上海市陆域承压含水层水位动态演化影响因素探究

王玉强, 柳建设

(1.东华大学 环境科学与工程学院,上海 201620; 2.华东政法大学 基建处,上海 201620)



上海市陆域承压含水层水位动态演化影响因素探究

王玉强1,2, 柳建设1

(1.东华大学 环境科学与工程学院,上海 201620; 2.华东政法大学 基建处,上海 201620)

地下水水位动态演化具有明显的地方性特征.分析了2005～2013年各影响因素对上海市外环线内侧陆域各承压含水层最高水位和水位最大变幅的影响,发现全年降水量、地表水年径流总量、长江干流年过境水资源总量、第Ⅲ承压层地下水实际人工回灌量等对其都没有显著影响;太湖流域年过境水资源总量与其存在显著的中度正相关关系;地下水实际人工回灌量对其影响非常显著,属于强相关关系.

上海市外环线内侧陆域; 承压含水层最高水位; 承压含水层水位最大变幅; 影响因素

0　引　言

地下水水位动态演化可以直观地反映地下水的变化状态及储存量变化情况,地下水的水位监测数据能够为科学合理地开发、利用地下水资源提供基础性支撑资料.李文智等[1]认为地下水水位动态演化根据不同的影响因素可分为水文型、地下径流型、综合型、人工型、气候型水位动态演化等五种类型.随着工农业的高速发展,地下水开发利用的程度逐步加大,使得地下水位动态演化更多表现为深受人类活动影响特征的人工型动态演化方式.

鉴于地下水位动态的重要性,业内进行了较多的相关研究.赵传燕等[2]对黑河下游地下水位的波动变化进行了研究.马而超[3]对陕西省泾惠渠灌区地下水位的逐年变化趋势及灌溉引水量、降水量和开采量等影响因素进行了研究.杨耀栋等[4]对天津市区内浅层地下水和深层地下水不同含水层组的水位动态特征及其影响因素进行了分析研究.李绅[5]研究了哈密盆地地下水位动态变化情况,提出避免地下水位加速下降的地下水开采方案.肖彩虹等[6]利用传统统计学对乌兰布和沙漠东北部人工绿洲地下水位时空动态变化状态进行研究.宋云峰等[7]对泰安市观测井1978～2011年的地下水埋深年变差系列值和相应的年降水量开展一元回归分析并建立方程式,进行年降水量影响预测.张欢[8]对广西北海市北部湾地区海岸带咸淡水界面和地下水位动态进行研究,发现潜水含水层中的地下水位波动受到海潮的影响相对较小,而承压含水层中地下水位受海潮影响较大.然而,综览相关文献,对上海市这一经济龙头城市的地下水水位演化情况的专题研究较少.考虑到地下水水位动态演化,尤其是承压含水层水位动态演化具有明显的地方性和分带性特征,对上海市2005～2013年各承压含水层水位垂直分带动态演化情况及其影响因素进行了分析,以便为保护地下水环境质量,合理开发利用城市地下水资源提供一定的思路和支撑.

1　研究区概况及研究数据来源

1.1研究区概况

上海市地处东经120°52′～122°12′,北纬30°40′～31°53′之间,位于太平洋西岸,亚洲大陆东沿,中国南北海岸中心点,长江和黄浦江入海汇合处.北界长江,东濒东海,南临杭州湾,西接江苏和浙江两省.上海市现辖区总面积为6 340.5km2,其中陆地面积6 218.65km2,长江口水域面积1 107km2,滩涂面积376km2,海岸线长448.66km.

