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西安市地下水位变化及环境效应分析

时间:2016-11-28来源: 作者: 点击: 136次


魏卿

(陕西省西安市长安大学, 710018,陕西 西安)

摘 要: 随着社会的发展,地下水资源的利用越来越受到人们的重视,而西安市作为西北地区的重要经济文化要道和历史文化名城,对于国民经济的发展起着十分重要的作用。通过对西安市地下水的动态的历史演变过程,含水岩组的水文地质条件,水位埋深变化历程进行分析,指出了西安市在地下水开发过程中存在的问题,包括地面沉降,地裂缝,地表塌陷等环境地地质问题,在地下水的合理开发和利用方面,也提出了相应的解决方案和应对措施。

关键词: 地下水; 动态演变;环境保护;合理开发;应对措施

中图分类号:TV21   文献标志码:A   文章编号::1004-1184

前言:

西安市位于陕西省关中盆地的中部,自古以来有“八水绕长安”一说,北濒渭河,南依秦岭。全市下辖10区3县,总面积10108平方公里。2015年常住人口862万,其中城镇人口626万。但西安市水资源在时空分布上较为不均,南部山区降水量为800~1200mm, 径流量占全市总径流量的82% ,而占全市面积51%的北部平原降水量为550~800mm, 蒸发量为900~1150mm ,径流量多集中在7~10月份,仅占全市总径流量的18%。 西安城市自备井主要开采市内200-300m左右的承压含水层内的地下水,在开采的高峰时段,市内的自备井数量高达500余眼,年开采量相对约占总开采量的三分之一,地下水在开采过程中,受到了人类活动以及自然条件的影响,面临很多环境地质问题,甚至有水资源枯竭的危险。

1、地下水含水岩组类型

1.1潜水含水岩组

西安市北部为一级和二级阶地,地势相对较为平坦,主要为全新统,上更新统的粗砂,中砂,细砂及粉质粘土,水位埋深10~20m;中部为黄土梁洼,水位埋深5~10m,,为上更新统中细砂和亚粘土;西南地区属于原始的古河道区,水位埋深10~20m,主要为全新统冲洪积亚粘土,黄土状土,呈灰黄色;南部的黄土梁洼,水位埋深 20 ~ 40 m,含水组为上更新统黄土、亚粘土,少部分有薄层砂或砂砾;南部的黄土塬区水位埋深大于40m,从狗两侧相对范围较小,因此富水性较差。在各支流漫滩及一级阶地处,一般为西安市的水源供给区,而这些地区的含水岩组主要为砂卵石层,和卵砾石组成,富水性较好,而整体的潜水态势由南向北逐渐降低,径流的方向近似为由西南向东北径流,平原区地下水补给主要为降水入渗、河流渗漏、地表水体 的垂直入渗等,排泄方式有人工排泄,向承压含水层越流,以及补给地表水体等。

1.2承压水含水岩组

承压水的开采程度相对较高,一般200~300m,含水岩组主要为中更新统及下更新统的冲击相和湖湘交互的沉积地层。北部顶板深度在50m以下, 含水层为数层砂砾、中粗砂夹年区域性的地下漏斗面积甚至达到粘土,水位埋深 20~50m,涌水量4.5 L /s m; 中部顶板深度在80m以下,水位埋深 70~100m,含水层为中细砂或粉细砂与亚粘土 互层,涌水量1.5 L /s m; 南部顶板深度在100 m以下, 含水层以厚层状灰绿色亚粘土和不稳定的砂互层,水位埋深大于100m,砂层厚度变化大,分选性差,涌水量0.5 L /s m左右。承压水主要由上覆的潜水含水层的越流补给,以及周围的东南和西北两侧的径流补给,总体流向为由四周向中心径流,排泄方式主要为人工排泄。

2、地下水位动态特征

2.1潜水位动态

 从解放后到2000年,西安市地下水的开采量一直呈增长趋势,取西安地区潜水1986~ 2002年末平均埋深数据做分析(见表1) ,由图1分析后可以看出,西安地区平均埋深呈稳定上升态势, 趋势线接近于线性方程: y=0. 750 5x+7. 171 9( x=1, ……, n) , 其中,1986,2002 年平均埋深数据位于趋势线以上,1990年, 1992年平均埋深数据位于趋势线以下,剩余10年份数据则非常接近于趋势线。由多年潜水动态资料分析可知,多年来潜水位总体呈稳定的趋势,根据西安气象站资料,西安地区多年平均降水量518.1 mm、蒸发量1478.5mm、平均气温 14.5 ℃。潜水位的变化主要受到越流影响,降雨量,以及人工开采的影响,而其中降水量的变化对于潜水的动态起着最为重要的作用。整体来说,潜水的水位变化,在冬春季,气温相对较低,潜水利用相对较少,属于潜水丰水期,而在夏季和秋季,潜水利用量大幅上升,而且受气温影响,地表水体蒸发量增大,潜水的越流补给地表水体较多,因此潜水水位下降,为相对枯水期。

