陜西省地下水超采區(qū)劃定技術(shù)研究淺析

(陜西省防汛抗旱物資管理中心，陜西 西安 710004)

地下水是水資源的重要組成部分，陜西省40%以上的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活用水依賴地下水，尤其是在關(guān)中地區(qū)，地下水資源的開采程度達(dá)到了60%以上。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和城市化進程的加快，為滿足日益增長的供水需求，對地下水資源的開采俞加劇烈。為遏制地下水瘋狂開采，陜西省政府曾于2006年下發(fā)了《陜西省人民政府關(guān)于印發(fā)沿渭(河)主要城市地下水超采區(qū)劃定及保護方案的通知》(陜政發(fā)〔2006〕69號)，在渭河沿岸的西安市、寶雞市、咸陽市及渭南市共劃定12個超采區(qū)，其中一般超采區(qū)5個，嚴(yán)重超采區(qū)7個，超采區(qū)總面積594.54 km2，年均超采量1.17億 m3，并制定了相應(yīng)的管理保護措施。該保護方案頒布后，地下水禁采區(qū)自備井陸續(xù)封停，限采區(qū)及一般超采區(qū)地下水開采量得到有效控制，地下水資源得到一定程度的涵養(yǎng)，地下水水位保持穩(wěn)定或緩慢回升狀態(tài)，但由于歷史超采嚴(yán)重，一些城市的超采情況依然存在。但在一些縣區(qū)及工業(yè)園區(qū)，城鎮(zhèn)生活及工業(yè)用水主要依靠地下水供水區(qū)域，地下水超采問題依然嚴(yán)峻。

筆者依據(jù)陜西省2001～2010年，全省地下水水位監(jiān)測資料重點對關(guān)中平原、榆林風(fēng)沙灘區(qū)和漢中盆地，埋深200 m以內(nèi)的潛水和淺層承壓水，不包括基巖裂隙水及巖溶水，采用水位動態(tài)法、開采系數(shù)法和誘發(fā)問題相結(jié)合的方法進行地下水超采區(qū)劃分技術(shù)研究。

1 基本概況

陜西省地處祖國內(nèi)陸腹地黃河中游，自然資源豐富，是西北地區(qū)重要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，是聯(lián)接我國東、西部和西南地區(qū)的交通樞紐之一，具有重要的經(jīng)濟、戰(zhàn)略地位。

陜北黃土高原，面積10.06萬 km2，約占全省土地面積的50%，地勢西北高而東南低。海拔高程800～1 300 m。北部屬毛烏素沙漠的東南邊沿，陜西省稱作“榆林風(fēng)沙灘區(qū)”，其面積約占全省面積的6.3%。多固定、半固定沙丘及平緩沙地、灘地，湖泊和梁崗分布其間。高原西南部彬縣、長武、千陽一帶塬面破碎，四周溝谷密布。

關(guān)中平原，亦稱“關(guān)中盆地”、“八百里秦川”等，面積1.91萬 km2，約占全省總面積的9.3%。介于秦嶺、北山之間，西起寶雞，東至潼關(guān)，東西長約360 km，其西部狹窄，東部開闊，西部寬約10～20 km，東部寬約50～80 km。西部海拔700～800 m，東部最低處高程為325 m。

陜南秦巴山地(包括黃河流域的秦嶺山地)，面積8.59萬 km2，約占全省面積的41.8%。北為秦嶺，南為米倉山和大巴山，其間鑲嵌著漢中、西鄉(xiāng)、月河、商丹等盆地，盆地內(nèi)地下水豐富，開發(fā)利用程度較高，是陜南主要供水水源地。漢中盆地是秦巴山區(qū)最大的山間盆地，面積1 620 km2。其他盆地，面積在25～232 km2之間，這些盆地是陜南的主要工農(nóng)業(yè)基地。

2 地下水超采區(qū)劃分研究

2.1 水位動態(tài)法

2.1.1 劃分方法及標(biāo)準(zhǔn)

