关中盆地地下水动态监测网络设计与应用

陶 虹，丁 佳，刘文波

（1.陕西省地质环境监测总站，陕西 西安 710054；2.中国地质环境监测院，北京 100081）

0 引言

关中盆地位于我国西北部，是世界新亚欧大陆桥的中心，是国务院《关中—天水经济区发展规划》的核心部分。盆地内土壤肥沃、农业发达，素有“八百里秦川”之称，是我国重要的粮食主产区之一。其地下水开发利用追溯求源，已有数千年的历史，而动态监测则起源于20世纪50年代中期。地下水动态监测为政府决策部门提供了大量的数据，在保障区域供水安全及地质灾害防治方面起到了重要作用。但随着经济社会的快速发展，目前监测网络已不适应获取精度越来越高、范围越来越广的动态信息要求。2010年10月，中国地质调查局立项新开“关中盆地城市群城市地质调查”项目，作为城市地质调查的基础，其子项目关中盆地地下水动态监测网建设2011年首先启动。

1 关中盆地监测现状

关中盆地地下水监测网由西安、咸阳、宝鸡、渭南、铜川5个城市局域网组成，各局域网由市级监测站管理，其辖区内的野外监测及数据整理由各市站具体负责，上报省地质环境监测总站，由省地质环境监测站负责数据汇总、整理，上报中国地质环境监测院［1］。

2011年盆地内共有长期监测点221个，控制面积约850km2，监测300m深度内的第四系松散层孔隙水潜水和承压水。其中河谷阶地212个、秦岭山前洪积扇4个、黄土台塬5个。监测点分布极不均衡，位于以西安、咸阳、宝鸡、渭南、铜川等城市为中心的集中供水水源地共211个，占监测点总数的95.5％，区域上的监测点控制甚少，仅为10个，占监测点总数的4.5％。

2 地下水动态监测网络设计

关中盆地地下水动态监测网络设计采用建设监测剖面线与编制地下水动态类型图［2］相结合的方法。根据盆地内含水系统特征布设控制性监测剖面线，纵横剖面线结点为骨干监测点。然后根据地下水动态类型分区，围绕监测剖面补充完善监测点，形成关中盆地地下水动态监测网络。

2.1 建设监测剖面

盆地内含水系统分为黄土台塬孔隙—裂隙含水系统、冲积平原孔隙含水系统、秦岭山前洪积平原孔隙含水系统、渭北岩溶含水系统等4个含水系统。横向监测剖面从南到北布设4条，分别控制4个不同的含水系统，纵向剖面5条，分别控制盆地内城市或重要经济区地下水动态变化特征。形成4横5纵共9条剖面线［11］（图 1）。

2.2 编制地下水动态类型分区图

影响地下水动态的因素主要有地形地貌、含水层结构特征、水位埋深、土壤类型、土地利用、降水量、地表水体及人工开采等，对各种因素进行综合分析后生成四张地下水动态影响要素图，即水文地质分区［3］、非饱和带特征分区、地下水补给分区、地下水局部影响分区。

图1 关中盆地地下水动态监测剖面线布置图Fig.1 Layout for the section plane of the groundwater dynamics monitoring in Guanzhong Basin

水文地质分区图：根据关中盆地含水层岩性、成因及地下水动力特征将盆地内松散岩类孔隙水划分为4个含水岩组，即分布于渭河及其支流阶地的冲积砂、砂砾石与亚粘土互层孔隙含水系统，分布于秦岭及北山洪积扇的洪积漂石、砂砾石与亚粘土互层孔隙含水系统，分布于黄土台塬的风积黄土孔隙含水系统，分布于渭北的基岩裂隙岩溶含水系统。根据含水岩组划分结合关中盆地地下水富水性分区，富水性分区分为极强富水区（单位涌水量20～40t/h·m）、富水—强富水区（单位涌水量5～20 t/h·m）、中等富水区（单位涌水量1～5t/h·m）、弱富水区（单位涌水量0.5～1t/h·m）4级区。共划分出52个水文地质小区。

非饱和带分区图：由地下水埋深图和土壤岩性图叠加合成，土壤岩性分区分为黄土区、粘性土区、砂卵砾土区三类区，地下水埋深分区分为0～10m、10～20m、20～50m、50～80m、＞80m 共 5个区间，共分为72个小区。

补给分区：关中盆地地下水补给主要来源于以下四个方面：（1）大气降水的垂直渗入；（2）山前河流垂直渗漏；（3）渭河丰水期河水渗漏补给；（4）渠灌入渗。是在土地利用图和地下水补给来源的基础上叠加合成的，共分为22个区。

