秦嶺北麓地下水資源開發利用分析

王 奇，唐世南，潘扎榮

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

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

1 研究區概況

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，其中山丘區面積約0.86萬km2，平原區面積約0.63萬km2。秦嶺北麓屬黃河流域，涉及四個水資源四級分區，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，區域水資源總量為32.46億m3，總人口約1000萬人，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的極度缺水標準。2015年研究區總用水量為20.13億m3[2- 4]，萬元GDP用水量34m3，低于全國90m3的平均水平。總體來說，該區域人口較為密集，人均水資源短缺，整體用水效率較高。

2 區域地下水資源現狀分析

2.1 降水情況及其時空分布

秦嶺北麓為暖溫帶半濕潤、半干旱季風氣候，降水時空分布不均，呈現出由西向東遞減的趨勢，且山區多于平原。區域多年平均降水量為701mm，最高區在寶雞峽至咸陽南岸太白縣附近，年均降水量達861mm；最低區在西安主城區附近，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生在1983年，降水深1023mm，比多年均值偏大45.97%；最小年降水量發生在1997年，降水深378mm，比多年均值偏小46.01%。

2.2 地下水資源量

研究區平原區地下水資源量主要由降水入滲補給量、地表水體補給量、山前側向補給量構成，采用補給量法計算；山丘區地下水資源量全部為降水入滲補給量，根據各項排泄量計算；地下水資源量為平原區地下水資源量加山丘區地下水資源量，減去二者重復量。

圖1 秦嶺北麓水資源四級分區及主要城區分布圖

水資源四級分區降水量/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量合計地下水資源量模數/(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咸陽至潼關南岸6734256362278787.633.310.969.9812.7潼關至三門峽干流區間78799901890.070.070.000.147.2合計701628686351492115.929.233.2221.9314.7

注：潼關至三門峽干流區間地下水資源重復量為0.0045億m3。

根據《陜西省水資源及其開發利用調查評價》成果測算得出，降水的垂直入滲是研究區地下水的重要補給來源，約占平原區地下水資源量的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時間等有密切關系。其中河谷沖積平原地區的入滲系數可達0.2～0.3，洪積平原地區的入滲系數在0.2左右，黃土臺塬的入滲系數在0.1～0.13之間。

河道滲漏是平原區地下水的主要補給源，約占平原區地下水資源量的40%，其補給強度與河谷形態及河床地質結構有關。山前地帶，河流由山區進入平原，流速驟減，產生大量垂直滲漏，有的滲漏殆盡，全部補給淺層地下水，河水滲漏系數為0.2～0.4，個別高達0.8～1；在河流中游地段，河水季節性補給淺層地下水；各支流匯入渭河前，有的形成地上河，河水常年補給地下水。研究區灌溉歷史悠久，渠系分布較為完善，近年又在較大峪口區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%。

來自秦嶺山區的基巖水亦可補給平原區地下水，補給強度與基巖構造、裂隙發育程度、山區與平原區接觸帶的地址結構、巖性特征等密切相關。

結合水文站實測降雨、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1980—2015年平均地下水資源量為21.93億m3，其中山丘區地下水資源量為9.23億m3，平原區地下水資源量為15.92億m3，重復量為3.22億m3。見表1。

3 地下水資源開發利用現狀分析

利用研究區各縣級行政區水資源公報與地市級水利統計年鑒資料，對2010—2015年秦嶺北麓供水情況進行趨勢分析，近年來研究區用水量逐年增加，見圖2。從供水水源的組成角度，研究區地表水和地下水用水量基本穩定，再生水等非常規水源的利用量自2012年逐年增大，總用水量隨之逐年增加，當地水資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；水資源開發利用率為58.6%，其中地表水開發利用率為33.4%，地下水開發利用率為74.2%。從區域角度，西安市地下水供水量最大，為7.27億m3，占研究區地下水總供水量的72.8%；渭南市次之，寶雞市地下水供水量最小，形成了以西安市區為核心的地下水供水系統。見圖3和圖4。

