關(guān)中盆地地下水環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題研究

石 衛(wèi)，王友林，杜少少

(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710016)

關(guān)中盆地位于鄂爾多斯盆地南緣，為三面環(huán)山向東敞開的新生代斷陷盆地，介于陜北黃土高原和秦嶺山地之間，渭河自西向東橫貫盆地中部，兩岸水系發(fā)育不對(duì)稱，南岸支流密布，素有“秦嶺七十二峪”之稱。區(qū)內(nèi)水資源總量不足，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，受自然因素變異和人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)水資源開發(fā)強(qiáng)度的影響加大，導(dǎo)致地下水資源的形成、數(shù)量及空間分布產(chǎn)生了變化，進(jìn)而引發(fā)了水位大幅下降、泉水衰減、地裂縫和地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。

1 關(guān)中盆地地下水開采利用現(xiàn)狀

關(guān)中盆地地表水資源總量73.30×108m3/a，地下水天然補(bǔ)給資源量為 40.91×108m3/a，可開采資源 34.94×108m3/a。水資源總量86.99×108m3/a。人均、畝均占有水資源量相當(dāng)于全國(guó)平均水平的15.3%和20.7%，水資源總量不足，承載能力有限，屬資源性缺水地區(qū)。

盆地內(nèi)地下水的開采包括用于工業(yè)、城鎮(zhèn)生活的集中開采和農(nóng)業(yè)灌溉的分散開采，2010年關(guān)中盆地水資源總利用量482 266×104m3，地下水開采量 260 788×104m3，占總供水量的54.08%，現(xiàn)已建傍河水源地30多個(gè)，集中于渭河及支流岸邊，可見關(guān)中盆地地下水開發(fā)利用程度較高。近年來(lái)，西安、寶雞及渭南等城市的供水引進(jìn)了地表水源，減少了地下水的開采量，這種供水結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，緩解了盆地內(nèi)城市供水緊缺問(wèn)題，一定程度上也緩解了地下水超強(qiáng)開采所引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。

2 關(guān)中盆地地下水開采引起的主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題

2.1 區(qū)域性降落漏斗

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)、城市建設(shè)的高速發(fā)展，需水量激增，供需矛盾日益突出。在解決矛盾過(guò)程中，過(guò)多地考慮城市發(fā)展，忽視了地質(zhì)環(huán)境的平衡，持續(xù)超強(qiáng)開采地下水，導(dǎo)致區(qū)域地下水位持續(xù)下降。在寶雞、咸陽(yáng)、西安和渭南四大工業(yè)城市最為嚴(yán)重，地下水的降落漏斗分布區(qū)也主要在這四大城市。

2.1.1 寶雞市地下水降落漏斗

寶雞區(qū)域的第四系砂、砂卵石孔隙潛水是城郊農(nóng)業(yè)灌溉水源，上第三系灞河組砂礫卵石孔隙裂隙水承壓水是城市工業(yè)和生活用水水源，其中30～150m的淺層承壓水，是目前區(qū)內(nèi)各水源地主要開采層位。隨著對(duì)區(qū)內(nèi)地下水的過(guò)量開采，致使地下水補(bǔ)排關(guān)系失調(diào)，水位下降嚴(yán)重的地方已出現(xiàn)掉泵、機(jī)井廢棄等現(xiàn)象。據(jù)資料，1974、1979、1989、1999年日開采量分別為9.79、15.61、18.04、19.37(× 104m3)，降落漏斗面積依次為21.75、27.5、45.13、57.54 km2。2000 年后，馮家山引水工程投入運(yùn)營(yíng)，自來(lái)水公司生產(chǎn)井大都停用，自備井單位開采量大幅減少，水位逐漸恢復(fù)，改變了淺層承壓水二十年來(lái)長(zhǎng)期超量開采和水頭持續(xù)下降的局面，降落漏斗面積逐年縮小，2000年時(shí)漏斗面積為56.29 km2(555m等水頭線圈定)，2007年時(shí)縮小至49.90 km2(570m等水頭線圈定)。