水位動態(tài)法是以地下水水位(埋深)年均變化速率為主要評判指標(biāo)進行超采區(qū)劃分的方法。統(tǒng)計研究時段內(nèi)各年監(jiān)測井地下水埋深值，計算其地下水埋深年均變化速率(正值為下降，負(fù)值為上升)，判斷是否呈持續(xù)下降趨勢。

根據(jù)地下水埋深年均變化速率計算公式，采用2001～2010年地下水監(jiān)測資料進行計算，根據(jù)計算結(jié)果繪制研究時段內(nèi)淺層地下水年均埋深下降速率分區(qū)圖。

劃分標(biāo)準(zhǔn)為地下水位年均降幅大于等于0.5 m，小于1.0 m時，劃為一般超采區(qū)；地下水位年均降幅大于等于1.0 m時，劃分為嚴(yán)重超采區(qū)。

2.1.2 水位動態(tài)分析

以歷年監(jiān)測資料和相關(guān)研究成果、統(tǒng)計資料為基礎(chǔ)，統(tǒng)計初始水平年、現(xiàn)狀水平年各典型監(jiān)測井水位埋深，計算研究時段內(nèi)水位年均下降速率。資料來源主要為省級監(jiān)測井監(jiān)測數(shù)據(jù)，參考部分市級監(jiān)測井監(jiān)測數(shù)據(jù)，選用其中監(jiān)測資料較為完整的248處監(jiān)測井?dāng)?shù)據(jù)分析淺層地下水埋深變化。

根據(jù)計算的地下水埋深下降速率，按照淺層地下水位年均下降速率0≤V′<1.0 m/a和V′≥1.0 m/a分別圈定地下水位下降區(qū)范圍，繪制完成年均地下水位下降速率分區(qū)圖。由地下水位下降分區(qū)圖可以看出研究時段內(nèi)陜西省淺層地下水持續(xù)下降主要集中在關(guān)中平原和陜北榆林市靖邊一帶，漢中盆地地下水埋深基本穩(wěn)定。

2.1.3 水位動態(tài)法初步劃分結(jié)果

1)西安市

(1)西安市郊區(qū)超采區(qū)

西安市區(qū)北郊渭河岸邊，分布有西安市渭濱水源地及西北郊水源地，西郊分布有灃、氵皂 河水源地，其余區(qū)間大多為農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)井分布區(qū)，也有少量企、事業(yè)單位自備井，主要開采潛水和淺層承壓水。研究時段內(nèi)，潛水地下水水位仍有較大范圍的下降趨勢，下降幅度為0.2～0.6 m，主要位于北郊未央?yún)^(qū)、東郊十里鋪、西郊魚化寨等地。淺層承壓水開采主要為渭濱水源地、灃氵皂河水源地以及郊區(qū)自備井，開采深度80～300 m，2006年劃定超采區(qū)后，隨著開采量逐漸減少，區(qū)內(nèi)地下水位呈穩(wěn)定和回升狀態(tài)，鑒于該區(qū)域歷史超采問題嚴(yán)重，水位仍未完全回復(fù)，將西安市郊區(qū)包含灃氵皂河水源地在內(nèi)的區(qū)域劃定為西安市郊區(qū)超采區(qū)。邊界為淺層承壓水多年平均0.5 m水位降幅等值線。

(2)浐灞河間超采區(qū)

該區(qū)處于浐、灞河交匯三角地帶，主要有紡織城企業(yè)自備井、浐河水源地及灞西水源地生產(chǎn)井和農(nóng)灌井開采地下水。紡織城主要開采100～300 m深度范圍的淺層承壓水；灞西水源地及浐河水源地主要開采淺層地下水。研究時段內(nèi)該區(qū)域地下水水位基本穩(wěn)定。本次評價以浐、灞河間潛水多年平均0.5 m水位降幅等值線，作為浐、灞河間超采區(qū)邊界線。

(3)霸東水源地超采區(qū)

