西安市地下水回灌探析

史方方

（西安市水資源利用技術服務中心，陜西 西安 710018）

地下水回灌是采用人工措施將地表水或其他水源的水注入地下以補充地下水的一種人為補給方式?；毓喾椒ㄖ饕械孛嫒霛B法和地下灌注法，前者主要利用水庫、坑塘、農田灌溉等地面設施，引蓄地表水增加對地下水的滲入補給。后者是通過鉆井、豎井、廊道或天然的落水洞等設施，將水注入地下儲水層。其目的為增加地下水資源、改善地下水質、阻攔海水倒灌、防止或控制地面沉降等[1]。

西安市在水資源開發利用中因歷史原因，曾過度依賴地下水，對地表河流、雨水、再生水等水源的利用不足，導致出現地下水位下降、區域地下水超采、地面沉降等一系列環境地質問題。地下水回灌是修復和改善地下水環境，增加和涵養地下水資源最經濟有效的措施之一。

1 西安市水資源開發利用現狀

西安市位于黃河流域關中盆地中部，南依秦嶺，北靠渭河，轄11區2縣，面積10108 km2。根據1980～2005年水文資料統計，全市多年平均水資源總量為23.47億m3，可利用總量為16.57億m3，地表水可利用量7.50億m3，地下水可開采量9.07億 m3。人均水資源量不足275 m3，屬于資源型缺水城市。

2017年西安市各類工程總計供水量18.8億m3，其中自產地表水供水量6.48億m3，占可利用量的86.4%；地下水供水量8.79億 m3，占可開采量的96.9%；再生水及雨水利用量1.42億m3，占總供水量的7.6%；客水利用量2.11億m3，占總供水量的11.2%。全市水資源開發利用現狀評價如下。

1.1 地下水局部超采嚴重

由于歷史、經濟等方面的原因，西安市地下水開采規模較大，最高年份超過12億m3；其中1996～2002年期間，全市地下水開采量占到總供水量的70%以上（見圖1和圖2）。據2015年12月陜西省水利廳編制完成的《陜西省地下水超采區劃定與保護方案》，西安市地下水超采區有5處，超采面積達601.3 km2，占全市總面積的6%，年均超采量2286.64萬m3，其中70%的超采量集中在主城區。地下水過量開采引發了水位下降、地面下沉、地裂縫發展等一系列環境地質問題，直接影響城市建設和發展。

渭河以北的高陵、閻良、臨潼地區是陜西省涇惠渠、寶雞峽引渭渠及交口抽渭渠的灌溉區域。近年來，由于種植結構、作物對水質要求變化等原因，灌區地下水開采量增加，引起地下水位下降。渭河以南的周至縣、鄠邑區、長安區的井灌區超采問題也已凸顯。

圖1 西安市1990-2017年地下水供水比例

圖2 西安市地下水開采量與可開采量關系

1.2 降水入滲補給不足

西安市地處關中平原中部，北臨渭河和黃土高原，南鄰秦嶺，處于中國大陸中心，南北方分界線的北側，氣候屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，太平洋水汽自東南方向入境后，因秦嶺山脈阻滯，降水量較秦嶺南減少。

根據1956～2000年降水資料系列分析，西安市多年平均降水量為738.3 mm，折降水量74.63億m3，降水入滲補給量約5.9億m3，降水入滲補給系數僅為0.079，即全市年降水量中僅有7.9%的降水量轉化為地下水資源。加之近年來西安市城市化進程加快，城市建成區面積由九十年代末不足300 km2擴大到目前522 km2，地面不透水面積隨之增大。據初步估算，全市城市、鄉鎮建成區及新興工業區占地面積約占全市總面積12.8%，導致降水入滲補給地下水量減少約7.5億m3。

1.3 再生水利用率低

再生水是國際公認的“第二水源”，再生水合理利用既能減少水環境污染，又可以緩解水資源供需矛盾。截止2017年底，西安市已建成再生水處理設施14座，設計處理能力58.5萬m3/d；廢污水達標處理量7.67億m3（210萬m3/d），再生水利用量僅1.4億m3（38.5萬m3/d），再生水利用率僅18%，主要用于湖池生態補水，剩余絕大部分再生水則達標排放。相比于以色列、新加坡等發達國家再生水70%的利用率水平，西安市再生水資源還有很大的潛力亟待開發。

2 西安市地下水回灌條件

2.1 回灌水源

目前西安市地下水回灌水源主要是自來水，可供選擇的水源還有河道徑流、雨水、再生水等。河道徑流方面，可利用水庫防洪庫容蓄存的豐水期徑流作為回灌水源，經統計全市已建水庫94座，防洪庫容2.3億m3，這部分庫容蓄存的河道徑流可用于地下水回灌。雨水方面，借鑒國內海綿城市建設試點成熟經驗，在市區北二環以北至渭河，西起皂河東至浐灞河約200 km2的范圍內，新建雨水管道收集道路、廣場、屋面雨水，同時可在公園及綠化景觀帶周邊建設地下雨水收集池等，用于回灌地下水。再生水方面，全市污水處理量已達210萬m3/d，出廠水質達到GB18918-2002一級A標準，再生水水量大，水質穩定，可用于農田灌溉，生態環境和工業等用水部門，置換出其中地下水，用于修復地下水環境。

