長江干流年過境水資源總量(以下均簡稱“長江過境水量”)、太湖流域年過境水資源總量(以下均簡稱“太湖過境水量”)以及各年度各承壓含水層地下水實際開采量(以下均簡稱“開采量”)和人工回灌量(以下均簡稱“回灌量”)數據均來自上海市2005～2013年水資源公報[10],上海市全年降水量數據來自上海統計年鑒(2014年)[11].數據分析處理工具為SPSS17.0軟件.

2　地下水位動態演化的影響因素分析

2.1地下水最高水位的影響因素分析

根據表1,各承壓含水層最高水位與各影響因素之間的相關關系為:(1) 各承壓含水層最高水位均與全年降水量、地表水年徑流量、長江過境水量、第Ⅲ承壓層回灌量等因素之間沒有顯著相關關系(p>0.05),不具備統計學意義;(2)各承壓含水層最高水位均與太湖過境水量之間存在顯著的中度正相關關系(p<0.05,0.50.9);(4)各承壓含水層最高水位均與回灌總量之間存在非常顯著的高度正相關關系(p<0.01,r>0.8),其與第Ⅳ、Ⅴ承壓含水層最高水位之間存在非常顯著的正向強相關關系(p<0.01,r>0.9);(5)各承壓含水層最高水位均與第Ⅱ承壓層回灌量之間存在非常顯著的高度負相關關系(p<0.01,r<-0.8),其與第Ⅳ、Ⅴ承壓含水層最高水位之間存在非常顯著的正向強相關關系(p<0.01,r>0.9).

第Ⅱ承壓含水層最高水位與太湖過境水量、開采總量、第Ⅱ～IV承壓層開采量等影響因素之間存在顯著的相關關系(p<0.05),與回灌總量、第Ⅱ;IV;V承壓層回灌量等影響因素之間存在非常顯著的相關關系(p<0.01).其中,其與太湖過境水量之間存在中度正相關關系(r=0.695);與回灌總量、第IV、V承壓層回灌量等影響因素之間均存在高度正相關關系(r>0.8);與開采量、第Ⅱ～IV承壓層開采量等影響因素之間存在中度負相關關系(-0.8

第Ⅲ承壓含水層最高水位與太湖過境水量之間沒有顯著相關關系(p>0.05);與開采總量、第Ⅱ、IV承壓層開采量等影響因素之間存在顯著的相關關系(p<0.05),與回灌總量、第Ⅱ、IV、V承壓層回灌量等影響因素之間存在非常顯著的相關關系(p<0.01).其中,其與回灌量、第IV、V承壓層回灌量等影響因素之間均存在高度正相關關系(r>0.8);與開采總量、第Ⅱ、IV承壓層開采量等影響因素之間存在中度負相關關系(-0.8

第Ⅳ承壓含水層最高水位與開采總量、第Ⅱ～IV承壓層開采量、第Ⅱ承壓層回灌量等之間均存在非常顯著的高度負相關關系(p<0.01,r<-0.8).

第Ⅴ承壓含水層最高水位與開采總量、第Ⅱ～V承壓層開采量、第Ⅱ承壓層回灌量等之間均存在非常顯著的高度負相關關系(p<0.01,r<-0.8).

表1　上海市外環線內側陸域各承壓含水層最高水位與各影響因素相關關系分析表　　(統計年份:9a)

注:**.在0.01 水平(雙側)上顯著相關.*.在 0.05 水平(雙側)上顯著相關.

2.2地下水水位最大變幅的影響因素分析

根據表2,各承壓含水層水位最大變幅與各影響因素之間的相關關系如下:

各承壓含水層水位最大變幅均與全年降水量、地表水年徑流量、長江過境水量、第Ⅲ承壓層回灌量等因素之間沒有顯著相關關系(p>0.05),不具備統計學意義.

各承壓含水層水位最大變幅均與太湖過境水量之間存在顯著的中度正相關關系(p<0.05,0.5

各承壓含水層水位最大變幅均與回灌總量之間存在非常顯著的高度正相關關系(p<0.01,r>0.8);其與第IV、V承壓含水層水位最大變幅之間存在非常顯著的正向強相關關系(p<0.01,r>0.9).

各承壓含水層水位最大變幅均與第Ⅱ承壓層回灌量之間存在非常顯著的高度負相關關系(p<0.01,r<-0.8);其與第IV、V承壓含水層水位最大變幅之間存在非常顯著的正向強相關關系(p<0.01,r>0.9).

各承壓含水層水位最大變幅均與第IV、V承壓層回灌量等影響因素之間均存在非常顯著的正向強相關關系(p<0.01,r>0.9).

第IV承壓含水層水位最大變幅與開采總量、第Ⅱ～IV承壓層開采量、第Ⅱ承壓層回灌量等因素間均存在非常顯著的高度負相關關系(p<0.01,r<-0.8).

第V承壓含水層水位最大變幅與開采總量、第Ⅱ～V承壓層開采量、第Ⅱ承壓層回灌量等因素間均存在非常顯著的高度負相關關系(p<0.01,r<-0.8).

表2　上海市外環線內側陸域各承壓含水層水位最大變幅與各影響因素間相關關系分析表　(統計年份:9a)

注:**.在 0.01 水平(雙側)上顯著相關.*.在 0.05 水平(雙側)上顯著相關.

3　分析討論

(1) 上海市全年降水量、地表水年徑流量、長江過境水量、第Ⅲ承壓層回灌量等因素對于外環線內側陸域各承壓含水層最高水位和水位最大變幅都沒有顯著影響,不具有統計學意義.