灞東水源地位于灞河以東，為傍河水源地，生產(chǎn)井沿灞河?xùn)|岸“一”字形展布，以開采潛水為主。灞東水源地潛水開采深度小于100 m，淺層承壓水開采深度100～250 m。本次評價以灞東水源地潛水水位多年平均0.5 m降幅等值線，作為灞東水源地超采區(qū)邊界線。

(4)高陵超采區(qū)

高陵縣工業(yè)園區(qū)年均水位下降速率在0.1～0.5 m之間，張卜塬由于長期開采地下水向閻良供水，形成降落漏斗。按照研究時段內(nèi)0～1.0 m/a水位變幅，劃定地下水超采區(qū)范圍，東到?jīng)芎庸I(yè)園，西至張卜塬，南抵涇渭工業(yè)園，北至縣城。

2)寶雞市

(1)鳳翔、岐山超采區(qū)

鳳翔、岐山由于取用地下水用于農(nóng)業(yè)灌溉，地下水水位持續(xù)下降，形成多處地下水水位下降區(qū)。將其中面積較大的，連片的區(qū)域按照研究時段內(nèi)0～1.0 m/a地下水水位變幅劃定為超采區(qū)，主要位于鳳翔橫水鎮(zhèn)、虢王鎮(zhèn)，岐山麥禾營鎮(zhèn)一帶。

(2)扶風(fēng)南陽超采區(qū)

扶風(fēng)縣北部南陽鎮(zhèn)研究時段內(nèi)地下水水位持續(xù)下降，最大下降區(qū)位于扶風(fēng)南陽鎮(zhèn)和天度鎮(zhèn)之間，達(dá)到0.8 m/a，按照研究時段內(nèi)0～1.0 m/a水位變幅劃定超采區(qū)范圍。

3)咸陽市

(1)灃東超采區(qū)

灃東新區(qū)位于渭河以南，近年來由于城市發(fā)展，地下水開發(fā)利用程度有所提高，同時靠近西安，受西安灃、氵皂 河水源地及其它地下水開采影響。研究時段內(nèi)地下水水位下降速率在0～0.2 m/a之間，且隨著新區(qū)經(jīng)濟進一步發(fā)展，地下水供水有繼續(xù)增加趨勢，此次依據(jù)多年平均0.5 m地下水水位變幅劃定超采區(qū)范圍，基本包括了灃東轄區(qū)。

(2)涇陽云陽超采區(qū)

該區(qū)研究時段內(nèi)水位動態(tài)變化情況如前所述。根據(jù)研究時段內(nèi)地下水水位0～1.0 m下降變幅，劃定以云陽鎮(zhèn)為中心，西至九娘廟，東至蔣路的長圓型的超采區(qū)。

4)渭南市

(1)富平井灌區(qū)超采區(qū)

富平縣農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠淺層地下水，研究時段內(nèi)年均水位變化速率介于0.4 m ～0.8 m之間，主要集中在石川河兩岸階地，依據(jù)研究時段內(nèi)0～1.0 m地下水水位變幅劃定地下水超采區(qū)，主要位于黃村、富平縣城、莊里鎮(zhèn)沿線，大致走向為西北至東南方向的狹長區(qū)域。

(2)蒲城井灌區(qū)超采區(qū)

蒲城縣農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠淺層地下水，研究時段內(nèi)年均水位變化速率介于0.3～0.9 m之間，以研究時段內(nèi)0～1.0 m/a地下水水位變幅劃定地下水超采區(qū)，主要位于蒲城縣南蘇坊鎮(zhèn)、賈曲鄉(xiāng)西賈曲及城關(guān)鎮(zhèn)一帶。

5)榆林市靖邊超采區(qū)

榆林市研究時段內(nèi)水位動態(tài)變化情況如前節(jié)所述，本次以研究時段內(nèi)0≤V′<1.0 m/a地下水水位變幅劃定地下水超采區(qū)，范圍位于靖邊縣寧條梁、東坑、縣城一線的狹長圓形區(qū)域。