局部影响分区：关中盆地地下水补给分区将关中盆地划分为灌溉补给区、降水入渗补给区、渭河侧渗补给区、降水入渗及径流补给区5类区域，共分为65个小区。

将四要素图进行叠加，得到关中盆地地下水动态类型分区图（图2）。叠加过程中形成的面积小于1km2的小区进行分析后与相邻区合并，全区最终分为118个动态类型分区。地下水动态分区图是监测网设计的主要依据，只有每个地下水类型区都有监测井控制，才能真正监测到地下水动态区域变化。

2.3 动态监测孔的布设

（1）充分利用已有监测井。

（2）每一个地下水动态类型分区至少放置一对监测孔，分别监测该区域内的潜水和承压水［4］。

（3）在人类工程活动剧烈区、地质环境敏感区和地下水开采引发环境地质问题突出及可能引发环境地质问题区域加密监测孔布设。

将现有长观井中井孔质量较好，能够利用的监测孔投影到地下水动态类型分区图上，在没有监测孔分布的动态分区内补充新的监测孔，在某一动态类型小区内若存在较多监测点则进行适当删减。

优化后的监测网共有监测点239个［10］，其中利用原有监测孔165个，新增加监测孔74个。监测孔位于秦岭及北山山前洪积平原19个，渭河河谷区173个，黄土塬区47个（包括渭北岩溶4个）。潜水监测井120个，承压水监测井119个（图3）。

图2 关中盆地地下水动态类型分区图Fig.2 Zoning map of the Groundwater dynamics types in Guanzhong Basin

图3 关中盆地地下水动态监测网布置图Fig.3 Layout of the Groundwater dynamics monitoring network in Guanzhong Basin

3 监测网的应用

2010年10月，我国华北、黄淮、西北等部分省份持续干旱，关中盆地为主要旱区之一，从2010年10月至2011年 1月底累计降水 30.4～70.2mm，较2001～2009年同期减少18.92～43.58mm，已形成冬春连旱，农田作物受旱面积达31.4×104hm2，其中重旱3.1×104hm2。针对干旱的严峻形势和地下水监测工作现状，中国地质环境监测院部署了专门用于服务应急抗旱技术支撑的地下水监测工作，启动了严重缺水地区地下水监测项目，要求重点加强地下水位监测频次，实时编制抗旱找水打井区域地下水位图件。优化后关中盆地动态监测网在此项目中发挥了重要作用。

2011年2月至8月，根据优化后的关中盆地动态监测网，结合旱区加密统测井，进行了高频次地下水位统测，编制了陕西省关中盆地应急抗旱浅层地下水水位等值线及埋深图（图4）。动态监测表明［9］，2011年2月至5月，关中盆地的渭河河谷阶地区由于限制开采地下水，水位以上升为主，特别是在城市集中供水水源地，水位上升幅度更大，升幅最大的地区位于西安市沣皂河水源地为2.55m；秦岭洪积扇区地下水接受山区径流补给予充分，水位呈波动变化略有下降，平均降幅0.32m；黄土塬区水位升降幅度较大，其中咸阳、宝鸡黄土塬区地下水补给量大于开采排泄量，水位以上升为主；渭南北部黄土塬和西安南部黄土塬（白鹿塬），水位以下降为主且降幅较大，是关中盆地的主要干旱区，平均降幅1～5m，最大水位降幅为8.52m，位于渭南市北部蒲城三合乡。

图4 关中盆地地下水位等值线及潜水埋深图Fig.4 Contour map of Groundwater level and buried depth in Guanzhong basin

4 结论

关中盆地地下水位监测历史较长，但监测井集中分布于城市供水水源地，对区域地下水动态特别是城市之间农田区地下水动态控制不够。本文采用建设监测剖面与编制地下水动态类型图相结合的方法，共布设239个监测点，利用原有监测点165个，新增监测点74个。新设计的监测网能较全面地控制关中盆地地下水区域动态变化，使监测信息更为科学合理，提高了盆地内整体监测水平。新建监测网在2011年“严重缺水地区地下水监测项目”中试运行，以动态监测数据为依据确定了主要干旱区位于渭南市北部及西安南部黄土台塬，为关中盆地应急抗旱找水打井提供地下水动态技术支撑。

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［3］陕西省地矿局第一水文地质队.陕西省关中盆地水文地质图系［R］.1977.The First Geological Team of Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources.Guanzhong Basin in Shaanxi Province of Hydrological Geology Map［R］.1977.

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［11］陶虹，许超美，李勇，等.关中城市群城市地质环境监测网建设总体设计［R］.陕西：陕西省地质环境监测总站，2011.TAO Hong，XU Chaomei，LI Yong，et al.The overall Design on the construction of the monitoring network of urban geological environment in Guanzhong urban agglomeration［R］.Shaanxi：Geo-Environment Monitoring General Station of Shaanxi Province，2011.