徐州市2012—2021年地下水動(dòng)態(tài)分析

王 偉，鄧 科，任中杰，蔡文生

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局，江蘇徐州 221018）

1 概 述

地下水資源是有限的自然資源，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城市供水安全等方面起著不可替代的作用［1］。受自然條件限制，徐州市可用水資源量不足，為重點(diǎn)缺水城市之一。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求不斷提高，城市需水量必將不斷增加。為保障徐州市國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，防止因地下水不合理開采而造成水資源枯竭、區(qū)域性水位下降、地面沉降與巖溶塌陷等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題［2-5］，開展相應(yīng)的地下水水位變化研究有著一定的現(xiàn)實(shí)意義。

地下水水位是地下水資源量變化最直接的表現(xiàn)，有關(guān)學(xué)者對(duì)地下水動(dòng)態(tài)變化及影響因素作了許多研究工作，分析了地下水動(dòng)態(tài)與降水量及地下水開采量的關(guān)系及影響地下水水位的主要因素［6-10］。本文結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，以承壓地下水埋深作為研究對(duì)象，分析了徐州市近10年承壓地下水埋深動(dòng)態(tài)變化情況，以探求地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，期望找到影響該區(qū)域地下水埋深變化的主要影響因素及其之間的線性關(guān)系，更好地反映當(dāng)前地下水狀況，為城鄉(xiāng)供水規(guī)劃和地下水資源利用與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

2 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

徐州市境內(nèi)地下水開采以孔隙水、巖溶水為主，開發(fā)利用起步較早，主要用于城鎮(zhèn)工業(yè)、城鄉(xiāng)生活和農(nóng)業(yè)灌溉?？紫冻袎核饕譃棰?、Ⅱ、Ⅲ層承壓水，其中，第Ⅱ、Ⅲ承壓含水層是徐州市的主要開采層。巖溶水主要分布在市區(qū)及銅山區(qū)，主要用于城鎮(zhèn)生活。

以2021 年為例，經(jīng)統(tǒng)計(jì)徐州市現(xiàn)存承壓地下水取水井共計(jì)3 216 眼，其中城鎮(zhèn)生活井353 眼，農(nóng)村生活井754 眼，工業(yè)用水井651 眼，農(nóng)業(yè)灌溉井1 459 眼。按取水用途統(tǒng)計(jì)，徐州市取水用途主要以農(nóng)業(yè)灌溉為主，占比約43%，其次是農(nóng)村生活和工業(yè)用水，分別占比約29%和23%。按含水層賦存條件統(tǒng)計(jì)，徐州市地下水按含水介質(zhì)劃分可分3個(gè)含水巖組，即孔隙含水巖組、裂隙巖溶含水巖組和裂隙含水巖組。孔隙承壓水主要開采層位為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承壓，其中Ⅰ承壓取水井597眼，Ⅱ承壓取水井402眼，Ⅲ承壓取水井518眼，Ⅰ+Ⅱ承壓取水井103 眼，Ⅱ+Ⅲ承壓取水井122眼，巖溶水取水井676眼，裂隙水取水井105 眼。不同含水層開采量比例分別為：孔隙含水巖組占比約62.3%，裂隙巖溶含水巖組占比約34.7%，裂隙含水巖組占比約3.0%。

3 地下水動(dòng)態(tài)分析

3.1 地下水埋深特征

徐州市位于黃淮海平原的南部，總體地勢(shì)呈現(xiàn)西北高東南低，這種東西地勢(shì)差異是造成地下水分布呈現(xiàn)西深東低特點(diǎn)的主要原因之一。西北部地區(qū)是整個(gè)徐州市最高的區(qū)域，因此地下水埋深普遍比其他區(qū)域要深，東南部地區(qū)地勢(shì)較低，地下水流向該區(qū)域，使得東南部地區(qū)地下水埋深較淺?；诂F(xiàn)有的承壓水觀測(cè)井的地下水埋深數(shù)據(jù)，可知徐州市西北部豐沛地區(qū)承壓地下水埋深大多在30～50 m，東南部地區(qū)承壓地下水埋深大多在2～10 m。

承壓地下水埋深變化主要受開采和補(bǔ)給的影響，開采量大于補(bǔ)給量時(shí)，地下水埋深下降，反之地下水埋深逐步回升，同時(shí)開采地下水井與周邊區(qū)域的承壓地下水也有一定程度的相互補(bǔ)給。經(jīng)過(guò)近年來(lái)地下水的持續(xù)壓采，徐州市承壓地下水埋深明顯回升，尤其是2018年底隨著豐縣付莊生活地表水廠的投入運(yùn)行，豐縣地下水超采區(qū)全面實(shí)施壓采，豐縣地下水埋深快速回升。經(jīng)分析，徐州市2014年前承壓地下水埋深逐年下降，2015年開始實(shí)施地下水壓采計(jì)劃，承壓地下水平均埋深由2014年的最低17.09 m上升至2021年的12.56 m，上升了4.53 m。

