陕西省黄河流域地下水资源状况及开发利用分析

韩 路，周 典，刘 科

（1.陕西渭河生态集团有限公司，陕西 西安 710068；2.陕西省江河水库工作中心，陕西 西安 710018）

0 引言

地下水资源作为地球水循环系统重要的构成部分，主要在地表岩层空隙中以饱和重力水的形态储存，并且具有流动性和可恢复性等特征[1-2］。地下水资源作为人类生产生活用水的重要来源之一，是极其重要的自然资源，但是地下水资源具有储量不稳定和时空分布不均匀等特性，过度开采必将导致其枯竭短缺，因此有必要全面深入分析地下水资源相关指标，对地下水资源的供需平衡进行科学研讨，为后期地下水资源利用和合理配置提供参考[3-5］。针对地下水资源的相关研究比较成熟，研究范畴也相对宽泛。多数研究常以流域水系、行政区域和两者结合等体系结构为研究载体，宏观论述区域地下水资源分布规律及利用状况。如贾建伟等[6-7］以水资源二级区、省级行政区、主要支流等分类标准对长江流域进行划分，对区域内浅层地下水资源量进行梳理分析，概述了地下水资源在的空间分布特征，同时综合地下水实际开采现状分析了对应分区的开采潜力。谷桂华、方绍东等[8-9］则以云南省长江流域为研究对象，分析地下水资源在各地级市行政区内的分布规律和时空变化特征，结合水资源利用现状分析存在问题并提出治理对策。焦团理等将地理单元的水文水资源资料为基础，结合生态保障制约理论，研究了安徽省地下水可开采量的动态变化规律和时空分布形态[10］。区域水资源空间分布存在一定程度的独特性，部分学者采用不同研究方法对黄河流域和陕西省域内的水资源现状进行多方位评估分析，为区域水资源的后期规划提供支撑。如党丽娟等对黄河流域水资源开发利用情况进行摸底调查、分析评价，从流域、省域、地市域3 个尺度对水资源的开发利用进行了时空分析，为合理规划人口、城市和产业发展提供理论依据[11］。朱俊海等在陕西省多年的降水特征和基本河流水质分析的基础上，利用基尼系数研究该区域水资源配置与经济发展要素匹配度在时空上的变化规律[12］。孙才志等对山西省黄河流域地下水资源的空间分布特征及对应开采潜力进行分析，并结合社会经济发展现状探讨了后期的用水对策[13］。

综上所述，关于陕西省域和黄河流域水资源方面的相关研究多侧重于需用水指标评价，缺少对省内流域水资源指标直观描述和不同功能区差变分析。另外，由于近年来陕西省内社会生产结构调整、流域水资源自然环境变化和人为干预的综合影响，可能导致区域地下水资源储量分布和利用现状发生改变，而现有研究成果缺乏时效性，难以满足新的发展和研究需求。因此本文采用平原区补给法和山丘区排泄法计算2000 年～2020 年陕西省黄河流域多年地下水资源量均值，分析水资源三级区和市级行政区地下水资源的空间分布规律。结合区域实际用水现状，探讨了不同分区单元的地下水资源开采潜力。研究成果可为区域水资源调配及合理开发利用、中长期用水需求分析提供参考。

1 研究区域概况

陕西省地跨黄河、长江流域，其中黄河流域13.33 万km2，占全省面积的64.8%，流域多年平均水资源总量为117.26 亿m3，占全省水资源总量的27.9%，多年地下水资源量为73.85 亿m3，占黄河流域水资源总量的63%。根据区域水文气象特征及地理位置，黄河流域在陕西省境基本分为入大北干流水系、渭河水系、伊洛河水系三类，其中入大北干流水系位于陕北地区，主要包括窟野河、秃尾河等黄河右岸一级支流，渭河水系作为黄河最大支流横穿关中平原，主要支流包括泾河、洛河等，伊洛河水系为黄河右岸、三门峡以下较大的一级支流，在陕西境内主要位于秦岭以南东部。陕西省黄河流域水资源三级分区图见图1。

图1 陕西省黄河流域水资源三级分区图

陕西省黄河流域地处全国腹心的黄河中游秦岭以北，区域主要包括陕北黄土高原和关中盆地两大构造类型，两种自然单元在水文气象、地理构造上具有巨大差异，对地下水的形成和分布规律产生一定影响[14］。所以考虑以上因素，结合地下水资源来源类型，综合分析将研究流域划分为平原区和山丘区两种地质类型。其中平原区地下水主要来源于松散岩类内的孔隙水，山丘区地下水则主要来源于矿化度小于1g／L的基岩裂隙水和岩溶水。

2 地下水资源量分析

2.1 计算方法和数据来源

本文主要研究省内黄河流域矿化度M 不大于2 g／L 的浅层地下水资源量，将地下水资源三级区近一步划分，即以四级类型区作为基本计算模块，陕西省黄河流域地下水资源各级分区见表1。利用补给量法计算平原区地下水，为便于后期水量均衡分析，统计对应平原区的排泄量。利用排泄法计算山丘区地下水，总排泄量即为山丘区地下水资源量。根据本次研究流域的具体情况，相关计算以水资源四级区及县级行政区作为分区子单元，若分区子单元区域内均为某一地质类型时，认为此区域没有重复地下水资源量；当分区子单元区域内含有2 种地质类型时，需考虑平原区内部分来自山丘区的排泄量，将区域地下水资源量总和扣除其中的重复量[15］，可用式（1）计算。

