關中盆地地下水動態監測網絡設計與應用

陶 虹，丁 佳，劉文波

（1.陜西省地質環境監測總站，陜西 西安 710054；2.中國地質環境監測院，北京 100081）

0 引言

關中盆地位于我國西北部，是世界新亞歐大陸橋的中心，是國務院《關中—天水經濟區發展規劃》的核心部分。盆地內土壤肥沃、農業發達，素有“八百里秦川”之稱，是我國重要的糧食主產區之一。其地下水開發利用追溯求源，已有數千年的歷史，而動態監測則起源于20世紀50年代中期。地下水動態監測為政府決策部門提供了大量的數據，在保障區域供水安全及地質災害防治方面起到了重要作用。但隨著經濟社會的快速發展，目前監測網絡已不適應獲取精度越來越高、范圍越來越廣的動態信息要求。2010年10月，中國地質調查局立項新開“關中盆地城市群城市地質調查”項目，作為城市地質調查的基礎，其子項目關中盆地地下水動態監測網建設2011年首先啟動。

1 關中盆地監測現狀

關中盆地地下水監測網由西安、咸陽、寶雞、渭南、銅川5個城市局域網組成，各局域網由市級監測站管理，其轄區內的野外監測及數據整理由各市站具體負責，上報省地質環境監測總站，由省地質環境監測站負責數據匯總、整理，上報中國地質環境監測院［1］。

2011年盆地內共有長期監測點221個，控制面積約850km2，監測300m深度內的第四系松散層孔隙水潛水和承壓水。其中河谷階地212個、秦嶺山前洪積扇4個、黃土臺塬5個。監測點分布極不均衡，位于以西安、咸陽、寶雞、渭南、銅川等城市為中心的集中供水水源地共211個，占監測點總數的95.5％，區域上的監測點控制甚少，僅為10個，占監測點總數的4.5％。

2 地下水動態監測網絡設計

關中盆地地下水動態監測網絡設計采用建設監測剖面線與編制地下水動態類型圖［2］相結合的方法。根據盆地內含水系統特征布設控制性監測剖面線，縱橫剖面線結點為骨干監測點。然后根據地下水動態類型分區，圍繞監測剖面補充完善監測點，形成關中盆地地下水動態監測網絡。

2.1 建設監測剖面

盆地內含水系統分為黃土臺塬孔隙—裂隙含水系統、沖積平原孔隙含水系統、秦嶺山前洪積平原孔隙含水系統、渭北巖溶含水系統等4個含水系統。橫向監測剖面從南到北布設4條，分別控制4個不同的含水系統，縱向剖面5條，分別控制盆地內城市或重要經濟區地下水動態變化特征。形成4橫5縱共9條剖面線［11］（圖 1）。

2.2 編制地下水動態類型分區圖

影響地下水動態的因素主要有地形地貌、含水層結構特征、水位埋深、土壤類型、土地利用、降水量、地表水體及人工開采等，對各種因素進行綜合分析后生成四張地下水動態影響要素圖，即水文地質分區［3］、非飽和帶特征分區、地下水補給分區、地下水局部影響分區。

圖1 關中盆地地下水動態監測剖面線布置圖Fig.1 Layout for the section plane of the groundwater dynamics monitoring in Guanzhong Basin

水文地質分區圖：根據關中盆地含水層巖性、成因及地下水動力特征將盆地內松散巖類孔隙水劃分為4個含水巖組，即分布于渭河及其支流階地的沖積砂、砂礫石與亞粘土互層孔隙含水系統，分布于秦嶺及北山洪積扇的洪積漂石、砂礫石與亞粘土互層孔隙含水系統，分布于黃土臺塬的風積黃土孔隙含水系統，分布于渭北的基巖裂隙巖溶含水系統。根據含水巖組劃分結合關中盆地地下水富水性分區，富水性分區分為極強富水區（單位涌水量20～40t/h·m）、富水—強富水區（單位涌水量5～20 t/h·m）、中等富水區（單位涌水量1～5t/h·m）、弱富水區（單位涌水量0.5～1t/h·m）4級區。共劃分出52個水文地質小區。

