靖边风沙滩地区海子与地下水位演化历史模拟分析

毛旭阁，罗奇斌，李贵娟，王耀军

(1.中煤科工集团西安研究院，陕西 西安 710069;2.西北大学，陕西 西安 710069;3.陕西煤田地质局一八六队，陕西 西安710069;4.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450000)

靖边地处陕、甘、宁、蒙四省交界地带，是国家能源重化工榆林基地的重要组成部分。近年来区内经济的快速发展，对水资源需求急剧增加，已经造成部分地段的地下水位持续下降、湖泊消亡、局部沙漠化等生态环境负效应。因此，研究水源地开采的相互影响以及地下水开发的环境效应，对水源地地下水合理开发和生态环境保护以及地区国民经济发展具有重要的现实意义。

1 研究区50年水资源利用历史分析

以掌高兔水源地为例，根据历史资料分析统计，研究区自1957年至2008年间52年的各种水资源(浅层水，深层水，饮用水，灌溉水，海子水)利用情况，如图1所示:

由图1-1可看出，研究区内自1957年开始，饮用水量逐年增加，从1.68×104m3/a增至2008年的 5.74 ×104m3/a，其主要是由于当地居民人口增加及牲畜数量增加所致;自1970年开始利用地表海子水及浅层地下水进行农田灌溉，其间主要为海子水利用，约占水资源利用的95%，自1993年开始，浅层水利用量增大，由5%增至15%，直到1998年的40%，海子水最大利用量达44×104m3/a，浅层水最大利用量达35%;自1998年后，由于海子枯竭，潜水水位下降，难以继续利用，深层水资源开始大量开采(长庆水源井于1997年开始开采)。其中海子水1998年停用，浅层水2000年基本停用。

图1 研究区水资源历史利用情况

2 研究区海子演化历史模拟

2.1 模拟方法

利用上述水资源利用历史资料并结合相关年份降雨蒸发资料，根据计算区水文地质条件，区内含水层为多层结构的非均质各向异性介质，存在时空分配不均，即将大气降水入渗补给、蒸发排泄以面状补给源按时间顺序倒序加入模型;区内农灌开采井多且分散，不适用开采井的形式加入模型计算，采用面状开采强度以时间倒序的形式加入到模型中;农灌水回归补给同样以面状反补;掌高兔水源地现状开采井5眼，开采量按点汇，按开采量以时间倒序顺序加入模型。对于这种复杂的水文地质条件，根据水均衡原理，数值法能够较好地利用数值模型计算。

2.2 模拟结果分析

按上述模拟方法进行模型预测，对研究区52年海子演化状况反演分析，预测结果如下:

根据野外实测资料及当地历史资料记载，研究区掌高兔水源地历史上曾有18个海子，海子总面积约4 300亩，1998年后海子面积急剧缩小至约200亩，到2008年海子仅存2个，面积仅有12亩;水源地历史上曾有2条地下水溢出汇流的小河，其源头在庙滩和双海则，经红进滩流出本论证区后最终注入无定河，泉集河全长约40 km，两条小河均于1993年断流至今。

根据模型预测结果:研究区1957年时海子面积共291.66 km2，约 4 374.88 亩;1993 年时，区内河流断流，海子大面积减少，共 27.85 km2，约 417.68亩;2008年，海子基本枯竭，仅存2个，0.86 km2，约12.88亩。模型预测与历史事实吻合良好。

3 研究区地下水位及海子水位演化历史分析

3.1 地下水位演化分析

综合前述资料及模拟方法，对研究区地下水位52年演化历史进行反演模拟分析，其模拟预测结果如下(图2):

图2 研究区地下水位历史演化模拟

由图2的预测结果可看出，研究区浅层水水位自1957年开始，60年代(即到预测10年左右)水位稳定;70～80年代(到预测35年左右)水位略有下降，变化速度缓慢;自90年代后(到预测50年)潜水水位下降变化迅速，下降明显。研究区深层水位自1957年开始至90年代末(到预测40年左右)，基本保持稳定，变化不大;1998年后水位开始下降且速度较快。

预测结果与掌高兔水源地历史发展情况基本吻合。对于浅层水，70年代之前，用水量集中在当地居民饮用水及牲畜引用水，用水量很少，水位基本没有变化;70～80年代，随着人口及牲畜的增加，加之开始引水灌溉，水位开始有所下降，但此段时间内灌溉用水主要利用地表海子水，所以浅层水虽有变化，但速度缓慢，进入90年代后，地表海子水基本枯竭，人口牲畜数量仍在增加，地下潜水大量开发导致其水位变化加快，下降明显。对于深层承压水，90年代末期，浅层水水位下降导致难以继续利用，深层水即开始被大量开采，同时工业用水介入，致使承压水水位开始迅速下降至今。

3.2 海子水位演化分析

以庙滩龙眼井海子演化历史为例综合其海子开发利用资料，运用前述模拟方法，对研究区海子水位52年演化历史进行反演模拟分析，其模拟预测结果如下:(图3):

图3 研究区海子水位历史演化模拟(以龙眼井海子为例)

根据预测结果分析，研究区海子水利用主要伴随着当地灌溉用水量及人畜饮用用水量的增加而变化，70年代初，由于开始饮水灌溉，海子水随之开始变化，水位降低，伴随人畜数量不断增加，灌溉水量不断增长，海子水利用量也不断增大，至90年代中期基本干涸。

4 研究水资源开发利用与环境影响关系

水资源不断的开发利用，地表水干涸，地下水位下降，必然导致水环境的改变，进而对环境造成影响。加之气候因素的干预，使其对环境影响更为明显。

由于近年气候原因，研究区降雨补给不断减少(图4)，近3年降雨量相较与过去50年减少近18%，相较与过去30年减少近9%。

图4 研究区降雨量

5 结论

水资源的持续开发利用，对研究区自然环境发生着明显的影响。60～70年代研究区水资源为正均衡状态，研究区内水资源充足，地表植被生长繁盛，海子丰盈，生物种类众多，生态平衡;随着当地人口增加，农业的发展，用水量增加，地表水体已不能满足用水需求，开始引用地下浅层水;伴随农业规模增大及工业用水的介入，水资源需求量进一步增大，浅层水水位下降，引起当地居民潜水井报废，灌溉困难的生活问题及河流断流，海子枯竭等环境问题，继而深层水也开始被开发利用，水资源从正均衡演变为负均衡状态。

虽然研究区地下水储量丰富，调节能力强，有能力在丰水年或雨季来临时将上述问题给予缓解，但由于近年气候原因，降水量连年减少，上述问题不断加剧，植被死亡，土地沙化，居民生活困难，环境破坏严重。

［1］杨泽元，王文科等陕北风沙滩地区生态安全地下水位埋深研究［J］.西北农林科技大学学报(自然科学版)2006，34(8)

［2］李佩成.试论人类水事活动的新思维［J］.中国工程科学，2000，2(2):5～9

［3］陕西地矿部，靖边县西部地区供水水文地质详查［R］.2000，6

［4］陕西省地质矿产勘查开发局九0八水文地质工程地质大队，陕西省靖边县掌高兔源地供水水文地质勘探［R］.2008