表1 陕西省黄河流域水资源分区表

式中：Qf、Qp、Qs、Qc分别为分区、平原、山丘及重复地下水资源量。

对于重复计算量，一是来源于平原区地下水资源中的山前侧向补给量，此部分应当纳入山丘区的地下水资源量中。二是山丘区的河溪径流量汇入平原区地上水的部分，其重复部分用式（2）：

式中：Qcb、Qjb分别为平原区山前侧向补给量、来源于山丘区河川基流的平原区地表水补给量。

2.2 地下水资源分布特征

本文数据来源于2000 年～2020 年陕西省水资公报、《陕西省第三次水资源调查评价》及区域内各市县上报水文资料的相关内容，利用上文所述方法计算对应分区范围内不同地形区的地下水资源量，根据相关成果，以地下水资源模数和水资源量作为指标，以平原区和山丘区为作为分析要素单元，整体上以区域内水系类别和地理类别两方面进行分析，具体则以水系内水资源三级分区和区域内各市级行政区进行分析，表2 和表3 分别为各分区类型地下水资源量及对应地下水资源模数的计算结果。

表2 陕西省黄河流域多年平均地下水资源模数（水资源分区）

表3 陕西省黄河流域多年平均地下水资源模数（行政区分区）

由表内数据分析平原区地下水资源指标特征，陕西省黄河流域平原区地下水资源总量为49.74 亿m3，占流域内地下水资源总量3／5。从平原区地下水资源量模数来看：入大北干流水系模数均值与渭河水系模数均值相近，入大北干流水系地下水资源模数均值为14.86 万m3／km2，所辖的两个三级区中，吴堡以上右岸与吴堡以下至右岸区间模数均较高，分别为14.21 万m3／km2和15.06 万m3／km2；渭河水系模数均值为15.18 万m3／km2，其中渭河宝鸡峡至咸阳区间模数最大，为21.28 万m3／km2， 北洛河状头以上区间模数较小， 仅为5.94 万m3／km2；西部内流区的模数为8.69 万m3／km2；从市级行政区来看，陕北地区的模数低于关中地区，两者的模数均值分别为10.56 万m3／km2和10.21 万m3／km2，具体来看，宝鸡市的地下水资源模数显著高于其它地区，为22.49 万m3／km2，铜川市的模数最低，为9.85 万m3／km2。

两种分区类型下平原区地下水资源量占比见图2。由图可知，陕西省黄河流域平原区地下水基本来源于渭河水系及入大北干流水系，两者地下水资源模数均值相当，但对应的地下水总量相差较大，占比分别为29%及64%。具体来看，所有水资源三级区中，渭河宝鸡峡至咸阳区间和渭河咸阳至潼关区间的占比相当，均高达30%左右，北洛河状头以上区间占比最小，仅为2.04%；从行政区分区角度来看，与区域水资源模数均值的分布规律相似，陕北地区水资源总量远低于关中地区，两者占比分别为26.74%和73.25%，所有行政区中榆林市占比最大，为26.8%，铜川市占比最小，仅为2.45%。

图2 陕西省黄河流域平原区地下水资源量规模比例

对比平原区，山丘区地下水资源总量和水资源模数总量均低于平原区。山丘区的地下水资源总量为28.87 亿m3，为平原区水资源总量的3／5，地下水资源模数均值为2.93 万m3／km2，仅为平原区的1／5。山丘区的地下水资源模数总体上呈现北低南高的分布规律，从水资源分区角度来看，入大北干流水系模数低于渭河水系，两者的模数均值分别为1.66 万m3／km2和3.72 万m3／km2，伊洛河水系地下水资源模数最高，西部内流区模数均值最低，两者分别为9.28 万m3／km2、1.47 万m3／km2。从行政区分区来看，陕北地区的模数均值低于关中地区，陕北地区的模数均值为1.51 万m3／km2，关中地区的模数均值为5.99 万m3／km2，陕南地区为5.7 万m3／km2，具体来看，西安市的模数显著高于其它地区，为3.57 万m3／km2，延安市的模数最低，为1.37 万m3／km2。

水资源三级区及区域内各市行政区山丘区地下水资源量占比情况见图3，山丘区地下水资源量空间分布规律与平原区基本一致，入大北干流水系和渭河水系占比分别为25.8%和63.59%。所有水资源三级区中，渭河宝鸡峡至咸阳区间占比最大，为30.51%，西部内流区占比最小，仅为0.72%。从行政区分区方面来看，陕北地区山丘区地下水资源量占比为34.92%，关中地区占比为57.46%，陕南地区占比为2.2%。所有行政区中以宝鸡市占比最大，为27.78%，铜川市占比最小，仅为3.12%。