非飽和帶分區圖：由地下水埋深圖和土壤巖性圖疊加合成，土壤巖性分區分為黃土區、粘性土區、砂卵礫土區三類區，地下水埋深分區分為0～10m、10～20m、20～50m、50～80m、＞80m 共 5個區間，共分為72個小區。

補給分區：關中盆地地下水補給主要來源于以下四個方面：（1）大氣降水的垂直滲入；（2）山前河流垂直滲漏；（3）渭河豐水期河水滲漏補給；（4）渠灌入滲。是在土地利用圖和地下水補給來源的基礎上疊加合成的，共分為22個區。

局部影響分區：關中盆地地下水補給分區將關中盆地劃分為灌溉補給區、降水入滲補給區、渭河側滲補給區、降水入滲及徑流補給區5類區域，共分為65個小區。

將四要素圖進行疊加，得到關中盆地地下水動態類型分區圖（圖2）。疊加過程中形成的面積小于1km2的小區進行分析后與相鄰區合并，全區最終分為118個動態類型分區。地下水動態分區圖是監測網設計的主要依據，只有每個地下水類型區都有監測井控制，才能真正監測到地下水動態區域變化。

2.3 動態監測孔的布設

（1）充分利用已有監測井。

（2）每一個地下水動態類型分區至少放置一對監測孔，分別監測該區域內的潛水和承壓水［4］。

（3）在人類工程活動劇烈區、地質環境敏感區和地下水開采引發環境地質問題突出及可能引發環境地質問題區域加密監測孔布設。

將現有長觀井中井孔質量較好，能夠利用的監測孔投影到地下水動態類型分區圖上，在沒有監測孔分布的動態分區內補充新的監測孔，在某一動態類型小區內若存在較多監測點則進行適當刪減。

優化后的監測網共有監測點239個［10］，其中利用原有監測孔165個，新增加監測孔74個。監測孔位于秦嶺及北山山前洪積平原19個，渭河河谷區173個，黃土塬區47個（包括渭北巖溶4個）。潛水監測井120個，承壓水監測井119個（圖3）。

圖2 關中盆地地下水動態類型分區圖Fig.2 Zoning map of the Groundwater dynamics types in Guanzhong Basin

圖3 關中盆地地下水動態監測網布置圖Fig.3 Layout of the Groundwater dynamics monitoring network in Guanzhong Basin

3 監測網的應用

2010年10月，我國華北、黃淮、西北等部分省份持續干旱，關中盆地為主要旱區之一，從2010年10月至2011年 1月底累計降水 30.4～70.2mm，較2001～2009年同期減少18.92～43.58mm，已形成冬春連旱，農田作物受旱面積達31.4×104hm2，其中重旱3.1×104hm2。針對干旱的嚴峻形勢和地下水監測工作現狀，中國地質環境監測院部署了專門用于服務應急抗旱技術支撐的地下水監測工作，啟動了嚴重缺水地區地下水監測項目，要求重點加強地下水位監測頻次，實時編制抗旱找水打井區域地下水位圖件。優化后關中盆地動態監測網在此項目中發揮了重要作用。

2011年2月至8月，根據優化后的關中盆地動態監測網，結合旱區加密統測井，進行了高頻次地下水位統測，編制了陜西省關中盆地應急抗旱淺層地下水水位等值線及埋深圖（圖4）。動態監測表明［9］，2011年2月至5月，關中盆地的渭河河谷階地區由于限制開采地下水，水位以上升為主，特別是在城市集中供水水源地，水位上升幅度更大，升幅最大的地區位于西安市灃皂河水源地為2.55m；秦嶺洪積扇區地下水接受山區徑流補給予充分，水位呈波動變化略有下降，平均降幅0.32m；黃土塬區水位升降幅度較大，其中咸陽、寶雞黃土塬區地下水補給量大于開采排泄量，水位以上升為主；渭南北部黃土塬和西安南部黃土塬（白鹿塬），水位以下降為主且降幅較大，是關中盆地的主要干旱區，平均降幅1～5m，最大水位降幅為8.52m，位于渭南市北部蒲城三合鄉。

圖4 關中盆地地下水位等值線及潛水埋深圖Fig.4 Contour map of Groundwater level and buried depth in Guanzhong basin

