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(guī)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(guān)中平原重地，是陜西省經(jīng)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(fā)展機遇的區(qū)域之一。資源型缺水的本質(zhì)與經(jīng)濟社會發(fā)展的需求導致該地區(qū)對水資源長期掠奪式的開發(fā)，造成了日益嚴重的水資源短缺和生態(tài)破壞。水資源問題已成為制約該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)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(xiāng)居民生活、支持經(jīng)濟社會發(fā)展和維護生態(tài)平衡等方面具有不可替代的作用[1]。目前國內(nèi)與之相關(guān)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(guān)中地區(qū)，且資源系列時間較早，很難反映近期研究區(qū)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(fā)利用狀況，為區(qū)域地下水資源合理開發(fā)利用與保護、政府重大項目或區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供支撐。

1 研究區(qū)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(qū)面積約0.86萬km2，平原區(qū)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(qū)，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(qū)域水資源總量為32.46億m3，總?cè)丝诩s1000萬人，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(qū)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?？傮w來說，該區(qū)域人口較為密集，人均水資源短缺，整體用水效率較高。

2 區(qū)域地下水資源現(xiàn)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(xiàn)出由西向東遞減的趨勢，且山區(qū)多于平原。區(qū)域多年平均降水量為701mm，最高區(qū)在寶雞峽至咸陽南岸太白縣附近，年均降水量達861mm；最低區(qū)在西安主城區(qū)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(fā)生在1983年，降水深1023mm，比多年均值偏大45.97%；最小年降水量發(fā)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(qū)平原區(qū)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(cè)向補給量構(gòu)成，采用補給量法計算；山丘區(qū)地下水資源量全部為降水入滲補給量，根據(jù)各項排泄量計算；地下水資源量為平原區(qū)地下水資源量加山丘區(qū)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(qū)及主要城區(qū)分布圖

水資源四級分區(qū)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(shù)/(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(guān)南岸6734256362278787.633.310.969.9812.7潼關(guān)至三門峽干流區(qū)間78799901890.070.070.000.147.2合計701628686351492115.929.233.2221.9314.7

注：潼關(guān)至三門峽干流區(qū)間地下水資源重復量為0.0045億m3。

根據(jù)《陜西省水資源及其開發(fā)利用調(diào)查評價》成果測算得出，降水的垂直入滲是研究區(qū)地下水的重要補給來源，約占平原區(qū)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(xù)時間等有密切關(guān)系。其中河谷沖積平原地區(qū)的入滲系數(shù)可達0.2～0.3，洪積平原地區(qū)的入滲系數(shù)在0.2左右，黃土臺塬的入滲系數(shù)在0.1～0.13之間。

河道滲漏是平原區(qū)地下水的主要補給源，約占平原區(qū)地下水資源量的40%，其補給強度與河谷形態(tài)及河床地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。山前地帶，河流由山區(qū)進入平原，流速驟減，產(chǎn)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(shù)為0.2～0.4，個別高達0.8～1；在河流中游地段，河水季節(jié)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(qū)灌溉歷史悠久，渠系分布較為完善，近年又在較大峪口區(qū)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(fā)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(qū)的基巖水亦可補給平原區(qū)地下水，補給強度與基巖構(gòu)造、裂隙發(fā)育程度、山區(qū)與平原區(qū)接觸帶的地址結(jié)構(gòu)、巖性特征等密切相關(guān)。

結(jié)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(qū)1980—2015年平均地下水資源量為21.93億m3，其中山丘區(qū)地下水資源量為9.23億m3，平原區(qū)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(fā)利用現(xiàn)狀分析

利用研究區(qū)各縣級行政區(qū)水資源公報與地市級水利統(tǒng)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(qū)用水量逐年增加，見圖2。從供水水源的組成角度，研究區(qū)地表水和地下水用水量基本穩(wěn)定，再生水等非常規(guī)水源的利用量自2012年逐年增大，總用水量隨之逐年增加，當?shù)厮Y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(qū)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(fā)利用率為58.6%，其中地表水開發(fā)利用率為33.4%，地下水開發(fā)利用率為74.2%。從區(qū)域角度，西安市地下水供水量最大，為7.27億m3，占研究區(qū)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(qū)為核心的地下水供水系統(tǒng)。見圖3和圖4。