2.1.2 渭南市地下水降落漏斗

渭南市城區(qū)降落漏斗分別位于城南的韓馬村、城東南北張村、城區(qū)東北市自來(lái)水公司水源地和豐陰－曹井一帶。1971年韓馬村附近地下水位埋深為37m，1995年下降至134m。1985－1997年豐陰－曹井一帶承壓水水位埋深累計(jì)下降了11.76m。近年來(lái)，隨著地表水灌溉量日益增大、工業(yè)用水量不斷減小和自備井的關(guān)停，2010年澗峪水庫(kù)正式向渭南市城區(qū)供水，供水結(jié)構(gòu)模式的改變，渭南市地下水位下降幅度明顯減小，降落漏斗面積趨于穩(wěn)定。

2.1.3 咸陽(yáng)市地下水降落漏斗

2010年以前，咸陽(yáng)市工業(yè)、生活近于全部依賴地下水資源。原供水生產(chǎn)井開采量27×104m3/d左右，其中承壓水開采量約20×104m3/d。市區(qū)生產(chǎn)井密度過(guò)大，承壓水嚴(yán)重超采，超采地段分布在彩色顯像管廠、西北橡膠廠、3530廠、玻璃廠等4個(gè)水源地，水位持續(xù)下降。據(jù)相關(guān)資料，從開采初期至2000年，承壓水頭下降10～30m，承壓水漏斗范圍為72.5 km2。2011年石頭河水庫(kù)向咸陽(yáng)市城區(qū)開始供水，年供水量為3 000×104m3，同時(shí)市區(qū)限制了工業(yè)用水開采量，近年來(lái)地下水頭有所回升，漏斗面積得到了有效控制。

2.1.4 西安市地下水降落漏斗

西安市供水水源地均屬傍河取水，主要開采30～300m段的潛水和承壓水，城郊自備井水源地以開采300m以內(nèi)承壓水為主。20世紀(jì)50年代初開采量為7.7×104m3/a，1990年達(dá)11 223.75×104m3/a，因持續(xù)多年超量開采，水位大幅下降，承壓水頭埋深由50年代后期10～20m增加至80～120m，形成了東北郊的八府莊、東郊的沙坡、胡家廟、西南郊的西北工業(yè)大學(xué)、南郊的省測(cè)繪局附近、小寨和八里村等降落漏斗，區(qū)域性降落漏斗面積擴(kuò)大至243.75 km2，各漏斗中心承壓水水頭以每年3～5m的速度下降，最大可達(dá)10m。

20世紀(jì)末，隨黑河引水工程的運(yùn)行，西安市主要水源地地下水開采量逐年減少，1996年開采量為12 383×104m3/a，1999年開采量減少為8 414.4×104m3/a，而 2011年城區(qū)禁采后，開采量限為4 220.4×104m3/a。隨地下水開采量的減少，降落漏斗范圍趨于穩(wěn)定，并呈逐年減小的趨勢(shì)。據(jù)西安地區(qū)地下水長(zhǎng)觀孔水頭資料，2006年至2011年小寨漏斗承壓水年際同期水位上升了10.56m，西工大漏斗承壓水年際同期水位上升了10.78m，其它地段承壓水水位均呈上升趨勢(shì)(見圖1)。

圖1 西安地區(qū)2006－2011年承壓水動(dòng)態(tài)

2.2 地裂縫與地面沉降

2.2.1 地裂縫

關(guān)中盆地地裂縫以西安與咸陽(yáng)最為集中，危害程度大，研究程度較高。咸陽(yáng)市城郊發(fā)現(xiàn)地裂縫活動(dòng)，使紡織器材廠、陜棉八廠、市制線廠、彩虹賓館和西北橡膠廠等單位的20余棟建筑物出現(xiàn)裂縫，周至、藍(lán)田、臨潼、禮泉、涇陽(yáng)、合陽(yáng)、渭南也相繼發(fā)現(xiàn)地裂縫。截止2006年底，在西安市區(qū)經(jīng)勘察確定的地裂縫有14條，地裂縫的總體走向?yàn)镹EE，彼此以0.6～1.5 km的間距近似平行的展布，在 NEE方向上長(zhǎng)19 km，在NNW方向上寬12.5 km，分布面積達(dá)200 km2。地裂縫總地表出露長(zhǎng)度81.5 km，延伸長(zhǎng)度122 km。

