咸阳试验区气候变化对地下水影响因素分析

赵耀东，王 杰，李少锋

(陕西省地下水管理监测局，陕西 西安710003)

气候是影响地下水的主要因素之一，过去几十年，由于气候的不断变化对地下水产生了相应影响，从而也引起了地下水资源的变化。为应对气候变化，根据联合国千年发展计划，为实现到2015年要实现全球缺乏安全饮用水的人少一半的目标，联合国儿基会与水利部合作在我国开展“气候变化对地下水影响研究”工作，并在全国进行典型示范研究工作。陕西咸阳试验区是三个试验示范区之一，围绕研究总体目标要求，开展了项目区地下水位随降水等主要气候因素变化的分析研究。

1 咸阳试验区基本情况

陕西试验区由咸阳市秦都区和渭城区组成，位于陕西省关中中部渭河两岸，距西安市30 km，行政区面积约523 km2。

1.1 气象

试验区地处暖温带半湿润季风区，为平原区，地形开阔平坦，由南向北呈台阶状，多年平均降水量567.9 mm，多集中在7、8、9三个月，占全年的50%～60%;多年平均气温南部13℃，北部9℃，相差 4℃;无霜期南部 212～223 d，北部172～205 d;全市光照时数多年平均2223 h，水面蒸发量957 mm，干旱指数1.68。

1.2 水文地质条件

该区主要地貌形态类型属渭河阶地，北部为黄土台塬。由北向南呈台阶状降低，依次可划分为三级、二级、一级阶地及漫滩。主要含水层为上更新统砂卵石层，富水性随距渭河远近而不同，地下水位埋深一般小于20m，单位涌水量大于20 t/h·m，地下水主要接受降水、灌溉、径流补给，局部地区接受渭河的季节性侧向补给。

根据资料分析，试验区地下水中F－含量普遍较高，且在较大范围内超过了国家饮用水标准(1.0 mg/L);地下水中Cr+6局部地段亦超过了国家饮用水标准(0.05 mg/L)，与上游黄土台塬区Cr+6含量高的地下水缓慢径流补给，以及与地层岩性、隐伏断裂有关。

1.3 地下水开发利用现状

研究区供水除北部黄土台塬宝鸡峡灌区有少量地表水引水灌溉外，工业与生活用水均取自地下水。地下水开采区主要分布在城区的市中心区水源地、西郊水源地、东郊水源地、陈阳寨水源地及沣东水源地等。目前，咸阳市城市规划区内有自备水源井达364眼，日地下取水量达23万m3。据2008年统计，咸阳市总的供水量为15392万m3，其中地下水供水量为14311万m3，占到总供水量的92.98%。随着城市的发展，需水量呈逐年递增，地下水过度开采，致使地下水持续下降，降落漏斗急剧扩大，供需矛盾日益紧张，目前该市城区已形成四大超采区，分别为:①咸阳市城区中心严重超采区;②西北橡胶厂水源地严重超采区;③咸阳市效区超采区;④秦都区沣东超采区，总面积达52.37 km2，年均超采量达1479.95万m3。水资源问题已成为城市发展的瓶颈，制约着社会经济的快速发展。

试验区地处咸阳市城区，三废排放量日益增多，农业引污灌溉、化肥、农药大量使用和生活污染，使区内潜水遭到不同程度的污染。主要表现为潜水中矿化度、总硬度的增高和氯化物、硫酸盐、“三氮”含量超起始值或超标。

2 气候变化对地下水的影响分析

2.1 降水对地下水的影响

试验区近50年来降水量呈周期性变化规律明显，出现了相间的四个丰水期和四个枯水期，但总体降水序列未出现突变，降水量减小趋势不显著，仅呈现微弱的减少趋势;通过试验区年降水量功率谱分析出有两个波动，这两个波动对应的周期分别是8.7 a和4.3 a。

