咸陽試驗區氣候變化對地下水影響因素分析

和留憲,羅宏偉

(咸陽市地下水管理監測站,陜西咸陽 712000)

咸陽試驗區氣候變化對地下水影響因素分析

和留憲,羅宏偉

(咸陽市地下水管理監測站,陜西咸陽 712000)

應對氣候變化,進行了咸陽試驗區地下水位隨降水等主要氣候因素變化的關系研究。研究表明,地下水位埋深較小、開采量較小時,氣候因素變化與地下水位變化的關系密切;地下水位埋深較大、開采量較大時,二者關聯性較差。人類長期不斷增加地下水開采,是導致試驗區地下水位持續下降的主要原因。研究結論可為制定應對氣候變化的具體措施提供科學依據。

氣候;地下水;影響;變化

氣候是影響地下水的主要因素之一,過去幾十年,由于氣候的不斷變化對地下水產生了相應影響,從而也引起了地下水資源的變化[1]。為應對氣候變化,根據聯合國千年發展計劃,為實現2015年全球缺乏安全飲用水的人少一半的目標,聯合國兒基會與水利部合作在我國開展“氣候變化對地下水影響研究”工作,并在全國進行典型示范研究工作。陜西咸陽試驗區是三個試驗示范區之一,圍繞研究總體目標要求,開展了項目區地下水位隨降水等主要氣候因素變化的分析研究。

1 咸陽試驗區基本情況

試驗區由咸陽市秦都區和渭城區組成,位于陜西省關中中部渭河兩岸,距西安市30 km,行政區面積約523 km2。

1.1 氣 象

試驗區地處暖溫帶半濕潤季風區,為平原區,地形開闊平坦,由南向北呈臺階狀,多年平均降水量567.9 mm,多集中在7、8、9三個月,占全年的50%～60%;多年平均氣溫南部13℃,北部9℃,相差4℃;無霜期南部212 d～223 d,北部172 d～205 d;全市光照時數多年平均2 223 h,水面蒸發量957 mm,干旱指數1.68。

1.2 水文地質條件

該區主要地貌形態類型屬渭河階地,北部為黃土臺塬。由北向南呈臺階狀降低,依次可劃分為三級、二級、一級階地及漫灘。主要含水層為上更新統砂卵石層,富水性隨距渭河遠近而不同,地下水位埋深一般小于20 m,單位涌水量大于20 t/(h?m),地下水主要接受降水、灌溉、徑流補給,局部地區接受渭河的季節性側向補給。

根據資料分析,試驗區地下水中F-含量普遍較高,且在較大范圍內超過了國家飲用水標準(1.0 mg/L);地下水中Cr+6局部地段亦超過了國家飲用水標準(0.05 mg/L),與上游黃土臺塬區Cr+6含量高的地下水緩慢徑流補給,以及與地層巖性、隱伏斷裂有關[2]。

1.3 地下水開發利用現狀

研究區供水除北部黃土臺塬寶雞峽灌區有少量地表水引水灌溉外,工業與生活用水均取自地下水。地下水開采區主要分布在城區的市中心區水源地、西郊水源地、東郊水源地、陳陽寨水源地及灃東水源地等。目前,咸陽市城市規劃區內有自備水源井達364眼,日地下取水量達23×104m3。據2008年統計,咸陽市總的供水量為15 392×104m3,其中地下水供水量為 14 311×104m3,占到總供水量的92.98%。隨著城市的發展,需水量呈逐年遞增,地下水過度開采,致使地下水持續下降,降落漏斗急劇擴大,供需矛盾日益緊張,目前該市城區已形成四大超采區,分別為:①咸陽市城區中心嚴重超采區;②西北橡膠廠水源地嚴重超采區;③咸陽市效區超采區;④秦都區灃東超采區,總面積達52.37 km2,年均超采量達1 479.95×104m3。水資源問題已成為城市發展的瓶頸,制約著社會經濟的快速發展。

試驗區地處咸陽市城區,三廢排放量日益增多,農業引污灌溉、化肥、農藥大量使用和生活污染,使區內潛水遭到不同程度的污染。主要表現為潛水中礦化度、總硬度的增高和氯化物、硫酸鹽、“三氮”含量超起始值或超標。

2 氣候變化對地下水的影響分析

2.1 降水對地下水的影響

試驗區近50 a來降水量呈周期性變化規律明顯,出現了相間的四個豐水期和四個枯水期,但總體降水序列未出現突變,降水量減小趨勢不顯著,僅呈現微弱的減少趨勢;通過試驗區年降水量功率譜分析出有兩個波動,這兩個波動對應的周期分別是8.7 a和4.3 a。

繪制了試驗區13眼監測井的降雨-埋深關系曲線,其中004號井、003號井年際埋深變化曲線分別如圖1、圖2所示,由圖1、圖2可知,1999年以前,地下水位對降水的響應比較明顯,總的規律是,隨著降水量的逐年減少,降水對地下水補給量減少,地下水量總體減少,地下水位埋深相應增大。1999年以后,試驗區降水量有逐年增大的趨勢,003號井水位隨之出現回升,埋深減小。但004號井埋深不隨降水的逐年增加而回升,而是出現持續下降態勢,可能是由于該兩眼井所處地區持續大量開采地下水,開采量遠遠超過了降水補給量,因而地下水位不能隨著降水量的逐年增加而回升。