上海地下水赋存条件和分布规律受控于区域地貌、地层岩性及厚度.习惯上,将地下水划分为1个潜水或微承压含水层,5个承压含水层(自上向下依次为Ⅰ～Ⅴ含水层),6个隔水层(滞水层).历史上,上海市由于过量开采地下水,导致地下水水位大幅下降,使地面沉降加速、水质恶化严重.自1965年起,上海市开始通过人工回灌方式控制地面沉降,大大减缓了沉降速度.但是,自1990年代,尤其是1996年起,上海市进入高速经济发展和大规模城市建设阶段,需水量空前大增,导致地下水被超量开采而未相应增加回灌量,故又引起一轮地面加速沉降.自2007年后,上海全市平均地面沉降量才控制在7mm以下.直到2010年,地下水实际回灌量才接近实际开采量.2011年,地下水实际回灌量开始超过实际开采量.

1.2研究数据来源

本研究所用的上海市外环线内侧陆域各承压含水层最高水位和水位最大变幅数据均来自上海市2005～2013年地质环境状况公报[9],上海市地表水年径流总量(以下均简称“地表水年径流量”)、长江干流年过境水资源总量(以下均简称“长江过境水量”)、太湖流域年过境水资源总量(以下均简称“太湖过境水量”)以及各年度各承压含水层地下水实际开采量(以下均简称“开采量”)和人工回灌量(以下均简称“回灌量”)数据均来自上海市2005～2013年水资源公报[10],上海市全年降水量数据来自上海统计年鉴(2014年)[11].数据分析处理工具为SPSS17.0软件.

2　地下水位动态演化的影响因素分析

2.1地下水最高水位的影响因素分析

根据表1,各承压含水层最高水位与各影响因素之间的相关关系为:(1) 各承压含水层最高水位均与全年降水量、地表水年径流量、长江过境水量、第Ⅲ承压层回灌量等因素之间没有显著相关关系(p>0.05),不具备统计学意义;(2)各承压含水层最高水位均与太湖过境水量之间存在显著的中度正相关关系(p<0.05,0.50.9);(4)各承压含水层最高水位均与回灌总量之间存在非常显著的高度正相关关系(p<0.01,r>0.8),其与第Ⅳ、Ⅴ承压含水层最高水位之间存在非常显著的正向强相关关系(p<0.01,r>0.9);(5)各承压含水层最高水位均与第Ⅱ承压层回灌量之间存在非常显著的高度负相关关系(p<0.01,r<-0.8),其与第Ⅳ、Ⅴ承压含水层最高水位之间存在非常显著的正向强相关关系(p<0.01,r>0.9).

第Ⅱ承压含水层最高水位与太湖过境水量、开采总量、第Ⅱ～IV承压层开采量等影响因素之间存在显著的相关关系(p<0.05),与回灌总量、第Ⅱ;IV;V承压层回灌量等影响因素之间存在非常显著的相关关系(p<0.01).其中,其与太湖过境水量之间存在中度正相关关系(r=0.695);与回灌总量、第IV、V承压层回灌量等影响因素之间均存在高度正相关关系(r>0.8);与开采量、第Ⅱ～IV承压层开采量等影响因素之间存在中度负相关关系(-0.8

第Ⅲ承压含水层最高水位与太湖过境水量之间没有显著相关关系(p>0.05);与开采总量、第Ⅱ、IV承压层开采量等影响因素之间存在显著的相关关系(p<0.05),与回灌总量、第Ⅱ、IV、V承压层回灌量等影响因素之间存在非常显著的相关关系(p<0.01).其中,其与回灌量、第IV、V承压层回灌量等影响因素之间均存在高度正相关关系(r>0.8);与开采总量、第Ⅱ、IV承压层开采量等影响因素之间存在中度负相关关系(-0.8

第Ⅳ承压含水层最高水位与开采总量、第Ⅱ～IV承压层开采量、第Ⅱ承压层回灌量等之间均存在非常显著的高度负相关关系(p<0.01,r<-0.8).

第Ⅴ承压含水层最高水位与开采总量、第Ⅱ～V承压层开采量、第Ⅱ承压层回灌量等之间均存在非常显著的高度负相关关系(p<0.01,r<-0.8).

表1　上海市外环线内侧陆域各承压含水层最高水位与各影响因素相关关系分析表　　(统计年份:9a)

注:**.在0.01 水平(双侧)上显著相关.*.在 0.05 水平(双侧)上显著相关.