绘制了试验区13眼监测井的降雨—埋深关系曲线，其中004号井、003号井年际埋深变化曲线分别如图1、图2所示，由图可知，1999年以前，地下水位对降水的响应比较明显，总的规律是，随着降水量的逐年减少，降水对地下水补给量减少，地下水量总体减少，地下水位埋深相应增大。1999年以后，试验区降水量有逐年增大的趋势，003号井水位随之出现回升，埋深减小。但004号井埋深不随降水的逐年增加而回升，而是出现持续下降态势，可能是由于该两眼井所处地区持续大量开采地下水，开采量远远超过了降水补给量，因而地下水位不能随着降水量的逐年增加而回升。

图1 004号井埋深与降水关系曲线

图2 003号井埋深与降水关系曲线

2.2 气温对地下水的影响

试验区近30年来的年平均气温有上升的趋势，其倾向率为0.10℃/10a;通过对30年温度序列Mann－Kendall方法突变检验，年气温序列有一突变，在1997年。气候变暖的季节主要在秋冬两季，气温变化倾向率分别达到0.3℃/10a、0.25℃ /10a。

由013号井气温埋深关系曲线可知(图3)，20世纪90年代以前，随着气温的逐年升高，地下水位相应随之升高，但进入本世纪，随着气温逐年的缓慢回升，地下水埋深仍持续增大，这表明对从地下水的影响上来看，气候因素并不成为最后的决定因素。

图3 013号井气温与地下水埋深关系图

2.3 蒸发对地下水的影响

试验区年平均蒸发量在1997年同样是一个突变点，在以此为界限的两个较长周期内(1979～1997年、1997～2005年)呈显著的下降趋势，其中以夏季和春季下降趋势最为明显。

由013号井蒸发与埋深关系曲线(图4)可知，该曲线与气温埋深关系曲线有类似规律，20世纪90年代以前，随着蒸发量的逐年增大，地下水位相应随之降低，但进入本世纪，随着蒸发量逐年缓慢回升，地下水埋深仍持续增大，同样证明从对地下水的影响上来看，气候因素并不成为最后的决定因素。

图4 013号井蒸发量与地下水埋深关系图

3 结论与建议

3.1 结论

3.1.1 地下水位变化情况

地下水埋深总体上呈加大趋势，说明地下水位逐年下降;20世纪90年代末期到2004年、2005年处于下降强烈期，2005年之后有所回复。地下水多年平均埋深的趋势表明:人为的开采因素对于地下水的影响是巨大的，有时甚至是具有决定性的作用的。

3.1.2 气候变化总体影响

试验区近三十年来降水量呈微弱减少趋势，总体上周期性比较明显，降水量的减少致使地表径流量和地下水资源呈减少趋势;近三十年来气温逐年升高，致使蒸发量也随之加大，这也加剧了水资源总量的减少。

3.1.3 地下水位对气候变化因子的响应

1999年以前，地下水位对降水的响应比较明显，总的规律是:随着降水量减少，降水对地下水补给量减少，地下水量总体减少，埋深相应增大。1999年以后，试验区降水量有逐年增大的趋势，井水位随之出现回升。但部分井的水位仍保持持续下降态势，分析可能是由于持续大量开采地下水，开采量远远超过了降水补给量所致。

20世纪90年代以前，随着蒸发量的逐年增大，地下水埋深相应加大。2001～2005年间，虽然蒸发量降低，但地下水埋深仍持续增大，分析可能与开采量的不断增加有关，表明从对地下水的影响上来看，气候因素并不是最后的决定因素，人类活动的影响是主因。

3.2 建议

1)地下水动态变化不仅受气候作用的影响，也受不同下垫面情况的影响，同时咸阳试验区由于自然条件因素，市区工业和城市生活长期依靠地下水，长期开发利用地下水，人类活动对地下水有非常显著的影响。因此，地下水动态变化受自然和人类活动综合作用的影响，如何对综合作用的结果，考虑某单一因素影响所占比例需要在研究中进一步考虑。

2)为实现地下水资源的可持续利用，建议应进一步采取措施，构建咸阳区城乡公共供水管网体系，优化地表地下各类水源配置、严格用水管理，协调水资源开发与经济发展的关系，杜绝地下水超采。