西安市地下水回灌探析

史方方

（西安市水資源利用技術(shù)服務(wù)中心，陜西 西安 710018）

地下水回灌是采用人工措施將地表水或其他水源的水注入地下以補(bǔ)充地下水的一種人為補(bǔ)給方式。回灌方法主要有地面入滲法和地下灌注法，前者主要利用水庫(kù)、坑塘、農(nóng)田灌溉等地面設(shè)施，引蓄地表水增加對(duì)地下水的滲入補(bǔ)給。后者是通過鉆井、豎井、廊道或天然的落水洞等設(shè)施，將水注入地下儲(chǔ)水層。其目的為增加地下水資源、改善地下水質(zhì)、阻攔海水倒灌、防止或控制地面沉降等[1]。

西安市在水資源開發(fā)利用中因歷史原因，曾過度依賴地下水，對(duì)地表河流、雨水、再生水等水源的利用不足，導(dǎo)致出現(xiàn)地下水位下降、區(qū)域地下水超采、地面沉降等一系列環(huán)境地質(zhì)問題。地下水回灌是修復(fù)和改善地下水環(huán)境，增加和涵養(yǎng)地下水資源最經(jīng)濟(jì)有效的措施之一。

1 西安市水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

西安市位于黃河流域關(guān)中盆地中部，南依秦嶺，北靠渭河，轄11區(qū)2縣，面積10108 km2。根據(jù)1980～2005年水文資料統(tǒng)計(jì)，全市多年平均水資源總量為23.47億m3，可利用總量為16.57億m3，地表水可利用量7.50億m3，地下水可開采量9.07億 m3。人均水資源量不足275 m3，屬于資源型缺水城市。

2017年西安市各類工程總計(jì)供水量18.8億m3，其中自產(chǎn)地表水供水量6.48億m3，占可利用量的86.4%；地下水供水量8.79億 m3，占可開采量的96.9%；再生水及雨水利用量1.42億m3，占總供水量的7.6%；客水利用量2.11億m3，占總供水量的11.2%。全市水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀評(píng)價(jià)如下。

1.1 地下水局部超采嚴(yán)重

由于歷史、經(jīng)濟(jì)等方面的原因，西安市地下水開采規(guī)模較大，最高年份超過12億m3；其中1996～2002年期間，全市地下水開采量占到總供水量的70%以上（見圖1和圖2）。據(jù)2015年12月陜西省水利廳編制完成的《陜西省地下水超采區(qū)劃定與保護(hù)方案》，西安市地下水超采區(qū)有5處，超采面積達(dá)601.3 km2，占全市總面積的6%，年均超采量2286.64萬m3，其中70%的超采量集中在主城區(qū)。地下水過量開采引發(fā)了水位下降、地面下沉、地裂縫發(fā)展等一系列環(huán)境地質(zhì)問題，直接影響城市建設(shè)和發(fā)展。

渭河以北的高陵、閻良、臨潼地區(qū)是陜西省涇惠渠、寶雞峽引渭渠及交口抽渭渠的灌溉區(qū)域。近年來，由于種植結(jié)構(gòu)、作物對(duì)水質(zhì)要求變化等原因，灌區(qū)地下水開采量增加，引起地下水位下降。渭河以南的周至縣、鄠邑區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)的井灌區(qū)超采問題也已凸顯。

圖1 西安市1990-2017年地下水供水比例

圖2 西安市地下水開采量與可開采量關(guān)系

1.2 降水入滲補(bǔ)給不足

西安市地處關(guān)中平原中部，北臨渭河和黃土高原，南鄰秦嶺，處于中國(guó)大陸中心，南北方分界線的北側(cè)，氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，太平洋水汽自東南方向入境后，因秦嶺山脈阻滯，降水量較秦嶺南減少。

根據(jù)1956～2000年降水資料系列分析，西安市多年平均降水量為738.3 mm，折降水量74.63億m3，降水入滲補(bǔ)給量約5.9億m3，降水入滲補(bǔ)給系數(shù)僅為0.079，即全市年降水量中僅有7.9%的降水量轉(zhuǎn)化為地下水資源。加之近年來西安市城市化進(jìn)程加快，城市建成區(qū)面積由九十年代末不足300 km2擴(kuò)大到目前522 km2，地面不透水面積隨之增大。據(jù)初步估算，全市城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)建成區(qū)及新興工業(yè)區(qū)占地面積約占全市總面積12.8%，導(dǎo)致降水入滲補(bǔ)給地下水量減少約7.5億m3。