圖3 2015年研究區(qū)供水水源結(jié)構(gòu)圖

圖4 2015年研究區(qū)分地市地下水供水量

按用水行業(yè)劃分，見圖5和圖6，2015年研究區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水7.39億m3，其中地下水為4.78億m3；工業(yè)用水4.46億m3，其中地下水為2.19億m3；城鎮(zhèn)生活用水5.00億m3，其中地下水為1.91億m3；農(nóng)村生活用水1.28億m3，其中地下水為0.85億m3；生態(tài)環(huán)境用水2.00億m3，其中地下水為0.25億m3。研究區(qū)中農(nóng)業(yè)發(fā)達，是地下水最大的用水戶，占研究區(qū)地下水總供水量的47.9%；其次是工業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)生活，分別占21.9%和19.2%；較少的是農(nóng)村生活和生態(tài)環(huán)境，分別占8.5%和2.5%。

圖5 2015年研究區(qū)分行業(yè)供水量圖

圖6 2015年研究區(qū)地下水供水結(jié)構(gòu)圖

4 地下水開發(fā)利用問題及治理建議

4.1 地下水開發(fā)程度高，占總供水量比重大

2010—2015年，秦嶺北麓地下水開發(fā)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(qū)地下水開發(fā)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(qū)地表水供水減少，地下水供水加劇。據(jù)統(tǒng)計，2015年研究區(qū)劣V類水質(zhì)河長達評價河長的18.24%[6]，水環(huán)境污染現(xiàn)象嚴峻，其中峪口以下西安、渭南境內(nèi)的河流水質(zhì)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(qū)由于水資源緊缺，為保障生產(chǎn)生活用水不得不大量開采地下水。研究區(qū)2010—2015年年均供水量增加約0.5億m3，缺水導致經(jīng)濟社會用水擠占河湖生態(tài)用水達3.5億m3[6]，一些原為農(nóng)業(yè)灌溉的水庫轉(zhuǎn)向城市生活和工業(yè)供水，更有部分地區(qū)超采地下水形成下降漏斗區(qū)。

4.2 地下水超采引發(fā)環(huán)境地質(zhì)問題

目前，秦嶺北麓共劃分有6個超采區(qū)，其中西安市4個、西咸新區(qū)1個、渭南市1個，分別為西安市城區(qū)嚴重超采區(qū)、浐灞河間一般超采區(qū)、灞東水源地一般超采區(qū)、郊區(qū)一般超采區(qū)、秦都區(qū)灃東一般超采區(qū)和渭南市城區(qū)一般超采區(qū)[7]。地下水超采引發(fā)了一系列環(huán)境地質(zhì)問題，據(jù)統(tǒng)計，地裂縫及地面沉降主要發(fā)生在西安市，根據(jù)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(jīng)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(jīng)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(qū)和近郊區(qū)潛水污染加重，形成以城區(qū)和近北郊污水灌區(qū)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(qū)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(qū)地下水位埋深較淺，易發(fā)生土地鹽堿化

華州區(qū)與華陰市連接地帶(簡稱“二華”地區(qū))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(qū)，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(jù)2015年《地下水動態(tài)月報》關(guān)中平原地下水埋深等值面圖顯示，目前“二華”地區(qū)地下水位埋深已升至2～4m左右，再加上該地區(qū)“南高北仰，中間低洼”的獨特地勢造成地下水以垂直蒸發(fā)排泄為主[9]，極易發(fā)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(jié)流、優(yōu)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(diào)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(yōu)化水資源配置，調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，優(yōu)水優(yōu)用，增加當?shù)氐乇硭墓┧芰Γ徑獾叵滤墓┧畨毫Α?/p>

(3)加快石頭河灌區(qū)、黑河灌區(qū)等大型灌區(qū)推廣高效節(jié)水，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，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(huán)境地質(zhì)問題。

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

5 結(jié)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(qū)地下水資源狀況。區(qū)域地下水資源量總體比較豐富，但其空間分布與社會經(jīng)濟發(fā)展布局不相匹配，部分地區(qū)為保障社會經(jīng)濟發(fā)展用水而大量開采地下水，導致出現(xiàn)地下水超采情況，進而造成一系列環(huán)境地質(zhì)問題與生態(tài)破壞。盡管研究區(qū)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(nèi)不可替代的水源，其治理工作依然任重道遠。