徐州市地下水位动态变化影响因素分析

宋银燕 周沛勇 仝倩

(江苏省水文水资源勘测局徐州分局,江苏徐州 221006)

徐州市地下水位动态变化影响因素分析

宋银燕 周沛勇 仝倩

(江苏省水文水资源勘测局徐州分局,江苏徐州 221006)

通过对徐州市降水量、地表径流、气象因素、地下水资源的变化分析,地下水位动态变化除降水量、气象因素和蒸发量等自然因素外,人类治水工程和地下水的开采等是造成水资源减少的重要条件。

徐州市地下水位动态影响因素

1 概况

徐州市位于江苏省西北部,地处沂、沭、泗运诸河下游,东西长约210km,南北宽约140km,土地总面积11258km2。为苏、鲁、豫、皖四省交界处,下辖二市三县五区,即邳州市、新沂市、丰县、沛县、睢宁县、云龙区、鼓楼区、泉山区、贾汪区和铜山区。

徐州市地貌根据成因和区域特征大致可分为丰、沛黄泛冲积平原,铜、邳、睢低山剥蚀平原,沂、沭河洪积冲积平原三个地貌区。本区地下水源、水文地质条件、含水层类型可分为碳酸岩类裂隙岩溶水、松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂缝水三种类型。按水文地质特征和埋藏条件徐州市地下水可分为深层地下水和浅层地下水。徐州市平原地区占全市总面积的90%,其地下水资源量主要补给来源于降水,大气降水入渗补给量约占地下水可采资源量的70%,因此,地下水位动态变化,与自然因素和人为因素都有很大的关系。

2 突出的水资源问题

徐州市水资源是由地面径流产生的水资源和地下水资源组成,而地下水资源在自然因素降水、蒸发、气温和人为因素地表水利工程、地下水开采及工业活动等因素的影响下,使地表水干枯、地下水位下降、水资源供给不足等问题越来越突出。

2.1 地下水是主要水源

随着城市化建设的迅速发展,徐州市地下水开采能力增强地下水开采量在不断增大,地下水已成为徐州地区供水的主要来源,徐州市工业和农业灌溉用水主要开采深层地下水,农村生活用水主要以浅层地下水为主。

2.2 地下水位急剧下降

20世纪60年代初期,地下水埋深在1～10m之间;80年代地下水位普遍下降5～20m,2012年地下水埋深已达到40m以上。

2.3 地表产流减少

地表水和地下水之间有着密切的关系,降水越大产生地表径流就大,相应入渗地下水量就大,地下水位就越高。根据徐州市历年来降水产生的径流量统计结果显示,径流量和降水量变化规律,年际间存在丰枯变化,从20世纪50年代至1978年间,基本趋于丰水年,降水多地表产流也大;70年代末至今多为枯水年,个别年份为偏丰年,降水和地表径流明显减少,直接影响地下水位的高低。

图1 徐州市年降水量差积曲线

3 影响地下水动态的因素

影响地下水动态的因素可以分为两大类,即自然因素和人为因素。

3.1 自然因素

影响地下水发展的自然因素主要为气象因素,气象因素本身变化很迅速,并且在某种程度上具有周期性,它能够引起地下水动态的迅速和多为波状的变化。

3.1.1 降水

气候是制约水循环的因素,分为直接和间接两种,直接影响因素主要来自大气环流变化引起的降水时空分布、降水强度和降水总量的变化;间接影响来自路面过水循环的气候特征,径流量/降水量的值为约为0.42,蒸发量/降水量比值约为1.06,根据比值来看,地面产流较小陆面蒸发量较大。

徐州市降水量受气候等条件的影响,降水量的地域分布不均,其分布的总趋势自西北向东南方向递增,降水量的年内分配存在着不均外,降水量年际间存在着连丰和连枯变化的特点。徐州市多年平均降水量825.2mm,最长的连丰期是5年,为1960～1964年,K丰值

(丰水期平均年降水量与多年平均降水量系列的比值)的变幅为1.12～1.44。最长的连枯期是4年,为1986～1989年,K枯值(枯水期平均年降水量与多年降水量系列的比值)的变幅为0.61～0.88之间。从徐州市降水量差积曲线来看K丰值和K枯值相差50﹪以上,由此可见降水量丰、枯年份存在很大差异,相应的地下水位动态变化也存在着很大的差异。徐州市年降水量差积曲线见图1。