4 結論

關中盆地地下水位監測歷史較長，但監測井集中分布于城市供水水源地，對區域地下水動態特別是城市之間農田區地下水動態控制不夠。本文采用建設監測剖面與編制地下水動態類型圖相結合的方法，共布設239個監測點，利用原有監測點165個，新增監測點74個。新設計的監測網能較全面地控制關中盆地地下水區域動態變化，使監測信息更為科學合理，提高了盆地內整體監測水平。新建監測網在2011年“嚴重缺水地區地下水監測項目”中試運行，以動態監測數據為依據確定了主要干旱區位于渭南市北部及西安南部黃土臺塬，為關中盆地應急抗旱找水打井提供地下水動態技術支撐。

［1］陜西省地質環境監測總站.地下水情簡報［R］.2002-2011.Geo-Environment Monitoring General Station of Shaanxi Province.Brief report about groundwater situation in Shaanxi province［R］.2002-2011.

［2］周仰效，李文鵬.區域地下水位監測網優化設計方法［J］.水文地質工程地質，2007，34（1）：1-9.ZHOU Yangxiao，LI Wenpeng.Design of reginal groundwater level monitoring networks［J］.Hydrogeology＆ Engineering Geology，2007，34（1）：1-9.

［3］陜西省地礦局第一水文地質隊.陜西省關中盆地水文地質圖系［R］.1977.The First Geological Team of Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources.Guanzhong Basin in Shaanxi Province of Hydrological Geology Map［R］.1977.

［4］董殿偉，林沛，晏嬰，等.北京平原地下水水位監測網優化［J］.水文地質工程地質，2007，34（1）：10-16.DONG Dianwei，LIN Pei，YAN Ying，et al.Optimum design of groundwater level monitoring network of Beijing Plain［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2007，34（1）：10-16.

［5］朱瑾，霍傳英，姜越，等.烏魯木齊河流域地下水水位監測網設計［J］.水文地質工程地質，2007（2）：8-14.ZHU Jin，HUO Chuanying，JIANG Yue，et al.Monitoring of regional groundwater level in Urumqi River Basin［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2007（2）：8-14.

［6］王慶兵，段秀銘，高贊東，等.濟南巖溶泉域地下水位監測［J］.水文地質工程地質，2007，34（2）：1-7.WANG Qingbing，DUAN Xiuming，GAO Zadong，et al.Regional groundwater level monitoring in Jinan Karstic Spring Basin［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2007，34（2）：1-7.

［7］朱瑾，霍傳英，李和生，等.烏魯木齊河流域地下水水質監測網設計［J］.水文地質工程地質，2008，35（1）：12-18.ZHU Jin，HUO Chuanying，LI Hesheng，et al.Monitoring of groundwater quality in Urumqi River Basin［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2008，35（1）：12-18.

［8］高贊東，段秀銘，王慶兵，等.濟南巖溶泉域地下水水質監測［J］.水文地質工程地質，2008，35（2）：10-17.GAO Zandong，DUAN Xiuming，WANG Qingbing，et al.Groundwater quality monitoring in Jinan Karstic Spring Basin［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2008，35（2）：10-17.

［9］陶虹，許超美，丁佳，等.陜西省地下水動態監測報告［R］.陜西：陜西省地質環境監測總站，2011.TAO Hong，XU Chaomei，DING Jia，et al.Reports on dynamic monitoring of Groundwater in Shaanxi Province［R］.Shaanxi：Geo-Environment Monitoring General Station of Shaanxi Province，2011.

［10］陶虹，丁佳，陶福平，等.關中城市群城市地質環境監測網建設報告［R］.陜西：陜西省地質環境監測總站，2011.TAO Hong，DING Jia，TAO Fuping，et al.Report on the construction of the monitoring network of urban geological environment in Guanzhong urban agglomeration［R］.Shaanxi：Geo-Environment Monitoring General Station of Shaanxi Province，2011.

［11］陶虹，許超美，李勇，等.關中城市群城市地質環境監測網建設總體設計［R］.陜西：陜西省地質環境監測總站，2011.TAO Hong，XU Chaomei，LI Yong，et al.The overall Design on the construction of the monitoring network of urban geological environment in Guanzhong urban agglomeration［R］.Shaanxi：Geo-Environment Monitoring General Station of Shaanxi Province，2011.