西安市区地下水位动态特征与影响因素
李慧;周维博;马聪;刘博洋;宋扬
【摘 要】According to the groundwater level monitoring data, here we analyzed the dynamic variation features of groundwater level in Xi'an City and studied it s influence factors, such as precipit ation and exploitation in different hydrogeological areas. T he results showed that the groundwater level in Xi'an City was on the decline during 1965- 2010. The dynamic changes of ground-water affected by precipitation mainly reflected in that groundwater level fell slowly or raised in wet years, but fell rapidly in dry years; the increased exploitation of groundwater led to a drop of groundwater level, but under t he same exploit ation, the drop amplitude of groundwater level in different hydrogeological areas behaved differently. Finally, exploitation is identified as the main influence factors for changes of groundwater level by using grey relational analysis.%根据西安市区地下水位监测资料，分析了地下位动态变化特征，并以水文地质分区为单元，对水位动态的影响因素(降水和开采)进行了研究。结果表明：1965年-2010年西安市地下水位整体呈下降趋势；降水量
对地下水位的影响主要体现在丰水年水位回升或下降速率减缓，枯水年水位下降速率加剧，不同水文地质分区水位变化与降水量变化的相关程度不同；开采量对地下水位的影响体现在随着开采量增加，地下水位下降，但同样的开采量下，各个水文地质分区水位下降幅度不同；最后，运用灰关联度分析水位变化的主导因素，结果表明，地下水开采是西安市区地下水位变化的主导因素。
【期刊名称】《南水北调与水利科技》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】7页(P149-154,160)
【关键词】地下水位动态;影响因素;降水量;开采量;灰关联度;西安市区
【作 者】李慧;周维博;马聪;刘博洋;宋扬
【作者单位】长安大学 环境科学与工程学院，西安 710054; 长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，西安 710054;长安大学 环境科学与工程学院，西安 710054; 长
安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，西安 710054;长安大学 环境科学与工程学院，西安 710054; 长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，西安 710054;长安大学 环境科学与工程学院，西安 710054; 长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，西安 710054;长安大学 环境科学与工程学院，西安 710054; 长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，西安 710054
【正文语种】中 文
【中图分类】P641.74
20世纪70年代以来，西安市地下水开采量不断增加，水位持续下降，引发了一系列水文地质环境问题，因此研究西安市地下水动态变化规律及其影响因素，对地下水的保护利用以及社会经济的可持续发展有着重要的意义。关于西安市地下水动态，已有学者进行了研究。王慧芳、段东平等分析了西安市潜水及承压水水位下降及其环境负效应[1-2]；姜规模对西安城市水文地质条件和多年地下水动态特征进行了综合分析研究[3]；宋令勇等分析了西安市潜水埋深与降水量的关系[4]；陶虹对关中城市地下水动态及影响因素进行了研究[5]。综上可知，关于西安市地下水动态的演变已有较多研究，但是针对地下水演变驱动因
子的详细分析相对较少。本文从降水变化和人类开采以及地下水动态演变三者关系入手，对影响地下水动态变化的各因素进行了分析研究，并对各要素对地下水动态变化的影响程度进行了定量分析。
西安市区位于渭河冲积平原中段南部，地理位置为北纬34°10′-34°47′，东经108°47′-109°16′，属暖温带大陆性季风区，四季冷暖干湿分明，多年平均降水量569 mm，总控面积854 km2，包括未央、莲湖、新城、灞桥、碑林、雁塔六个行政区。区内地势特征为东南高、西北低，自东南向西北依次是黄土台塬、渭河及支流冲积平原。潜水含水岩组在区内均有分布见图1，其介质主要由第四系全新统、上、中更新统冲积及风积物组成，含水层厚度一般为20～70 m。其中，冲积含水岩组分布于渭河及支流河漫滩河谷阶地，由冲、洪积砂、砂卵、砾石加亚砂土、亚黏土组成，富水性较强；黄土含水岩组分布于黄土台塬，由黄土及古土壤组成，因孔隙裂隙在水平及垂直方向发育不均，富水性差异较大。
陶虹2.1　地下水位年际变化