2.2 開采系數(shù)法

2.2.1 計算方法及劃分標(biāo)準(zhǔn)

1)計算開采系數(shù)

(1)以全國水資源綜合規(guī)劃成果為基礎(chǔ)，統(tǒng)計各計算單元不同類型地下水可開采資源量；

(2)統(tǒng)計研究時段內(nèi)各計算單元不同類型地下水各年實際開采量；

(3)根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，按下式計算研究時段年均地下水開采系數(shù)：

k =Q實采/Q可采

式中：k為年均地下水開采系數(shù)；Q實采為研究時段內(nèi)年均地下水實際開采量(萬m3)；Q可采為多年平均地下水可開采資源量(萬m3)。

2)繪制開采系數(shù)分區(qū)圖

研究時段(2001～2010年)內(nèi)年均地下水開采系數(shù)0≤k<1.0為不超采區(qū)域，1.0≤k<1.3為一般超采區(qū)，k≥1.3的為嚴(yán)重超采區(qū)。

2.2.2 開采系數(shù)計算分析

1)可開采量計算

根據(jù)《陜西省地下水資源調(diào)查評價》成果，全省地下水總可開采量為40.361 6×108m3。各地市淺層地下水可開采資源量分別如下：西安市9.86×108m3，寶雞市6.08×108m3，咸陽市(含楊凌區(qū))4.48×108m3，渭南市7.48×108m3，銅川市0.38×108m3，延安市1.13×108m3，榆林市4.58×108m3，漢中市3.81×108m3，安康市0.86×108m3，商洛市1.69×108m3。

2)實際開采量

研究時段內(nèi)淺層地下水資源(不含深層承壓水)年均實際開采量由各縣區(qū)實際開采量統(tǒng)計匯總到各市級行政區(qū)，數(shù)據(jù)采用各市2001～2010年水資源公報數(shù)據(jù)。經(jīng)計算，各地市地下水年均實際開采量分別如下：西安市8.88×108m3，寶雞市3.15×108m3，咸陽市(含楊凌區(qū))4.24×108m3，渭南市4.33×108m3，銅川市0.31×108m3，延安市0.48×108m3，榆林市1.74×108m3，漢中市2.11×108m3，安康市0.35×108m3，商洛市0.9×108m3。

3)計算單元和開采系數(shù)計算

陜西省關(guān)中平原各地市開采量和開采系數(shù)均較大，尤其以西安、咸陽開采系數(shù)最高，均為0.9，介于0.7～1.0之間，屬強開采區(qū)。除此之外，榆林市和漢中市地下水開發(fā)利用程度也相對較高，屬中開采區(qū)。因此，本次開采系數(shù)計算以西安、寶雞、咸陽、渭南四個地市為主，以縣區(qū)平原區(qū)為計算單元，共劃分39個計算單元，分別統(tǒng)計各計算單元內(nèi)淺層地下水實際開采量，計算開采系數(shù)。

4)計算單位開采系數(shù)分析

由各計算單元計算結(jié)果可知，地下水開采強度較大，開采系數(shù)大于0.7的計算單元共有20個，其中達(dá)到超采(開采系數(shù)大于等于1)的計算單元共有11個，包括西安市城六區(qū)、高陵縣，寶雞市金臺區(qū)、鳳翔縣、岐山縣、扶風(fēng)縣、眉縣，咸陽市秦都區(qū)、渭城區(qū)、興平市，以及渭南市臨渭區(qū)。開采系數(shù)較大的計算單元與水位動態(tài)法中存在地下水下降區(qū)的縣區(qū)基本一致。需要說明的事，在水位動態(tài)法分析中，興平市興化水源地地下水水位變化穩(wěn)定，而開采系數(shù)計算結(jié)果卻為1.2，與水位動態(tài)分析結(jié)果不符。分析其原因，認(rèn)為在水位動態(tài)分析的過程中，部分淺層承壓水動態(tài)監(jiān)測資料不全，僅對潛水監(jiān)測資料進行了分析，而開采系數(shù)計算中包含了淺層承壓水。本著嚴(yán)格管理地下水資源的指導(dǎo)精神，結(jié)合興化水源地地下水開采實際情況，將該區(qū)劃分為一般超采區(qū)。