2.2 回灌容積

全市地下水資源經過長期以來的高強度、大面積開發和利用，致使主城區出現187 km2的嚴重超采區，市郊區及高陵出現414.3 km2的一般超采區，淺部含水層基本被疏干，形成了一個個鍋底形的天然地下庫容。據1990～2017年西安市供用水統計報表分析，全市地下水累積超采量約35億 m3，可作為地下水回灌的容積。這一巨大的地下補給孔隙空間是當前全市水庫總庫容3.8億 m3的9倍、興利庫容2.9億 m3的12倍。

2.3 回灌水質

據有關要求，回灌水水質不得劣于含水層地下水水質和地下水功能區的水質目標。自來水水質方面，已經達到城鎮居民生活飲用水標準，可滿足回灌區地下水水質要求。水庫蓄水水質方面，全市已建的94座水庫中，大部分水庫水質能達到GB3838-2002Ⅲ類水標準，超標因子主要為總氮，基本能滿足回灌區水質要求。雨水水質方面[2]，初期雨水污染較為嚴重，主要污染物是COD和SS，因此控制初期雨水可以有效的控制每場降雨徑流中的大部分污染物，蓄集后期雨水，其水質通常能滿足回灌區水質要求，可作為地下水回灌水源。再生水水質方面[3]，全市污水處理廠污染物排放標準均達到GB18918-2002一級A類，經與《農田灌溉用水水質標準》（GB5084-2005）對比（見表1），相同控制指標有11項，除pH和總砷不能滿足農田灌溉用水水質標準外，其余9項均滿足農田用水水質要求，基本可作為農田灌溉的用水水源。

2.4 回灌經驗

西安市地下水回灌，雖沒有系統的大規模的進行，但有關部門在局部地區進行的以回補地下水為目的的工作從未間斷。西安市蓮湖區城建局曾利用城區凹地進行了地下水回灌的初步試驗；西安市水電局1974年修建的灃西自動閘，進行了自動閘回補地下水的試驗，據監測資料表明，兩年使兩岸地下水位回升了6～7 m，基本穩定了這一區域內約40 km2的下降水位[4]；2009年至今，西安市水資源利用技術服務中心利用城區自備井開展地下水回灌工作，先后建成9處13個地下水回灌示范點，主要分布在南郊、東郊和西郊地下水位降落漏斗區，回灌水量累計達到400萬m3，回灌區域地下水水位有明顯抬升。

表1 城鎮污水處理廠污染物排放標準與農田灌溉水水質標準對比表 單位：mg/L

3 西安市地下水回灌方案

綜上所述，本文提出如下3種回灌方案，因地制宜，合理布設，以期達到有效保護與修復全市地下水環境的目的。

3.1 地下水超采區回灌方案

在主城區嚴重超采區，采用機井灌注法，利用已經封停的自備井進行回灌；在郊區一般超采區尤其是渭河河漫灘沿岸，采用豎井灌注法，結合城市防洪，截取大氣降水和地表徑流，使之自然入滲，將是行之有效的辦法，且技術簡單，經濟合理；在浐灞水源一般超采區宜采用攔蓄工程和豎井灌注相結合的方法，即在河道上不影響防洪的情況下修建溢流壩、自動閘或浮體閘，攔蓄城市地表徑流或雨洪水，利用河道兩岸沉積砂礫石層的天然地下水庫容，擴散回灌。

3.2 地表與地下水庫連通回灌方案

西安有48道峪口河流，均發源于秦嶺北麓。諸條峪口河流兩岸的沉積砂礫石含水層是天然的貯水空間，每年可將水庫汛期防洪庫容的棄水通過工程措施回補到地下；同時進行水文地質勘探，可在鄠邑區澇河山前沖洪積扇區丈八寺—割耳莊—中斑竹園一線以南合適位置修建地下水庫工程[5-6]，統籌考慮澇河平原水庫與地下水庫相關聯的各種因素，按照調豐補缺、增源保水的思路，建設地表與地下水庫連通回灌工程，將多余的地表蓄水回灌至地下水含水層中，回補地下水。

3.3 灌區溝渠入滲回灌方案

據統計，西安市目前有各類灌區60余處，針對全市部分灌區存在供水保證率低、灌溉用水減少、灌區面積萎縮等的實際情況，重點選擇供水保證率低且基本無灌溉用水的灌區，利用其地面灌溉渠道系統，攔蓄洪水或利用當地降雨徑流或再生水[7-8]，將水引入灌區，同時可利用田間排水溝，在適當位置建造一些控制水流的小型簡易建筑物（如土坎等），增加地下水滲補量，建設灌區溝渠入滲回灌工程。

這種方法相對簡單，投資少，不需要消耗能源，回灌水量大，此法特別適合于有一定規模的回灌工程體系，即溝渠及閘涵配套工程，大面積對地下水回灌，在有地表水來源及溝渠密度較大的地區是行之有效的方法。優點一是可利用多種水源進行回灌；二是回灌速度快，回灌量大；三是便于開展灌排蓄補綜合利用，提高農業抗旱澇災害的能力；四是工程運行費用低，投資省，技術比較簡單[9]。

4 結論和建議

在西安開展地下水回灌是可行的，也是必須的。目前西安正在朝著建成國家中心城市、建成西安國際化大都市的目標奮進，水資源作為西安市國民經濟社會發展中的基礎性戰略資源，應未雨綢繆，提前規劃，確保未來提供全面可靠的水資源保障。為此，提出以下建議：一是加強再生水、雨水等非常規水源回灌技術研究；二是加強地下水庫的水文地質條件的調查和相關試驗工作，科學構建全市地下水庫工程；三是加強地下水回灌宣傳，使群眾認識到地下水回灌的重要性，動員社會各方面力量支持地下水回灌。