1.3 再生水利用率低

再生水是國(guó)際公認(rèn)的“第二水源”，再生水合理利用既能減少水環(huán)境污染，又可以緩解水資源供需矛盾。截止2017年底，西安市已建成再生水處理設(shè)施14座，設(shè)計(jì)處理能力58.5萬m3/d；廢污水達(dá)標(biāo)處理量7.67億m3（210萬m3/d），再生水利用量?jī)H1.4億m3（38.5萬m3/d），再生水利用率僅18%，主要用于湖池生態(tài)補(bǔ)水，剩余絕大部分再生水則達(dá)標(biāo)排放。相比于以色列、新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家再生水70%的利用率水平，西安市再生水資源還有很大的潛力亟待開發(fā)。

2 西安市地下水回灌條件

2.1 回灌水源

目前西安市地下水回灌水源主要是自來水，可供選擇的水源還有河道徑流、雨水、再生水等。河道徑流方面，可利用水庫(kù)防洪庫(kù)容蓄存的豐水期徑流作為回灌水源，經(jīng)統(tǒng)計(jì)全市已建水庫(kù)94座，防洪庫(kù)容2.3億m3，這部分庫(kù)容蓄存的河道徑流可用于地下水回灌。雨水方面，借鑒國(guó)內(nèi)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)成熟經(jīng)驗(yàn)，在市區(qū)北二環(huán)以北至渭河，西起皂河?xùn)|至浐灞河約200 km2的范圍內(nèi)，新建雨水管道收集道路、廣場(chǎng)、屋面雨水，同時(shí)可在公園及綠化景觀帶周邊建設(shè)地下雨水收集池等，用于回灌地下水。再生水方面，全市污水處理量已達(dá)210萬m3/d，出廠水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，再生水水量大，水質(zhì)穩(wěn)定，可用于農(nóng)田灌溉，生態(tài)環(huán)境和工業(yè)等用水部門，置換出其中地下水，用于修復(fù)地下水環(huán)境。

2.2 回灌容積

全市地下水資源經(jīng)過長(zhǎng)期以來的高強(qiáng)度、大面積開發(fā)和利用，致使主城區(qū)出現(xiàn)187 km2的嚴(yán)重超采區(qū)，市郊區(qū)及高陵出現(xiàn)414.3 km2的一般超采區(qū)，淺部含水層基本被疏干，形成了一個(gè)個(gè)鍋底形的天然地下庫(kù)容。據(jù)1990～2017年西安市供用水統(tǒng)計(jì)報(bào)表分析，全市地下水累積超采量約35億 m3，可作為地下水回灌的容積。這一巨大的地下補(bǔ)給孔隙空間是當(dāng)前全市水庫(kù)總庫(kù)容3.8億 m3的9倍、興利庫(kù)容2.9億 m3的12倍。

2.3 回灌水質(zhì)

據(jù)有關(guān)要求，回灌水水質(zhì)不得劣于含水層地下水水質(zhì)和地下水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)。自來水水質(zhì)方面，已經(jīng)達(dá)到城鎮(zhèn)居民生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，可滿足回灌區(qū)地下水水質(zhì)要求。水庫(kù)蓄水水質(zhì)方面，全市已建的94座水庫(kù)中，大部分水庫(kù)水質(zhì)能達(dá)到GB3838-2002Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)因子主要為總氮，基本能滿足回灌區(qū)水質(zhì)要求。雨水水質(zhì)方面[2]，初期雨水污染較為嚴(yán)重，主要污染物是COD和SS，因此控制初期雨水可以有效的控制每場(chǎng)降雨徑流中的大部分污染物，蓄集后期雨水，其水質(zhì)通常能滿足回灌區(qū)水質(zhì)要求，可作為地下水回灌水源。再生水水質(zhì)方面[3]，全市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)均達(dá)到GB18918-2002一級(jí)A類，經(jīng)與《農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2005）對(duì)比（見表1），相同控制指標(biāo)有11項(xiàng)，除pH和總砷不能滿足農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，其余9項(xiàng)均滿足農(nóng)田用水水質(zhì)要求，基本可作為農(nóng)田灌溉的用水水源。

2.4 回灌經(jīng)驗(yàn)

西安市地下水回灌，雖沒有系統(tǒng)的大規(guī)模的進(jìn)行，但有關(guān)部門在局部地區(qū)進(jìn)行的以回補(bǔ)地下水為目的的工作從未間斷。西安市蓮湖區(qū)城建局曾利用城區(qū)凹地進(jìn)行了地下水回灌的初步試驗(yàn)；西安市水電局1974年修建的灃西自動(dòng)閘，進(jìn)行了自動(dòng)閘回補(bǔ)地下水的試驗(yàn)，據(jù)監(jiān)測(cè)資料表明，兩年使兩岸地下水位回升了6～7 m，基本穩(wěn)定了這一區(qū)域內(nèi)約40 km2的下降水位[4]；2009年至今，西安市水資源利用技術(shù)服務(wù)中心利用城區(qū)自備井開展地下水回灌工作，先后建成9處13個(gè)地下水回灌示范點(diǎn)，主要分布在南郊、東郊和西郊地下水位降落漏斗區(qū)，回灌水量累計(jì)達(dá)到400萬m3，回灌區(qū)域地下水水位有明顯抬升。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)與農(nóng)田灌溉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比表 單位：mg/L