2.2地下水水位最大变幅的影响因素分析

根据表2,各承压含水层水位最大变幅与各影响因素之间的相关关系如下:

各承压含水层水位最大变幅均与全年降水量、地表水年径流量、长江过境水量、第Ⅲ承压层回灌量等因素之间没有显著相关关系(p>0.05),不具备统计学意义.

各承压含水层水位最大变幅均与太湖过境水量之间存在显著的中度正相关关系(p<0.05,0.5

各承压含水层水位最大变幅均与回灌总量之间存在非常显著的高度正相关关系(p<0.01,r>0.8);其与第IV、V承压含水层水位最大变幅之间存在非常显著的正向强相关关系(p<0.01,r>0.9).

各承压含水层水位最大变幅均与第Ⅱ承压层回灌量之间存在非常显著的高度负相关关系(p<0.01,r<-0.8);其与第IV、V承压含水层水位最大变幅之间存在非常显著的正向强相关关系(p<0.01,r>0.9).

各承压含水层水位最大变幅均与第IV、V承压层回灌量等影响因素之间均存在非常显著的正向强相关关系(p<0.01,r>0.9).

第IV承压含水层水位最大变幅与开采总量、第Ⅱ～IV承压层开采量、第Ⅱ承压层回灌量等因素间均存在非常显著的高度负相关关系(p<0.01,r<-0.8).

第V承压含水层水位最大变幅与开采总量、第Ⅱ～V承压层开采量、第Ⅱ承压层回灌量等因素间均存在非常显著的高度负相关关系(p<0.01,r<-0.8).

表2　上海市外环线内侧陆域各承压含水层水位最大变幅与各影响因素间相关关系分析表　(统计年份:9a)

注:**.在 0.01 水平(双侧)上显著相关.*.在 0.05 水平(双侧)上显著相关.

3　分析讨论

(1) 上海市全年降水量、地表水年径流量、长江过境水量、第Ⅲ承压层回灌量等因素对于外环线内侧陆域各承压含水层最高水位和水位最大变幅都没有显著影响,不具有统计学意义.

(2) 各承压含水层最高水位均与太湖过境水量之间存在显著的中度正相关关系,可见太湖过境水资源对于上海市地下水的补给作用是很明显的.在开发利用上海市地下水资源的过程中,要充分考虑周边水资源的补给作用并保障水资源质量.

(3) 各承压含水层最高水位和水位最大变幅均与第IV、V承压层回灌量等影响因素均存在非常显著的正向强相关关系.

(4) 各承压含水层最高水位和水位最大变幅均与回灌总量之间存在非常显著的高度正相关关系.其中,第IV、V承压含水层最高水位和水位最大变幅均与其存在非常显著的正向强相关关系.

(5) 各承压含水层最高水位和水位最大变幅均与第Ⅱ承压层回灌量之间存在非常显著的高度负相关关系;其中,第IV、V承压含水层最高水位和水位最大变幅与其存在非常显著的正向强相关关系.

总体上看,上海区域地下承压含水层水位动态演化具有明显的人工型特点,即受人工回灌量影响较大.从环境规划角度而言,虽然人工回灌量在一定程度上能够缓解地面沉降,但也可能带来地下水污染等问题,因此需严格控制人为因素对地下水环境的干扰.

本研究不足之处在于,所运用数据只是2005年之后的数据,并且缺少潜水含水层和第I承压含水层的相关数据,故而结论难以非常全面准确地反映实际情况,有待今后研究进一步完善.

[1]LiWZ,WangY.Atentativeprobeintothecharacteristicsofgroundwaterdynamicvariationanditsapplication[J].HarnessingtheHuaiheRiver,2008(5):12-14.

[2]ZhaoCY,LiSB,FengZD,etal.DynamicsofgroundwaterlevelinthewatertablefluctuantbeltatthelowerreachesofHeiheRiver[J].JournalofDesertResearch,2009,29(2):365-369.