2.2.3 超采區(qū)開采系數(shù)計算及劃分結(jié)果

1)超采區(qū)開采系數(shù)計算

根據(jù)計算單元計算成果，將地下水可開采量和實際開采量進一步細(xì)化到水位動態(tài)法中初步劃定的超采區(qū)中，計算各超采區(qū)在評價區(qū)內(nèi)的開采系數(shù)。根據(jù)計算結(jié)果，各超采區(qū)開采系數(shù)均大于1，與水位動態(tài)法劃分結(jié)果一致。

2)初步劃分結(jié)果

根據(jù)開采系數(shù)計算結(jié)果，各超采區(qū)開采系數(shù)1.0

西安市4個：郊區(qū)一般超采區(qū)、浐灞河間一般超采區(qū)、灞東水源地一般超采區(qū)，高陵一般超采區(qū)。寶雞市2個：鳳翔、岐山一般超采區(qū)，扶風(fēng)南陽一般超采區(qū)。咸陽市3個：秦都區(qū)灃東水源地一般超采區(qū)、興平興化一般超采區(qū)及涇陽云陽一般超采區(qū)。渭南市2個：蒲城井灌區(qū)一般超采區(qū)、富平井灌區(qū)一般超采區(qū)。榆林市1個：靖邊一般超采區(qū)。

2.3 引發(fā)問題法

是以地下水開采引發(fā)的生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題作為評判指標(biāo)進行超采區(qū)劃分的方法。主要包括年均泉水流量衰減、地面沉降、水質(zhì)變化、地面裂縫、地面塌陷及海水入侵等生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題。在陜西省主要表現(xiàn)為地面沉降、塌陷、地裂縫及水質(zhì)污染。判斷原則為：

(1)由于地下水過度開采引發(fā)了地面塌陷，且100 km2面積上的年均地面塌陷點多于2個，或坍塌巖土的體積大于2 m3的地面塌陷點年均多于1個；

(2)由于地下水過度開采引發(fā)了地裂縫，且100 km2面積上年均地裂縫多于2條，或同時滿足長度大于10 m、地表面撕裂寬度大于0.05 m、深度大于0.5 m 的地裂縫年均多于1條；

(3)由于地下水超采引發(fā)了地下水水質(zhì)污染，且在研究時段內(nèi)污染后的地下水水質(zhì)劣于污染前1個類級以上；

西安市目前已形成14條地裂縫，對城市建筑物、文物古跡等的間接經(jīng)濟損失難以估量。由于地裂縫和地面積沉降的影響，西安標(biāo)志性建筑物之一的唐代大雁塔向西北傾斜。寶雞、咸陽、渭南市城區(qū)也不同程度地形成了明顯的地下水水位下降漏斗。

據(jù)統(tǒng)計，西安市已形成的14條地裂縫分別為南三爻—射擊場地裂縫帶，陜西師范大學(xué)—陸家寨地裂縫帶，大雁塔—北池頭地裂縫帶，陜西賓館—小寨地裂縫帶，沙井村—秦川廠地裂縫帶，黃雁村—和平門地裂縫帶，西北大學(xué)—西光廠地裂縫帶，勞動公園—鐵路材料總廠地裂縫帶，紅廟坡—八府莊地裂縫帶，大明宮—辛家廟地裂縫帶，方新村—井上村地裂縫帶，東三爻—曲江池地裂縫帶，南寨子—新小寨地裂縫帶，清梁山地裂縫。

