咸陽試驗區氣候變化對地下水影響因素分析

趙耀東，王 杰，李少鋒

(陜西省地下水管理監測局，陜西 西安710003)

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。為應對氣候變化，根據聯合國千年發展計劃，為實現到2015年要實現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

陜西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 212～223 d，北部172～205 d;全市光照時數多年平均2223 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20m，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。

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23萬m3。據2008年統計，咸陽市總的供水量為15392萬m3，其中地下水供水量為14311萬m3，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1479.95萬m3。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年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年來的年平均氣溫有上升的趨勢，其傾向率為0.10℃/10a;通過對30年溫度序列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℃/10a、0.25℃ /10a。

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，但進入本世紀，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。

圖3 013號井氣溫與地下水埋深關系圖

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，但進入本世紀，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

3.1.1 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。

3.1.2 氣候變化總體影響

試驗區近三十年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;近三十年來氣溫逐年升高，致使蒸發量也隨之加大，這也加劇了水資源總量的減少。

3.1.3 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。