20世紀(jì)20年代，西安地區(qū)地裂縫活動(dòng)開始顯露，但活動(dòng)較微弱，到80年代活動(dòng)開始加強(qiáng)，1976年至1988年，地裂縫全面擴(kuò)展階段，多處出現(xiàn)破裂，并連續(xù)成帶，西安地裂縫格局初具雛形。1988年至1995年，地裂縫發(fā)育成形階段，該階段地裂縫活動(dòng)強(qiáng)烈，平面分布格局基本形成，11條地裂縫的破裂形跡已基本連通，大雁塔地裂縫活動(dòng)使大雁塔大雄寶殿和圍墻破裂;1996年至2000年，隨著西安市采取黑河供水、禁采地下承壓水措施的實(shí)施，使地裂縫活動(dòng)速率大大減小，如小寨地裂縫活動(dòng)歷史(見圖2)，該階段地裂縫活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，處于緩慢蠕變活動(dòng)狀態(tài)。2001年至今，南郊處于禁采地下承壓水區(qū)域之外或邊緣地帶，尤其是城中村外來(lái)人口大幅增加，致使用水量劇增，地下承壓水的開采量也大幅增大，導(dǎo)致了位于西安市南部地裂縫活動(dòng)性明顯加劇。

圖2 小寨地裂縫活動(dòng)歷史曲線

2.2.2 地面沉降

關(guān)中盆地地面沉降主要發(fā)生在西安市、咸陽(yáng)市，以西安市最為嚴(yán)重。據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量資料，截止1996年西安地面沉降累計(jì)沉降量超過(guò)100 mm的面積已達(dá)150 km2，波及范圍達(dá)200 km2，最大沉降速率300 mm/a。形成了小寨、鐵爐廟、沙坡村、胡家廟、西工大、八里村等7個(gè)沉降中心，最大累計(jì)沉降量達(dá)2 600 mm。

西安市區(qū)主要開采埋深100～300m的承壓水，其中埋深100～150m含水層為多數(shù)井群的開采段。從20世紀(jì)50年代初到90年代，持續(xù)多年超量開采，引起區(qū)域承壓水位大幅度下降，形成了150 km2的降落漏斗。據(jù)分層標(biāo)多年監(jiān)測(cè)資料，埋深在0～104m非開采段內(nèi)壓密量占總沉降量的15%，埋深104～187m的第一承壓含水層壓密量占總沉降量的51%，埋深187～367m的第二、三層承壓含水層壓密量占總沉降量的34%。

20世紀(jì)90年代末關(guān)停了城區(qū)自備井，2002年至今地面沉降活動(dòng)速率有所減小，據(jù)分層標(biāo)監(jiān)測(cè)資料，367m以上地層壓密量由2002年的42 mm，減小至2006年的15m。據(jù)資料計(jì)算，地面沉降量與承壓水頭下降值呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.85以上，承壓水漏斗區(qū)的地面沉降量隨水位下降值的增大而增加(見圖3)。

2.3 水質(zhì)污染

據(jù)潛水樣分析結(jié)果，渭南市是關(guān)中地區(qū)潛水污染最為嚴(yán)重的地區(qū)，嚴(yán)重污染區(qū)成片分布于渭南固市、蒲城下吉、黨睦、龍陽(yáng)、大荔官池、朝邑、兩儀鎮(zhèn)一帶，主要污染離子為總硬度、溶解性總固體、NO2－、NO3－、Cr6+。其中 NO2－含量最大可達(dá)0.98 mg/L，是背景值的30倍，Cr6+含量可達(dá) 0.22 mg/L，是背景值的22倍。