根据地下水监测资料[6-7]，西安市区地下水位平均埋深的年际变化见图2，区内地下水位埋深总体呈增大趋势，从1965年-2010年地下水位下降了20.6 m，平均每年下降0.41 m。
西安市区地下水的流向的总体趋势是自东南向西北，从东南部的黄土塬区到西北部的冲洪积阶地，地下水位埋深呈现逐渐变浅的趋势。1965年西安市区大部分地区的地下水位埋深小于5 m，其面积占总面积的67.2%见图3，局部地区埋深为10～20 m，主要分布在气候干燥、降水偏少的黄土塬区。
20世纪70年代起，地下水开始大规模开采，区内水位逐年下降，至1983年，水位埋深小于5 m的分布区缩小到31.4%，5～10 m的埋深区面积扩大了将近一倍，占42.1%，有埋深大于30 m的分布区出现。1965年-1983年期间地下水位平均埋深从4.5 m增加到12.51 m ，水位平均每年下降0.44 m。
1984年-1998年，随着开采量的进一步增大，地下水位下降速度随之增大，水位平均每年下降0.58 m，至1998年，埋深小于10 m的分布区面积缩小为31.4%，埋深10～20 m的分布区面积扩大到45.4%，埋深大于20 m的分布区面积占全区面积达23.4%，并在局部地区出现了埋深大于40 m的分布区。
1998年以后，地下水位下降速率虽然有所减缓，但仍然以0.42 m/a的速度下降，到 2010年，区内水位埋深小于5 m的区域完全消失，地下水位埋深以10～20 m为主，主要分布于
渭河二、三级阶地及南部广大地区，面积为341.6 km2，占总面积的39.9%；大于30 m埋深的分布区将近120 km2，主要分布在西郊沣河水源地、白鹿塬的狄寨镇以及灞桥以东地区；大于40 m埋深的分布区进一步扩大，占总面积的2.5%，见图4。
2.2　地下水位年内变化
受地貌、含水层岩性、水位埋深、包气带岩性渗透性能的影响，特别是受降水量与人为开采因素的影响，研究区内地下水位年内动态变化规律不尽一致，但总的趋势是1月-4月份水位呈缓慢波动下降期，5月-9月份为全年最低水位期，10月份后水位开始回升，年内水位变化总体上以缓慢下降或相对稳定为主。
河漫滩及一、二级阶地区(图5(a)、(b)、(c))，1月-4月份由于气温较低，开采量较小，水位变化较小，为全年高水位期，5月-9月份，虽然降雨量增大，但随着气温的升高，地下水开采量大幅增加，水位明显下降，是年内低水位期，10月份之后，随着气温的降低以及开采量的减少，水位开始回升；黄土塬区(图5(d))，由于地下水位埋深较大，受降雨补给影响较小，1月-9月份水位呈下降趋势，9月份水位为全年最低，之后随着开采量减少以及降雨补给的滞后作用的影响，水位开始缓慢回升。
区内地下水位持续下降的主要原因有二：一是气候逐渐干旱化引起地下水补给量的减少；二是地下水过量开采。本文从降雨和开采量两个因素出发，探讨其对水位的影响[8-17]。
3.1　降水
根据1975年-2010年气象资料，西安市降雨量整体呈现缓慢波动下降趋势见图6，趋势线的斜率为-1.54 mm/a；此外，用Mann-Kendall趋势检验法对降水量变化趋势进行显著性分析，经检验，其统计量U=-0.86,说明降水量呈不显著下降趋势，与前面的分析一致。受大陆性季风气候影响，西安市降水量年际变化较大，丰水年和枯水年相差2～3倍，丰枯交替出现，20世纪70年代为枯水期，20世纪80年代为丰水期，20世纪90年代为持续枯水期，2000年以后降水量虽有所回升，但其年均降水量仍小于多年平均降水量。研究区降水量年内分布也不均匀， 7月-9月降水量占全年降水量的60%左右，冬季(12月-1月)降水量最少，仅占全年降水量的3%左右。
降水是地下水重要的补给来源，其季节性和年际性变化规律对区内地下水动态变化有着重要的驱动意义。从图6中可以看出，随着降水量的减少，各水文地质分区地下水位埋深呈增大趋势。为进一步分析地下水位随降水量的变化规律，将1975年-2010年降水量与多年平
均降水量差值作为横坐标，以各分区平均水位变幅作为纵坐标，建立两者相关关系图，见图7。从图中可以看出，随着降水量的增大，各分区水位下降的速率明显减缓，甚至出现回升，降水量减少，水位下降速率加剧，二者具有一定的相关关系。例如，1983年降雨量达909 mm，较多年平均降水量多340 mm，河漫滩区(图7(a))地下水位回升了0.07 m，阶地区(图7(b))地下水位回升了0.04 m，黄土塬区(图7(c))回升了0.03 m；1995年降雨量为363 mm，是多年平均降水量的63.8%，各分区水位降幅明显增大，其中，河漫滩区水位下降1.24 m，阶地区地下水位下降1.35m，黄土塬区水位下降1.54 m；而1994年、1996年研究区降雨量为573.2 mm、639.8 mm，分别是多年平均降水量的1.01倍、1.12倍，而各分区水位下降值分别为-0.38 m、-0.23 m，-0.51 m、-0.33 m，-0.71 m、-0.58 m；此外，由图5可知，河漫滩区地下水位变幅与降水量变化相关关系达0.63，阶地区为0.56，而黄土塬区仅为0.49，这主要是由于黄土塬区地下水位埋深过大使得包气带滞留水分多，不利于地下水的补给所致[18]。综上所述，降水量与地下水资源有着明显的正相关关系，也间接说明了1990年以后西安市降水量的减少与水位埋深的增加有一定的关联。
水量与地下水位变化关系密切，研究区汛期主要集中在7月-9月，从7月份开始降水量增多，对地下水的补给量随之开始增多，但受降雨入渗补给系数、包气带厚度等水文地质条
件的影响，水位埋深对降水的响应存在明显的滞后现象，至8月份后水位埋深才开始减小， 9月份后降水量开始减少，但水位埋深在10月份后才开始增大。图7(d)为禁采区范围内335号监测井2010(平水年)年水位埋深与降水量的年内波动关系图，从图中可以看出，在尽量排出开采因素干扰后，水位埋深随降水量变化而变化，但其对降水的响应稍晚于降水周期。