其中多條地裂縫帶穿過西安市城區(qū)，根據(jù)引發(fā)問題法判定原則，劃分西安市城區(qū)嚴(yán)重超采區(qū)。

2.4 三種方法初步劃分結(jié)果比對分析

2.4.1 水位動態(tài)法及開采系數(shù)法劃分結(jié)果

根據(jù)248處監(jiān)測井在研究時段內(nèi)水位動態(tài)變化計算結(jié)果，繪制水位變幅圖，分析可見陜西省淺層地下水位持續(xù)下降主要集中在關(guān)中平原，漢中盆地地下水水位基本穩(wěn)定，陜北風(fēng)沙灘區(qū)榆林靖邊一帶地下水位下降。運用開采系數(shù)法計算分析可見陜西省開采程度大的地區(qū)仍集中在關(guān)中地區(qū)及陜北榆林。運用水位動態(tài)法及開采系數(shù)法劃分結(jié)果基本一致，共在西安、寶雞、咸陽、渭南及榆林五市劃定地下水超采區(qū)12個，分別為：

西安市4個：郊區(qū)超采區(qū)，浐灞河間超采區(qū)，灞東水源地超采區(qū)及高陵超采區(qū)。寶雞市2個：鳳翔—岐山超采區(qū)、扶風(fēng)南陽超采區(qū)。咸陽市3個：秦都區(qū)灃東超采區(qū)、興平興化超采區(qū)及涇陽云陽超采區(qū)。渭南市2個：蒲城井灌區(qū)超采區(qū)、富平井灌區(qū)超采區(qū)。榆林市1個：靖邊超采區(qū)。

2.4.2 引發(fā)問題法劃分結(jié)果

針對陜西省2006年(研究時段1986～2004年)劃分的西安市城區(qū)嚴(yán)重超采區(qū)、咸陽市城區(qū)中心嚴(yán)重超采區(qū)及渭南市城區(qū)超采區(qū)，本次研究時段內(nèi)水位動態(tài)分析結(jié)果顯示地下水位均呈現(xiàn)小幅回升狀態(tài)，本次考慮到以上區(qū)域歷史超采問題嚴(yán)重，地下水水位埋藏深且恢復(fù)遲緩，尤其是在西安市城區(qū)，多條地裂縫貫穿其間，地質(zhì)災(zāi)害問題較為嚴(yán)重。因此，從嚴(yán)格管理地下水資源的角度出發(fā)，將西安、寶雞、咸陽三市城區(qū)仍劃分為超采區(qū)，超采程度上，西安市城區(qū)為嚴(yán)重超采，其余兩市為一般超采。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

(1)陜西省供水量中，40%以上為地下水。全省地下水用水量主要集中在關(guān)中地區(qū)，占全省地下水開采量的79%，關(guān)中地區(qū)地下水開發(fā)利用程度亦較高，達(dá)到了60%以上。地下水在保障城市建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

(2)2001～2010年監(jiān)測資料表明，雖然依然存在著局部超采現(xiàn)象，但陜西省地下水資源在近10 a間得到了較好的涵養(yǎng)，地下水位下降趨勢減緩，部分區(qū)域地下水位回升。

(3)通過大量的調(diào)查、研究，結(jié)合對陜西省近10 a的地下水監(jiān)測資料分析，并依據(jù)地下水超采區(qū)劃定標(biāo)準(zhǔn)，共劃定地下水超采區(qū)15個，超采面積1 427.4 km2，年均超采量0.51億 m3。其中一般超采區(qū)14個，面積1 240.4 km2，年均超采量0.51億 m3，嚴(yán)重超采區(qū)1個，面積187 km2。

(4)在劃定超采區(qū)的基礎(chǔ)上，通過對超采區(qū)社會經(jīng)濟及水資源情況分析，依據(jù)地下水超采區(qū)管理保護分區(qū)劃定標(biāo)準(zhǔn)，劃定限采區(qū)14個，面積1 240.4 km2，禁采區(qū)1個，面積187 km2。

3.2 建議

(1)優(yōu)化供水結(jié)構(gòu)。

(2)法規(guī)制度建設(shè)。

(3)加強地下水水政執(zhí)法力度，嚴(yán)肅地下水取水市場秩序。