1 西安地区各地貌单元潜水历年年末平均埋深( m)

Table 1 the geomorphic unit in xi 'an region diving at the end of the calendar year average depth (m)

年份

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

埋深

8.86

8.46

8.95

9.55

10.8

11.8

12.6

12.9

14.4

: 表中数据来自西安市规划局地下水资源管理办公室

 

1 西安地区各地貌单元历年地下水埋深变化

Fig.1  A diving depth with time variation

2.2承压水位动态

1970年以后, 西安市承压水开采量剧增, 整体上,西安市的承压水埋藏较深,具有良好的隔水底板,因此水质相对来说较好,其水位的变化主要受人工排泄影响。随着工业化进程的发展,农业和工业普遍用水量大幅增加,而开凿自备井成为了主要选择方式,随着开采量的增大,承压水的埋深也在不断下降。选取1982~2004年西安市城区承压水平均埋深,从图2可以看出平均埋深上升显著, 趋势线方程为 y=2. 2601x+72. 059( x=1, ……, n) ,呈峰形向上突出,。

 

2  西安市市区承压水位历年平均埋深(m)

Table 2   xi 'an urban pressure level average depth (m)

年份

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

埋深

65.6

76.2

77.3

82.2

84.3

89.3

96.7

96.2

96.3

95.4

91.5

90

: 表中数据来自西安市规划局地下水资源管理办公室

 

2 西安市区历年承压水位埋深变化图

Fig. 2  A confined water depth with time variation

3、西安市地下水的开发利用情况分析

3 西安市不同时期各部门地下水利用表

Table 3 xi 'an departments use of groundwater table during different periods

 

农村生产/万m³

所占比例(%)

工业生产/万m³

所占比例(%)

城镇生活/万m³

所占比例(%)

农村生活/万m³

所占比例(%)

地下水总量/万m³

1987

58461

69.93

13524

16.18

8291

9.92

3323

3.97

83599

1997

74000

54.40

40700

29.92

14812

10.89

6515

4.79

136027

2004

57217

47.56

39647

32.96

14829

12.32

8611

7.16

120304

: 表3数据来源于陕西省水资源公报及西安市水资源统计年报

根据对于西安市的地下水的开发利用情况的调查数据显示,地下水的用水结构方面 ,农村生产用地下水占地下水总用水量的比重最大,但是其利用的比例一直呈现下降的趋势,其次为工业用水及城镇生活用水。农村生产利用的地下水在1987年有58461m³,占总体地下水利用比例的69.93%,但利用比例一直下降,到了2004年利用量为57217m³,所占比例也下降到了47.56%,相反,工业用水所占比例一直呈现稳步增长的趋势,由1987年的13524m³上升至1997年的40700m³, 1997~2004年的比例则一直稳定在30~33%。上世纪80年代开始,随着黑河引水工程建立,城镇生活用水比例逐渐上升,由1987年的9.92%,上升至2004年的12.32%,其比例大致保持在10% ~13%之间。随着农村地区生活水平的提高,农村地区的用水比例也是逐步增长,由1986年3.97%上升至2004年的7.16%。

4、地下水降落漏斗的形成与发展历程

1973年,承压水位降落漏斗首次出现。随着自备井的增加,开采量的增大,水位持续大幅度下降,漏斗也不断扩大和加深。而自1997年黑河引水工程通水后,自备井的开采量随之减少,大部分地区承压水位趋于稳定,部分地区水位也有明显回升。1990年区域性承压水下降漏斗面积扩大至154km21991年起,承压水开采量虽然逐年减少,但仍大于可开采量,承压水位持续下降,西安市郊承压水开采区,在1970年~1997年,水位普遍下降20~100m。降落漏斗面积在1995年扩大至234. 75km2 , 承压水位最大埋深在1997年,达到157m ,均为历年最大。到1997年西安市实现了黑河引水工程之后,开采量减至接近可开采量,承压水位才趋于稳定。