2.4 漬水與土壤鹽漬化

2.4.1 漬水

關(guān)中盆地的漬水主要分布在渭河以北涇河以西的西部灌區(qū)和渭河以北石川河以東的交口灌區(qū)。

西部灌區(qū)在大規(guī)模引灌前，潛水埋深及水位主要受自然因素影響，處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。1971年寶雞峽引渭工程和羊毛灣水庫(kù)運(yùn)行后，灌溉水入滲、水庫(kù)、塘渠等水利工程滲漏，使地下水補(bǔ)給量大大增加，在扇間洼地和塬間洼地地段出現(xiàn)了漬水、潛水水質(zhì)惡化等地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。1983年以來(lái)，采取了明溝排水、開采潛水灌溉等綜合措施，明水面積縮減，到1996年時(shí)區(qū)內(nèi)漬水面積減至1 300畝。現(xiàn)今除陳倉(cāng)區(qū)陽(yáng)平鎮(zhèn)五星村附近有明水出露，系修筑公路阻斷塬前地下水徑流通道所致，其它地段潛水位埋深均在5m以上，西部灌區(qū)漬水現(xiàn)象已基本消失。

圖3 地面沉降與承壓水頭變幅剖面圖

交口灌區(qū)地處石、洛、渭一級(jí)階地，地形平緩開闊，地下水緩慢逕流向渭河及下游排泄，該區(qū)易形成漬水。1981年灌區(qū)漬水面積約15萬(wàn)畝，分布于黨睦至油槐一帶的農(nóng)田被淹、渠道滑塌、房屋倒塌，損失嚴(yán)重。據(jù)1996年灌區(qū)遙感解譯結(jié)果，漬水集中成片分布于北干渠以東、龍池－官路以西、南干渠以北，鹵泊灘以南，分布面積約360萬(wàn)畝。近年來(lái)，區(qū)內(nèi)排堿渠、排水溝等排水設(shè)施日趨完善，且灌溉采用了井渠結(jié)合模式，使明水規(guī)模大幅縮減，現(xiàn)僅蒲城鹵泊灘、大荔鹽池洼、朝邑一帶尚有明水出露，其它地段多為零星漬水。

2.4.2 土壤鹽漬化

關(guān)中盆地土壤鹽漬化分為輕度鹽漬化、中度鹽漬化兩類。其中輕度鹽漬化面積約為492.3 km2，主要分布在蒲城鹵泊灘外圍、渭南固市一帶、大荔縣城北側(cè)塬前以及朝邑鎮(zhèn)東側(cè)的黃河灘上，潛水位埋深2m左右，氯鹽漬土、亞硫酸鹽漬土、堿性鹽漬土在該區(qū)均有分布，以亞硫酸鹽漬土為主，其土壤含鹽量為1 000～2 500 mg/kg之間。中度鹽漬化面積約為101.56 km2，主要分布在蒲城鹵泊灘、大荔鹽池洼及朝邑鎮(zhèn)東北方向的黃河漫灘上，淺層水埋深1.5m左右，土壤類型為亞硫酸鹽漬土和堿性鹽漬土，土壤含鹽量多大于3 000 mg/kg。

3 防治措施

3.1 地下水降落漏斗防治

(1)興建地表水引水工程:主要是利用渭河水系和黃河干流過(guò)境水。

(2)限制地下水開采:在地下水位嚴(yán)重下降的地區(qū)，應(yīng)限制地下水的開采，尤其是在地面沉降和地裂縫活動(dòng)的西安城郊區(qū)，對(duì)自備井開采量嚴(yán)格控制，使地下水水位降落漏斗適當(dāng)恢復(fù)，控制地面沉降和減緩地裂縫的活動(dòng)，防止水源枯竭。

3.2 地裂縫防治

(1)單體建筑物嚴(yán)格遵守避讓為主原則:鑒于地裂縫對(duì)建筑物具有不可抗拒的破壞作用，因此采取避讓的措施是防止地裂縫災(zāi)害的最有效措施，特別是對(duì)于高層建筑和大型工程尤為重要。