(2) 各承壓含水層最高水位均與太湖過境水量之間存在顯著的中度正相關關系,可見太湖過境水資源對于上海市地下水的補給作用是很明顯的.在開發利用上海市地下水資源的過程中,要充分考慮周邊水資源的補給作用并保障水資源質量.

(3) 各承壓含水層最高水位和水位最大變幅均與第IV、V承壓層回灌量等影響因素均存在非常顯著的正向強相關關系.

(4) 各承壓含水層最高水位和水位最大變幅均與回灌總量之間存在非常顯著的高度正相關關系.其中,第IV、V承壓含水層最高水位和水位最大變幅均與其存在非常顯著的正向強相關關系.

(5) 各承壓含水層最高水位和水位最大變幅均與第Ⅱ承壓層回灌量之間存在非常顯著的高度負相關關系;其中,第IV、V承壓含水層最高水位和水位最大變幅與其存在非常顯著的正向強相關關系.

總體上看,上海區域地下承壓含水層水位動態演化具有明顯的人工型特點,即受人工回灌量影響較大.從環境規劃角度而言,雖然人工回灌量在一定程度上能夠緩解地面沉降,但也可能帶來地下水污染等問題,因此需嚴格控制人為因素對地下水環境的干擾.

本研究不足之處在于,所運用數據只是2005年之后的數據,并且缺少潛水含水層和第I承壓含水層的相關數據,故而結論難以非常全面準確地反映實際情況,有待今后研究進一步完善.

[1]LiWZ,WangY.Atentativeprobeintothecharacteristicsofgroundwaterdynamicvariationanditsapplication[J].HarnessingtheHuaiheRiver,2008(5):12-14.

[2]ZhaoCY,LiSB,FengZD,etal.DynamicsofgroundwaterlevelinthewatertablefluctuantbeltatthelowerreachesofHeiheRiver[J].JournalofDesertResearch,2009,29(2):365-369.

[3]MaEC.Studyonthedynamicsandpredictionofgroundwaterlevel:acasestudyofJinghuiquIrrigationDistrict[D].Xi’an:Chang’anUniversity,2009.

[4]YangYD,LiXH,WangLH,etal.CharacteristicsofthegroundwaterlevelregimeandeffectfactorsintheplainregionofTianjinCity[J].GeologicalSurveyandResearch,2011,34(4):313-320.

[5]LiS.StudyonthedynamicchangeandsimulationofgroundwaterinHamiBasin[D].Urumuqi:XinjiangAgriculturalUniversity,2012.

[6]XiaoCH,HaoYG,XinZM,etal.DynamicchangesofgroundwaterlevelatartificialoasisinNortheasternUlanBuhDesert[J].ProtectionForestScienceandTechnology,2013(12):1-3.

[7]SongYF,ZhangQ,ZhangJB,etal.ThestudyongroundwaterchangetrendanddynamicpredictionofTai’anCity[J].JournalofShandongAgriculutalUniversity(NatrualScienceEdition),2013,44(4):604-609.

[8]ZhangH.Studyonthefreshwater-saltwaterinterfaceincoastalzonesandthedynamicvariationofgroundwaterlevel[D].Beijing:ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),2014.

[9]ShanghaiMunicipalPlanningandlandresourcesadministrationbureau.ShanghaiGeologicalEnvironmentalBulletin(2005-2013) [EB/OL].[2015-2-23],http://www.shgtj.gov.cn/dzkc/.

[10]ShanghaiWaterAuthority.Shanghaiwaterresourcesbulletin(2005-2013) [EB/OL].[2015-2-23],http://222.66.79.122/BMXX/default.htm.

[11]ShanghaiMunicipalBureauofStatistics.Shanghaiannualreviewofstatistics(2014) [EB/OL].[2015-2-22]http://www.stats-sh.gov.cn/data/release.xhtml.

(責任編輯：顧浩然)

Research on influences on dynamic evolution of confined auifergroundwater level in the land area of Shanghai city

WANG Yuqiang1,2, LIU Jianshe1

(1.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China2.InfrastructureDepartment,EastChinaUniversityofPoliticalScienceandLaw,Shanghai201620,China)

Thedynamicevolutionofgroundwaterlevelshowsremarkablelocalcharacteristics.WeanalyzethedataoffactorsthatmayinfluenceofthehighestgroundwaterlevelandthemaximumamplitudeofgroundwaterlevelineachconfinedaquiferinthelandareawithintheOuterRingRoadofShanghaiCityduring2005～2013.Wefindthatthetotalvolumeofyearlyrainfall,yearlysurfacerunoff,yearlypassing-bywaterinthemainstreamoftheYangtzeRiver,andtheactualgroundwaterartificialrechargeinthethirdconfinedaquifer,havenosignificantimpact.Thereisapositivecorrelationbetweenthehighestgroundwaterlevelofeachconfinedaquiferandthetotalvolumeofthepassing-bywaterintheTaihuLakebasin.Thevolumeofactualrechargeofgroundwaterhasastrongcorrelationwiththehighestgroundwaterlevelandthemaximumamplitudeofgroundwaterlevelintheconfinedaquifers.

landareawithintheouterringroadofShanghaicity;highestgroundwaterlevelofconfinedaquifer;maximumamplitudeofconfinedaquifergroundwaterlevel;influentialfactors

10.3969/J.ISSN.1000-5137.2016.04.018

2015-12-17

王玉強，中國上海市松江區大學城龍源路555號，華東政法大學基建處，郵編：201620，E-mail:1375044408@qq.com;柳建設,中國上海市松江區大學城人民北路2999號，東華大學4號學院樓環境學院3147室，郵編：201620，E-mail:liujianshe@dhu.edu.cn

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1000-5137(2016)04-0505-06