靖邊風沙灘地區海子與地下水位演化歷史模擬分析

毛旭閣，羅奇斌，李貴娟，王耀軍

(1.中煤科工集團西安研究院，陜西 西安 710069;2.西北大學，陜西 西安 710069;3.陜西煤田地質局一八六隊，陜西 西安710069;4.黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450000)

靖邊地處陜、甘、寧、蒙四省交界地帶，是國家能源重化工榆林基地的重要組成部分。近年來區內經濟的快速發展，對水資源需求急劇增加，已經造成部分地段的地下水位持續下降、湖泊消亡、局部沙漠化等生態環境負效應。因此，研究水源地開采的相互影響以及地下水開發的環境效應，對水源地地下水合理開發和生態環境保護以及地區國民經濟發展具有重要的現實意義。

1 研究區50年水資源利用歷史分析

以掌高兔水源地為例，根據歷史資料分析統計，研究區自1957年至2008年間52年的各種水資源(淺層水，深層水，飲用水，灌溉水，海子水)利用情況，如圖1所示:

由圖1-1可看出，研究區內自1957年開始，飲用水量逐年增加，從1.68×104m3/a增至2008年的 5.74 ×104m3/a，其主要是由于當地居民人口增加及牲畜數量增加所致;自1970年開始利用地表海子水及淺層地下水進行農田灌溉，其間主要為海子水利用，約占水資源利用的95%，自1993年開始，淺層水利用量增大，由5%增至15%，直到1998年的40%，海子水最大利用量達44×104m3/a，淺層水最大利用量達35%;自1998年后，由于海子枯竭，潛水水位下降，難以繼續利用，深層水資源開始大量開采(長慶水源井于1997年開始開采)。其中海子水1998年停用，淺層水2000年基本停用。

圖1 研究區水資源歷史利用情況

2 研究區海子演化歷史模擬

2.1 模擬方法

利用上述水資源利用歷史資料并結合相關年份降雨蒸發資料，根據計算區水文地質條件，區內含水層為多層結構的非均質各向異性介質，存在時空分配不均，即將大氣降水入滲補給、蒸發排泄以面狀補給源按時間順序倒序加入模型;區內農灌開采井多且分散，不適用開采井的形式加入模型計算，采用面狀開采強度以時間倒序的形式加入到模型中;農灌水回歸補給同樣以面狀反補;掌高兔水源地現狀開采井5眼，開采量按點匯，按開采量以時間倒序順序加入模型。對于這種復雜的水文地質條件，根據水均衡原理，數值法能夠較好地利用數值模型計算。

2.2 模擬結果分析

按上述模擬方法進行模型預測，對研究區52年海子演化狀況反演分析，預測結果如下:

根據野外實測資料及當地歷史資料記載，研究區掌高兔水源地歷史上曾有18個海子，海子總面積約4 300畝，1998年后海子面積急劇縮小至約200畝，到2008年海子僅存2個，面積僅有12畝;水源地歷史上曾有2條地下水溢出匯流的小河，其源頭在廟灘和雙海則，經紅進灘流出本論證區后最終注入無定河，泉集河全長約40 km，兩條小河均于1993年斷流至今。

根據模型預測結果:研究區1957年時海子面積共291.66 km2，約 4 374.88 畝;1993 年時，區內河流斷流，海子大面積減少，共 27.85 km2，約 417.68畝;2008年，海子基本枯竭，僅存2個，0.86 km2，約12.88畝。模型預測與歷史事實吻合良好。

3 研究區地下水位及海子水位演化歷史分析

3.1 地下水位演化分析

綜合前述資料及模擬方法，對研究區地下水位52年演化歷史進行反演模擬分析，其模擬預測結果如下(圖2):

圖2 研究區地下水位歷史演化模擬

由圖2的預測結果可看出，研究區淺層水水位自1957年開始，60年代(即到預測10年左右)水位穩定;70～80年代(到預測35年左右)水位略有下降，變化速度緩慢;自90年代后(到預測50年)潛水水位下降變化迅速，下降明顯。研究區深層水位自1957年開始至90年代末(到預測40年左右)，基本保持穩定，變化不大;1998年后水位開始下降且速度較快。

預測結果與掌高兔水源地歷史發展情況基本吻合。對于淺層水，70年代之前，用水量集中在當地居民飲用水及牲畜引用水，用水量很少，水位基本沒有變化;70～80年代，隨著人口及牲畜的增加，加之開始引水灌溉，水位開始有所下降，但此段時間內灌溉用水主要利用地表海子水，所以淺層水雖有變化，但速度緩慢，進入90年代后，地表海子水基本枯竭，人口牲畜數量仍在增加，地下潛水大量開發導致其水位變化加快，下降明顯。對于深層承壓水，90年代末期，淺層水水位下降導致難以繼續利用，深層水即開始被大量開采，同時工業用水介入，致使承壓水水位開始迅速下降至今。

3.2 海子水位演化分析

以廟灘龍眼井海子演化歷史為例綜合其海子開發利用資料，運用前述模擬方法，對研究區海子水位52年演化歷史進行反演模擬分析，其模擬預測結果如下:(圖3):

圖3 研究區海子水位歷史演化模擬(以龍眼井海子為例)

根據預測結果分析，研究區海子水利用主要伴隨著當地灌溉用水量及人畜飲用用水量的增加而變化，70年代初，由于開始飲水灌溉，海子水隨之開始變化，水位降低，伴隨人畜數量不斷增加，灌溉水量不斷增長，海子水利用量也不斷增大，至90年代中期基本干涸。

4 研究水資源開發利用與環境影響關系

水資源不斷的開發利用，地表水干涸，地下水位下降，必然導致水環境的改變，進而對環境造成影響。加之氣候因素的干預，使其對環境影響更為明顯。

由于近年氣候原因，研究區降雨補給不斷減少(圖4)，近3年降雨量相較與過去50年減少近18%，相較與過去30年減少近9%。

圖4 研究區降雨量

5 結論

水資源的持續開發利用，對研究區自然環境發生著明顯的影響。60～70年代研究區水資源為正均衡狀態，研究區內水資源充足，地表植被生長繁盛，海子豐盈，生物種類眾多，生態平衡;隨著當地人口增加，農業的發展，用水量增加，地表水體已不能滿足用水需求，開始引用地下淺層水;伴隨農業規模增大及工業用水的介入，水資源需求量進一步增大，淺層水水位下降，引起當地居民潛水井報廢，灌溉困難的生活問題及河流斷流，海子枯竭等環境問題，繼而深層水也開始被開發利用，水資源從正均衡演變為負均衡狀態。

雖然研究區地下水儲量豐富，調節能力強，有能力在豐水年或雨季來臨時將上述問題給予緩解，但由于近年氣候原因，降水量連年減少，上述問題不斷加劇，植被死亡，土地沙化，居民生活困難，環境破壞嚴重。

［1］楊澤元，王文科等陜北風沙灘地區生態安全地下水位埋深研究［J］.西北農林科技大學學報(自然科學版)2006，34(8)

［2］李佩成.試論人類水事活動的新思維［J］.中國工程科學，2000，2(2):5～9

［3］陜西地礦部，靖邊縣西部地區供水水文地質詳查［R］.2000，6

［4］陜西省地質礦產勘查開發局九0八水文地質工程地質大隊，陜西省靖邊縣掌高兔源地供水水文地質勘探［R］.2008