[3]MaEC.Studyonthedynamicsandpredictionofgroundwaterlevel:acasestudyofJinghuiquIrrigationDistrict[D].Xi’an:Chang’anUniversity,2009.

[4]YangYD,LiXH,WangLH,etal.CharacteristicsofthegroundwaterlevelregimeandeffectfactorsintheplainregionofTianjinCity[J].GeologicalSurveyandResearch,2011,34(4):313-320.

[5]LiS.StudyonthedynamicchangeandsimulationofgroundwaterinHamiBasin[D].Urumuqi:XinjiangAgriculturalUniversity,2012.

[6]XiaoCH,HaoYG,XinZM,etal.DynamicchangesofgroundwaterlevelatartificialoasisinNortheasternUlanBuhDesert[J].ProtectionForestScienceandTechnology,2013(12):1-3.

[7]SongYF,ZhangQ,ZhangJB,etal.ThestudyongroundwaterchangetrendanddynamicpredictionofTai’anCity[J].JournalofShandongAgriculutalUniversity(NatrualScienceEdition),2013,44(4):604-609.

[8]ZhangH.Studyonthefreshwater-saltwaterinterfaceincoastalzonesandthedynamicvariationofgroundwaterlevel[D].Beijing:ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),2014.

[9]ShanghaiMunicipalPlanningandlandresourcesadministrationbureau.ShanghaiGeologicalEnvironmentalBulletin(2005-2013) [EB/OL].[2015-2-23],http://www.shgtj.gov.cn/dzkc/.

[10]ShanghaiWaterAuthority.Shanghaiwaterresourcesbulletin(2005-2013) [EB/OL].[2015-2-23],http://222.66.79.122/BMXX/default.htm.

[11]ShanghaiMunicipalBureauofStatistics.Shanghaiannualreviewofstatistics(2014) [EB/OL].[2015-2-22]http://www.stats-sh.gov.cn/data/release.xhtml.

(责任编辑：顾浩然)

Research on influences on dynamic evolution of confined auifergroundwater level in the land area of Shanghai city

WANG Yuqiang1,2, LIU Jianshe1

(1.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China2.InfrastructureDepartment,EastChinaUniversityofPoliticalScienceandLaw,Shanghai201620,China)

Thedynamicevolutionofgroundwaterlevelshowsremarkablelocalcharacteristics.WeanalyzethedataoffactorsthatmayinfluenceofthehighestgroundwaterlevelandthemaximumamplitudeofgroundwaterlevelineachconfinedaquiferinthelandareawithintheOuterRingRoadofShanghaiCityduring2005～2013.Wefindthatthetotalvolumeofyearlyrainfall,yearlysurfacerunoff,yearlypassing-bywaterinthemainstreamoftheYangtzeRiver,andtheactualgroundwaterartificialrechargeinthethirdconfinedaquifer,havenosignificantimpact.Thereisapositivecorrelationbetweenthehighestgroundwaterlevelofeachconfinedaquiferandthetotalvolumeofthepassing-bywaterintheTaihuLakebasin.Thevolumeofactualrechargeofgroundwaterhasastrongcorrelationwiththehighestgroundwaterlevelandthemaximumamplitudeofgroundwaterlevelintheconfinedaquifers.

landareawithintheouterringroadofShanghaicity;highestgroundwaterlevelofconfinedaquifer;maximumamplitudeofconfinedaquifergroundwaterlevel;influentialfactors

10.3969/J.ISSN.1000-5137.2016.04.018

2015-12-17

王玉强，中国上海市松江区大学城龙源路555号，华东政法大学基建处，邮编：201620，E-mail:1375044408@qq.com;柳建设,中国上海市松江区大学城人民北路2999号，东华大学4号学院楼环境学院3147室，邮编：201620，E-mail:liujianshe@dhu.edu.cn

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1000-5137(2016)04-0505-06