图3 陕西省黄河流域山丘区地下水资源量规模比例

综合来看，陕西省黄河流域地下水资源量为73.85 亿m3，从地下水资源模数指标分析来看，入大北干流水系地下水主要来源于平原区，地下水资源总量模数与平原区地下水资源总量模数相差较大。渭河水系范围内山丘区和平原区地下水占比相当，地下水资源模数总量与两种地理类型区模数相差均较大，伊洛河水系和西部内流区地下水资源构造比较单一，分别以山丘和以平原为主。总体来看，地下水资源模数的空间分布仍然呈现北低南高的规律。入大北干流水系、渭河水系、北部内流区、伊洛河水系的地下水资源模数均值分别为3.87 万m3／km2、6.92 万m3／km2、6.3 万m3／km2、9.28 万m3／km2。从水资源分区角度来看，渭河宝鸡峡至咸阳区间模数最高，为12.94 万m3／km2， 北 洛 河 状 头 以 上 区 间 模 数 最 低， 为1.79 万m3／km2。从行政区分区角度来看，陕北地区模数均值 最 低， 为2.8 万m3／km2， 关 中 地 区 总 模 数 均 值 最 高， 为10.08 万m3／km2。具体来看，西安市的地下水资源模数最高，为16.09 万m3／km2， 延安市的地下水资源模数最低， 为1.37 万m3／km2。

水资源三级区及区域内各市行政区对应的全区地下水资源占比见图4。由图可知，流域地下水总量主要来源于渭河水系，其次是入大北干流水系，两者占比分别为64.2%及28.2%。所有水资源三级区中，渭河宝鸡峡至咸阳流域占比最高，为29.64%，渭河宝鸡峡以上流域占比最小，为1.25%；从行政区分区角度来看，陕北地区水资源总量占比为29.93%，关中地区水资源占比为67.08%，所有行政区中以榆林市占比最大，为23.31%，杨凌区占比最小，为0.14%。

图4 陕西省黄河流域地下水资源总量规模比例

2.3 开采潜力分析

地下水开采潜力是指通过分析区域内地下水资源储量及开发现状确定盈余量指标（地下水可开采量与现状地下水实际开采量的差值），进一步衡量相关区域内地下水开采提高度及增加量[16］。通常地下水实际可采量与可开采量的比值（Kc）表示，如式（3）所示。

式中： W实开为地下水实际开采量；W可开为地下水可开采量，由式（3）计算确定。

一般认为，当Kc=1 时，地下水资源开采处于均衡状态。当Kc＆lt;0.3 时，地下水资源具有极大的开采潜力；而当Kc＆gt;1.2时，表示地下水超采严重[17］。本文重点统计了平原区矿化度M 不大于2 g／L 的浅层地下水可开采量，根据各市汇编提供的近十年地下水实际开采量计算相关系数，图5 为陕西省黄河流域平原区浅层地下水可开采量和开采率。

图5 中所示虚线代表陕西省黄河流域地下水平均开采率为89%，从水资源分区角度来看，渭河咸阳至潼关流域区间和龙门至三门峡干流区间对应的平原区浅层地下水开采率均高于省内黄河流域均值，分别112.5%、90.8%，其余分区则低于流域均值，地下水开采潜力较大，所有水资源三级区中，以吴堡以上右岸区间地下开采率最低，为11.2%；各市级行政区中，咸阳、杨凌区、西安市三市地下水开采率高于省域黄河流域均值，分别为112%、157%、176%，延安市无浅层地下水开采。整体来看，榆林市地下水资源开采潜力较大，西安市和杨凌区地下水超采严重。

图5 陕西省黄河流域平原区浅层地下水可开采量和开采率

3 结论

本文分析了陕西省黄河流域内10 个水资源三级区和11个市级行政区内矿化度M 不大于2 g／L 的浅层地下水资源量的空间分布特征，并结合流域内地下水开采现状，分析了各地区的开采潜力，得出如下结论。

（1）针对平原区，入大北干流水系地下水资源模数均值与渭河水系的模数均值相近，陕北地区地下水资源模数低于关中地区。从水资源三级区的角度来看，渭河宝鸡峡至咸阳区间模数最大，北洛河状头以上区间模数较小，从行政区分区角度来看，宝鸡市的地下水资源模数显著高于其它地区，其中铜川市的模数最低。

（2）山丘区的地下水资源模数总体上呈现北低南高的分布规律，入大北干流水系内模数低于渭河水系，陕北地区的模数低于关中地区。地下水资源量空间分布规律与平原区基本一致。从水资源三级区的角度来看，伊洛河流域地下水资源模数均值最高，内流区区间模数均值最低。从行政区分区角度来看，西安市的模数显著高于其他地市，延安市的模数最低。

（3）现阶段陕西省黄河流域地下水开采程度适中，部分地区开采潜力较大。从水资源三级区角度来看，渭河咸阳至潼关区间和龙门至三门峡干流区间对应的平原区浅层地下水开采率高于省内黄河流域均值。从行政区分区角度来看，咸阳、杨凌区、西安市对应的平原区浅层地下水开采率高于省域黄河流域均值，榆林市对应的平原区浅层地下水开采率较高，其中西安市和杨凌区地下水则存在超采严重的问题。