3 西安市地下水回灌方案

綜上所述，本文提出如下3種回灌方案，因地制宜，合理布設(shè)，以期達(dá)到有效保護(hù)與修復(fù)全市地下水環(huán)境的目的。

3.1 地下水超采區(qū)回灌方案

在主城區(qū)嚴(yán)重超采區(qū)，采用機(jī)井灌注法，利用已經(jīng)封停的自備井進(jìn)行回灌；在郊區(qū)一般超采區(qū)尤其是渭河河漫灘沿岸，采用豎井灌注法，結(jié)合城市防洪，截取大氣降水和地表徑流，使之自然入滲，將是行之有效的辦法，且技術(shù)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)合理；在浐灞水源一般超采區(qū)宜采用攔蓄工程和豎井灌注相結(jié)合的方法，即在河道上不影響防洪的情況下修建溢流壩、自動(dòng)閘或浮體閘，攔蓄城市地表徑流或雨洪水，利用河道兩岸沉積砂礫石層的天然地下水庫(kù)容，擴(kuò)散回灌。

3.2 地表與地下水庫(kù)連通回灌方案

西安有48道峪口河流，均發(fā)源于秦嶺北麓。諸條峪口河流兩岸的沉積砂礫石含水層是天然的貯水空間，每年可將水庫(kù)汛期防洪庫(kù)容的棄水通過工程措施回補(bǔ)到地下；同時(shí)進(jìn)行水文地質(zhì)勘探，可在鄠邑區(qū)澇河山前沖洪積扇區(qū)丈八寺—割耳莊—中斑竹園一線以南合適位置修建地下水庫(kù)工程[5-6]，統(tǒng)籌考慮澇河平原水庫(kù)與地下水庫(kù)相關(guān)聯(lián)的各種因素，按照調(diào)豐補(bǔ)缺、增源保水的思路，建設(shè)地表與地下水庫(kù)連通回灌工程，將多余的地表蓄水回灌至地下水含水層中，回補(bǔ)地下水。

3.3 灌區(qū)溝渠入滲回灌方案

據(jù)統(tǒng)計(jì)，西安市目前有各類灌區(qū)60余處，針對(duì)全市部分灌區(qū)存在供水保證率低、灌溉用水減少、灌區(qū)面積萎縮等的實(shí)際情況，重點(diǎn)選擇供水保證率低且基本無灌溉用水的灌區(qū)，利用其地面灌溉渠道系統(tǒng)，攔蓄洪水或利用當(dāng)?shù)亟涤陱搅骰蛟偕甗7-8]，將水引入灌區(qū)，同時(shí)可利用田間排水溝，在適當(dāng)位置建造一些控制水流的小型簡(jiǎn)易建筑物（如土坎等），增加地下水滲補(bǔ)量，建設(shè)灌區(qū)溝渠入滲回灌工程。

這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單，投資少，不需要消耗能源，回灌水量大，此法特別適合于有一定規(guī)模的回灌工程體系，即溝渠及閘涵配套工程，大面積對(duì)地下水回灌，在有地表水來源及溝渠密度較大的地區(qū)是行之有效的方法。優(yōu)點(diǎn)一是可利用多種水源進(jìn)行回灌；二是回灌速度快，回灌量大；三是便于開展灌排蓄補(bǔ)綜合利用，提高農(nóng)業(yè)抗旱澇災(zāi)害的能力；四是工程運(yùn)行費(fèi)用低，投資省，技術(shù)比較簡(jiǎn)單[9]。

4 結(jié)論和建議

在西安開展地下水回灌是可行的，也是必須的。目前西安正在朝著建成國(guó)家中心城市、建成西安國(guó)際化大都市的目標(biāo)奮進(jìn)，水資源作為西安市國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，應(yīng)未雨綢繆，提前規(guī)劃，確保未來提供全面可靠的水資源保障。為此，提出以下建議：一是加強(qiáng)再生水、雨水等非常規(guī)水源回灌技術(shù)研究；二是加強(qiáng)地下水庫(kù)的水文地質(zhì)條件的調(diào)查和相關(guān)試驗(yàn)工作，科學(xué)構(gòu)建全市地下水庫(kù)工程；三是加強(qiáng)地下水回灌宣傳，使群眾認(rèn)識(shí)到地下水回灌的重要性，動(dòng)員社會(huì)各方面力量支持地下水回灌。