(2)對(duì)建筑物選擇可行基礎(chǔ)加固措施和上部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)方案:地裂縫對(duì)建筑物的三維破壞作用，主要表現(xiàn)在對(duì)跨主地裂縫建筑的直接破壞方面，其影響主要為地基的差異沉降。為避免差異沉降造成的結(jié)構(gòu)破壞，就要求基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)必須有足夠的剛度，以抵抗差異沉降引起的破壞，同時(shí)要使地基、基礎(chǔ)和上部建筑形成整體，以避免由于基礎(chǔ)開裂導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞。

(3)對(duì)地下管線加強(qiáng)抗斷設(shè)計(jì):對(duì)于穿越地裂縫地段的排水管道，應(yīng)采用柔性管材，如PVC管、鋼管等，使管道能較好地適應(yīng)地裂縫的變形。

(4)限制地下水開采與做好地表排水相結(jié)合:控制地下水的過(guò)量開采，保持地下水儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)平衡，使水位不再下降，減緩地裂縫活動(dòng);合理進(jìn)行排水設(shè)計(jì)，尤其對(duì)于地裂縫附近的雨水、污水排水系統(tǒng)進(jìn)行妥善處理;及時(shí)封填夯實(shí)地表裂縫，防止地表水進(jìn)入裂縫中誘發(fā)地裂縫的活動(dòng)。

(5)建立監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng):通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析才能較好地掌握地裂縫的發(fā)展變化、各因素對(duì)地裂縫活動(dòng)的影響以及預(yù)測(cè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

3.3 地下水污染防治

(1)加強(qiáng)污水處理及回用:工業(yè)廢水和生活污水是關(guān)中地區(qū)最主要的水污染源，年污水排放總量達(dá)到6.5×108m3，應(yīng)有計(jì)劃地建立污水處理廠和中水管道系統(tǒng)，對(duì)大廠礦企業(yè)的工業(yè)廢水進(jìn)行處理并回用。

(2)合理使用化肥、農(nóng)藥:長(zhǎng)期、過(guò)量使用化肥，不僅改變土壤物理狀況，土壤失去肥力，且會(huì)污染土壤和環(huán)境。因此，控制化肥、農(nóng)藥的施用時(shí)間和施用量，力求做到科學(xué)合理。

3.4 漬水、土壤鹽漬化防治

(1)排水措施:鑒于鹵泊灘、鹽池洼四周地勢(shì)高，中間低的盆狀地形，大面積排水降低水位比較困難，可采取局部排水，或以灌代排，降低水位。

(2)引洪淤積:將洪水引入低洼的鹽漬地，利用洪水中的泥沙壓堿，是改良鹽漬土的有效措施。

(3)生物措施:鹽漬土上種植綠肥，不但顯著增加有機(jī)質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，而且由于綠肥生長(zhǎng)過(guò)程中，莖葉茂密，覆蓋地面，減少地面水分蒸發(fā)，能抑制土壤返鹽，促進(jìn)土壤脫鹽。

(4)科學(xué)用水、排灌結(jié)合:對(duì)渭河北岸土壤鹽漬化和漬水災(zāi)害分布的交口灌區(qū)，建議采用井渠雙灌、灌排結(jié)合的灌溉方式，合理調(diào)控地下水位，使已有漬水、土壤次生鹽漬化的地區(qū)逐步恢復(fù)原貌。

［1］王友林，杜少少，金光，等.陜西省關(guān)中經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源保護(hù)與調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.西安:陜西省地質(zhì)調(diào)查中心.2013.

［2］王文科，王雁林，段磊，等.關(guān)中盆地地下水環(huán)境演化與可再生維持途徑［M］.鄭州:黃河水利出版社.2006.

［3］張茂省，朱立峰，王曉勇.關(guān)中盆地地下水系統(tǒng)分析與地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用對(duì)策［J］.第四紀(jì)研究.2005，25(1):15－21.

［4］劉娟，謝淥，趙鐵柱，等.關(guān)中盆地地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.西安:陜西省地質(zhì)調(diào)查院.2002.

［5］陳志新.地裂縫成災(zāi)機(jī)理及防御對(duì)策［J］.西安工程學(xué)院學(xué)報(bào).2002，24(2):17 －20.