5、地下水位下降引起的危害

5.1地下水水资源枯竭和水质恶化

长期过量开采地下水导致地下水位持续下降,甚至导致一些地区的供水井的枯竭和不能使用,水位的下降需要使用更加良好的设备,增加了开采的成本,从而加重了社会负担。工业中产生的污水和其他生产生活过程中产生的各种污染物以及生活垃圾,如果没有妥善处理,都会在不同程度上影响地下水的水质,而地下水位的下降,使得地下水的降落漏斗形成,潜水与承压水之间的水位相差只有20~100m左右,潜水中的污染物便会渗透至承压水中,而承压水由于处于两隔水底板之内,处于一个相对封闭的环境,因此起谁知不能及时的得到有效的处理,而开采进而会影响人类的健康。透过一些检测结果可以看出,目前很多地方的地下水已经受到了污染,包括有机物酚类的污染,重金属六价铬,铅,以及氨氮等的污染,通过若透水层进入承压含水层,引起地下水的水质恶化。

5.2 引发地面沉降和地裂缝

地下水位的持续下降会引发大面积的地面沉降,地面沉降导致市区内出现地面塌陷,造成建筑物和交通道路的损坏,而且还会导致在已经发生地面沉降的地区工程施工过程中,出现很多棘手的问题,影响工程施工,还会造成工程造价提高,工期延误,在地下水位下降的区域,会导致建筑物的倾斜和塌陷,例如西安市内的大雁塔等,影响人们的生活。而地面沉降,导致城市内部排水不畅,极易形成内涝,加剧城市暴雨的灾害。

西安市内有13条地裂缝,而地裂缝的存在一直会影响城市内部建筑物的安全性,由于地裂缝在外部作用下,长期可能会处于蠕动状态,会影响城市内部的排水设施,极易造成排水管路的损坏,而地裂缝也影响工程建筑物的稳定性,进而对人们的安全构成威胁。

6、防治措施

6.1尽快开展新一轮的地下水资源评价工作

西安市经过几十年的开采和利用之后,地下水的补给,径流和排泄条件都已经发生了很大的变化,因此有必要开展新一轮的地下水资源的勘查和评价,确定西安市内的地下水的实际储量以及生产和生活过程中的地下水利用量,并根据新的实际水资源储备量,制定严格的实施方案,控制对于地下水,尤其是承压水的开采。防治地面沉降和地下水降落漏斗的进一步加剧,从而减轻其对城市建设的危害。

6.2大力提倡节约用水 

虽然西安市内已经完成了黑河引水工程,而且承压水位也有所回升,但是地下降落漏斗的问题依然很严重,因此有必要大力提倡节约用水,构建节水型社会,把地面沉降控制住,才能保证地下水的开发和利用更加稳定。 

6.3 依法加强地下水资源管理

从工作的提出到具体的实施,都需要一套较为完备的水资源管理体系,因此,需要加强在地下水的利用方面的法律法规,保证地下水的有效管理,严防相关不良企业私自开采地下水或排放污水,加强对于企业的管理和政策的引导。在新的开发地区,有序制定可行性方案。

 6.4人工回灌

在一些地下水开采较为严重的地区,可以考虑采用人工回灌的方法,虽然有些地方的地下水利用很高,地面沉降严重,通过人工回灌可以减轻地面沉降的程度,当然在回灌过程中,依然要考虑相应的生态机制,从而有效控制地下水位的进一步下降。

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Research on xi 'an groundwater dynamic evolution

Qing Wei

(xian in shaanxi chang 'an university, 710018, xi 'an)

Abstract: with the development of the society, the use of groundwater resources more and more get people's attention, and the northwestern region of xi "an as important economic and cultural arteries and the historical and cultural city, for the development of the national economy plays a very important role. Through the historical evolution process of xi 'an of groundwater dynamic, aqueous petrofabric of hydrogeological conditions and water depth change process were analyzed, and points out the problems existing in the development process of xi 'an in the groundwater, including land subsidence, ground fissure, surface subsidence and other environmental geological problems, in terms of the reasonable development and utilization of groundwater, and puts forward the corresponding solutions and countermeasures.

Key words: groundwater; Dynamic evolution; Environmental protection; Rational development; response

第一作者:魏卿

出生年:1996年   性别:男

籍贯:安徽省宿州市泗县 学历:本科 研究方向:水文地质与水资源勘察

作者单位:陕西省西安市长安大学、

 

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