3.2 降水量和地下水開采量與地下水埋深的相關(guān)性分析

為研究降水量和地下水開采量與承壓地下水埋深的相關(guān)關(guān)系，對(duì)2012—2021 年的降水量數(shù)據(jù)、開采量數(shù)據(jù)與地下水埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行兩兩分組，利用SPSS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。相關(guān)系數(shù)是體現(xiàn)變量之間相關(guān)性密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，正負(fù)號(hào)表明相關(guān)的方向，數(shù)值大小表明相關(guān)程度［11］。

結(jié)果表明，地下水埋深和地下水開采量呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系（即地下水開采量增大時(shí)，地下水埋深越大，水位降低），相關(guān)系數(shù)r為0.844；地下水埋深和降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（降水量增大時(shí)，地下水埋深越小，水位上升），相關(guān)系數(shù)r為-0.684。0.8＜|r|＜1，屬于高度相關(guān)，說(shuō)明地下水開采是造成地下水埋深變化的主要因素，地下水開采量對(duì)地下水埋深的影響要大于降水量的影響。

3.3 降水量對(duì)地下水埋深的影響

相關(guān)系數(shù)及降水量與承壓地下水埋深關(guān)系見圖1，可以看出，降水量對(duì)承壓地下水埋深的影響并不明顯。張晨晨等［12-14］的研究表明，淺層地下水埋深與降水量時(shí)間序列呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。降水作為淺層地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，降水量的多少直接決定了補(bǔ)給量的多少。研究區(qū)取水用途以農(nóng)業(yè)灌溉為主，在農(nóng)業(yè)灌溉用水量一定的情況下，降水量越多，對(duì)地下水補(bǔ)給量越多，因農(nóng)業(yè)灌溉而開采的地下水越少；同理，降水量越少，因農(nóng)業(yè)灌溉而開采的地下水越多。因此，降水量對(duì)承壓地下水水位直接影響不明顯，它能通過(guò)影響農(nóng)業(yè)灌溉開采的地下水量從而影響承壓地下水埋深變化。

圖1 降水量與承壓地下水埋深關(guān)系

3.4 地下水開采量對(duì)地下水埋深的影響

根據(jù)相關(guān)系數(shù)分析，地下水開采量與承壓地下水埋深具有高度相關(guān)性。為進(jìn)一步明確地下水開采量對(duì)承壓地下水埋深的影響，對(duì)兩者關(guān)系進(jìn)行回歸分析?；貧w方程為H=12.465+0.637Q（H為埋深，Q為開采量）。復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.844，調(diào)整后的R2為0.677，其值越接近1，說(shuō)明擬合度越好。顯著性系數(shù)為0.002，其數(shù)值小于0.005，說(shuō)明地下水開采量對(duì)承壓地下水埋深具有顯著性影響。

2012—2021 年徐州市承壓地下水開采量與承壓地下水埋深的關(guān)系，可以看成線性關(guān)系。承壓地下水埋深會(huì)隨著地下水開采量的變化上下波動(dòng)。2014年后，由于實(shí)施地下水封井壓采以及嚴(yán)格遵守地下水取水總量控制，徐州市封存了大量地下水取水井，將駱馬湖、微山湖地表水源作為工農(nóng)業(yè)用水的替代水源，承壓地下水取水量得到嚴(yán)格控制，地下水埋深隨著開采量減少而穩(wěn)步回升，說(shuō)明了開采量對(duì)承壓地下水埋深具有顯著性影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）隨著地下水壓采、最嚴(yán)格水資源管理?xiàng)l例的實(shí)施，以及新建地表水廠投入運(yùn)營(yíng)，水資源豐沛地區(qū)及水源地地下水水位回升明顯，徐州市承壓地下水埋深整體呈上升態(tài)勢(shì)，年均上升0.6 m。

（2）承壓地下水埋深變化與降水量和地下水開采量均有關(guān)系，與降水量呈負(fù)相關(guān)，與地下水開采量呈正相關(guān)。

（3）降水量對(duì)承壓地下水埋深影響并不明顯，它能通過(guò)影響農(nóng)業(yè)灌溉用水，間接減少因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而開采承壓地下水的數(shù)量，影響承壓地下水埋深變化。

（4）通過(guò)對(duì)近年來(lái)的降水量、開采量與地下水埋深之間的簡(jiǎn)單相關(guān)關(guān)系分析，量化了地下水開采量與承壓地下水埋深之間的相關(guān)關(guān)系，模型擬合程度較好，得出地下水開采是造成地下水埋深變化的主要因素、且影響程度大于降水量的結(jié)論。

（5）在確定承壓地下水埋深與地下水開采量相關(guān)關(guān)系時(shí)，使用的數(shù)據(jù)時(shí)間序列較短，故擬合曲線的準(zhǔn)確性和實(shí)用性還有待提高。同時(shí)，本文尚未計(jì)算河道徑流量對(duì)地下水埋深的影響，由于影響承壓地下水埋深的因素較多，因此在今后工作中還需不斷跟蹤河道徑流量等因素對(duì)地下水埋深的影響，不斷積累相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化回歸方程，才能更加準(zhǔn)確地分析徐州市地下水埋深的動(dòng)態(tài)變化。