圖3 2015年研究區供水水源結構圖

圖4 2015年研究區分地市地下水供水量

按用水行業劃分，見圖5和圖6，2015年研究區農業灌溉用水7.39億m3，其中地下水為4.78億m3；工業用水4.46億m3，其中地下水為2.19億m3；城鎮生活用水5.00億m3，其中地下水為1.91億m3；農村生活用水1.28億m3，其中地下水為0.85億m3；生態環境用水2.00億m3，其中地下水為0.25億m3。研究區中農業發達，是地下水最大的用水戶，占研究區地下水總供水量的47.9%；其次是工業生產和城鎮生活，分別占21.9%和19.2%；較少的是農村生活和生態環境，分別占8.5%和2.5%。

圖5 2015年研究區分行業供水量圖

圖6 2015年研究區地下水供水結構圖

4 地下水開發利用問題及治理建議

4.1 地下水開發程度高，占總供水量比重大

2010—2015年，秦嶺北麓地下水開發利用程度平均可達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，占當年總供水量的49.6%，遠高于全國的17.5%。造成研究區地下水開發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，導致地表徑流偏少；另外，秦嶺北麓水利工程設施投入較少，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)地表水體污染嚴重，導致部分地區地表水供水減少，地下水供水加劇。據統計，2015年研究區劣V類水質河長達評價河長的18.24%[6]，水環境污染現象嚴峻，其中峪口以下西安、渭南境內的河流水質基本為Ⅴ類，且存在城市黑臭河段。

(3)用水量增加較快，部分城市與地區由于水資源緊缺，為保障生產生活用水不得不大量開采地下水。研究區2010—2015年年均供水量增加約0.5億m3，缺水導致經濟社會用水擠占河湖生態用水達3.5億m3[6]，一些原為農業灌溉的水庫轉向城市生活和工業供水，更有部分地區超采地下水形成下降漏斗區。

4.2 地下水超采引發環境地質問題

目前，秦嶺北麓共劃分有6個超采區，其中西安市4個、西咸新區1個、渭南市1個，分別為西安市城區嚴重超采區、浐灞河間一般超采區、灞東水源地一般超采區、郊區一般超采區、秦都區灃東一般超采區和渭南市城區一般超采區[7]。地下水超采引發了一系列環境地質問題，據統計，地裂縫及地面沉降主要發生在西安市，根據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和近郊區潛水污染加重，形成以城區和近北郊污水灌區為中心，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”地區地下水位埋深較淺，易發生土地鹽堿化

華州區與華陰市連接地帶(簡稱“二華”地區)處于渭河流域下游河段，由于該處河段迂回彎曲嚴重，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，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”，導致地下水補給增大，地下水位抬升。根據2015年《地下水動態月報》關中平原地下水埋深等值面圖顯示，目前“二華”地區地下水位埋深已升至2～4m左右，再加上該地區“南高北仰，中間低洼”的獨特地勢造成地下水以垂直蒸發排泄為主[9]，極易發生土地鹽堿化。

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，要突出抓好開源節流、優化配置，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)加快推進外調水及雨洪資源利用工程建設，置換地下水，特別是引漢濟渭及其配套工程建設，解決秦嶺北麓缺水問題。

(2)優化水資源配置，調整用水結構，優水優用，增加當地地表水的供水能力，緩解地下水的供水壓力。

(3)加快石頭河灌區、黑河灌區等大型灌區推廣高效節水，調整種植結構，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、修復地面沉降等環境地質問題。

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

5 結論

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地下水資源狀況。區域地下水資源量總體比較豐富，但其空間分布與社會經濟發展布局不相匹配，部分地區為保障社會經濟發展用水而大量開采地下水，導致出現地下水超采情況，進而造成一系列環境地質問題與生態破壞。盡管研究區已針對地下水問題采取了相應措施，但面對日益增長的用水需求，地下水仍是短時期內不可替代的水源，其治理工作依然任重道遠。