3.1.2 气温

徐州市多年平均气温有上升的趋势。徐州市多年平均气温为14.6℃,其中20世纪60年代平均气温为14.3℃,70年代平均气温为14.3℃,80年代平均气温为14.3℃,90年代平均气温为14.8℃。21世纪以来平均气温为15.3℃。以上数据显示,20世纪90年代以前平均气温低于多年平均值,90年代以后气温高于多年平均值。1990-2012年平均气温约为15.1℃。气温越高蒸发量就越大,影响地下水位就越大。

3.1.3 蒸发量

由于全球气候变暖,近年来平均气温的上升,导致蒸发量增大。全市多年平均蒸发量为873.9mm,大于平均降水量825.2mm,干旱指数约为1.06,气候偏干燥,蒸发量越大,也是影响地面水资源和地下水位高低的重要因素。

3.2 人为因素

人为因素对水循环产生很大的影响,反映在两个方面,一是由于人类生产和社会经济发展,使大气化学成分发生变化,引起气温升高;二是人类活动,如水资源开发利用等,作用于下淀面其强度往往很大。

3.2.1 地表水利工程

大中型水利工程的兴建,拦蓄了山区大量洪水,在减少平原灾害的同时,也大量削减了洪峰流量。特别是进入21世纪以来上游山东地带多处修建橡胶坝工程,上游洪水一级一级拦截,大量削减了洪峰流量,进入我市的洪水明显减少,相应全市径流量较以往偏少很多。

3.2.2 地下水开采

浅层地下水系统与地表水系统和大气降水系统连通性好,人类活动和气候变化在浅层地下水系统反应敏感,据统计1990年地下水开采总量约为5.715亿m3,2001年地下水总开采量增加到7.03亿m3,到2011年地下水总开采量约为7.84亿m3。

4 影响后果和趋势

自然气候因素与人类活动因素之间相互作用,其反应结果是水资源减少,从而影响地下水位降低。

4.1 地表水

4.1.1 地表径流

由于受上游水利工程的拦蓄,山区径流很少排入河道,除主汛期产生大洪水河径流进入河道外,多数河流已成为季节性河流,有的甚至常年干枯;受人类活动影响径流量比降水量年际变化大,通过1956～2010年资料计算分析,可看出径流量的年际变化要明显大于降水量的年际变化。本市降水量系列Cv值在0.21～0.26之间,而年径流量系列Cv值则在0.69～0.91之间,年径流量的Cv值是年降水量Cv的3倍多。全市历年最大径流量与最小径流量的比值也高达几十倍。

4.1.2 地下水降落漏斗

随着徐州市工农业发展的加快,地下水开采量在不断增大。大规模开采地下水的直接后果是造成地下水位逐年下降,并形成地下水降落漏斗。如:丰、沛县城区的承压水以及市区附近的几个裂隙岩溶水强烈开采区形成的地下水降落漏斗;徐州市区七里沟和丁楼两水源地极为明显,由于超采岩溶水水位持续下降,形成降落漏斗,致使部分取水工程出水量减少,并形成漏斗的地下水埋深也在不断加深。

4.2 影响趋势

地下水资源的变化有自然因素也有人为因素,一般来说,自然因素影响较为缓慢,人为因素影响较为迅速,然而,通过分析徐州市气温和降水量等自然因素,发现降水量近年来处于枯水年,降水总量一直在下降,而气温总体成上升趋势,这除了会产生城市热岛效应外,降水量和气温是导致水资源量减少的主要因素。

5 结语

综上所述,21世纪水资源问题将是人类面临的最突出也是最迫切需要解决的问题,未来水资源将成为制约徐州市经济发展的瓶颈。大尺度下的局部气候变化是徐州市水资源变化的一个诱因,然而,在一定时空尺度上人为因素:地表水利工程、地下水开采及工业活动是影响水资源和地下水变化的一个非常重要的因素。其综合反应的结果是水资源量减少。

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宋银燕(1978-),女,江苏徐州,工程师,从事水文水资源的监测与分析研究。