圖1 004號井埋深與降水關系曲線

圖2 003號井埋深與降水關系曲線

2.2 氣溫對地下水的影響

試驗區近30 a來的年平均氣溫有上升的趨勢,其傾向率為0.10℃/10 a;通過對30 a溫度序列Mann-Kendall方法突變檢驗,年氣溫序列有一突變,在1997年氣候變暖的季節主要在秋冬兩季,氣溫變化傾向率分別達到0.3℃/10 a、0.25℃/10 a。

由013號井氣溫埋深關系曲線可知(圖3),20世紀90年代以前,隨著氣溫的逐年升高,地下水位相應隨之升高,但進入21世紀,隨著氣溫逐年的緩慢回升,地下水埋深仍持續增大,這表明對從地下水的影響上來看,氣候因素并不成為最后的決定因素。

2.3 蒸發對地下水的影響

試驗區年平均蒸發量在1997年同樣是一個突變點,在以此為界限的兩個較長周期內(1979—1997年、1997—2005年)呈顯著的下降趨勢,其中以夏季和春季下降趨勢最為明顯。

由013號井蒸發與埋深關系曲線(圖4)可知,該曲線與氣溫埋深關系曲線有類似規律,20世紀90年代以前,隨著蒸發量的逐年增大,地下水位相應隨之降低,但進入21世紀,隨著蒸發量逐年緩慢回升,地下水埋深仍持續增大,同樣證明從對地下水的影響上來看,氣候因素并不成為最后的決定因素。

圖3 013號井氣溫與地下水埋深關系

圖4 013號井蒸發量與地下水埋深關系圖

3 結論與建議

3.1 結 論

(1)地下水位變化情況

地下水埋深總體上呈加大趨勢,說明地下水位逐年下降;20世紀90年代末期到2004年、2005年處于下降強烈期,2005年之后有所回復。地下水多年平均埋深的趨勢表明:人為的開采因素對于地下水的影響是巨大的,有時甚至是具有決定性的作用的。

(2)氣候變化總體影響

試驗區近30 a來降水量呈微弱減少趨勢,總體上周期性比較明顯,降水量的減少致使地表徑流量和地下水資源呈減少趨勢;近30 a來氣溫逐年升高,致使蒸發量也隨之加大,這也加劇了水資源總量的減少。

(3)地下水位對氣候變化因子的響應

1999年以前,地下水位對降水的響應比較明顯,總的規律是:隨著降水量減少,降水對地下水補給量減少,地下水量總體減少,埋深相應增大。1999年以后,試驗區降水量有逐年增大的趨勢,井水位隨之出現回升。但部分井的水位仍保持持續下降態勢,分析可能是由于持續大量開采地下水,開采量遠遠超過了降水補給量所致。

20世紀90年代以前,隨著蒸發量的逐年增大,地下水埋深相應加大.2001—2005年間,雖然蒸發量降低,但地下水埋深仍持續增大,分析可能與開采量的不斷增加有關,表明從對地下水的影響上來看,氣候因素并不是最后的決定因素,人類活動的影響是主因。

3.2 建 議

(1)地下水動態變化不僅受氣候作用的影響,也受不同下墊面情況的影響,同時咸陽試驗區由于自然條件因素,市區工業和城市生活長期依靠地下水,長期開發利用地下水,人類活動對地下水有非常顯著的影響。因此,地下水動態變化受自然和人類活動綜合作用的影響,如何對綜合作用的結果,考慮某單一因素影響所占比例需要在研究中進一步考慮。

(2)為實現地下水資源的可持續利用,建議應進一步采取措施,構建咸陽區城鄉公共供水管網體系,優化地表地下各類水源配置、嚴格用水管理,協調水資源開發與經濟發展的關系,杜絕地下水超采。

[1]劉彥隨,吳傳鈞.中國水土資源態勢與可持續食物安全[J].自然資源學報,2002,17(3):270-275.

[2]藍俊康,郭純青.水文地質勘查[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

Analysis on Influencing Factors of Climate Change on Groundwater in Xianyang Test Site

HE Liu-xian,LUO Hong-wei
(Groundwater Management and Monitoring Station of Xianyang City,Xianyang,Shaanxi712000,China)

The research on the groundwater level varying with climate factorswas carriedout in Xianyang test site in order to deal with climate change.The results show that the climate factor change is in close relationship with the groundwater level change when the groundwater burying depth and groundwater exploitation are small,and their relationship is poor when the groundwater burying depth and groundwater exploitation are large.The increase of long-term groundwater exploitation is the main reason for continuous drawdown of the groundwater level at the test site.The conclusion could provide scientific basis to concrete measures formulation for responding climate change.

climate;groundwater;influence;change

P641.2

A

1672—1144(2012)05—0158—03

2012-03-01

2012-04-20

和留憲(1965—),男(漢族),工程師,主要從事地下水的動態監測研究和水資源管理工作。