西安市地下水回灌探析

史方方

（西安市水资源利用技术服务中心，陕西 西安 710018）

地下水回灌是采用人工措施将地表水或其他水源的水注入地下以补充地下水的一种人为补给方式。回灌方法主要有地面入渗法和地下灌注法，前者主要利用水库、坑塘、农田灌溉等地面设施，引蓄地表水增加对地下水的渗入补给。后者是通过钻井、竖井、廊道或天然的落水洞等设施，将水注入地下储水层。其目的为增加地下水资源、改善地下水质、阻拦海水倒灌、防止或控制地面沉降等[1]。

西安市在水资源开发利用中因历史原因，曾过度依赖地下水，对地表河流、雨水、再生水等水源的利用不足，导致出现地下水位下降、区域地下水超采、地面沉降等一系列环境地质问题。地下水回灌是修复和改善地下水环境，增加和涵养地下水资源最经济有效的措施之一。

1 西安市水资源开发利用现状

西安市位于黄河流域关中盆地中部，南依秦岭，北靠渭河，辖11区2县，面积10108 km2。根据1980～2005年水文资料统计，全市多年平均水资源总量为23.47亿m3，可利用总量为16.57亿m3，地表水可利用量7.50亿m3，地下水可开采量9.07亿 m3。人均水资源量不足275 m3，属于资源型缺水城市。

2017年西安市各类工程总计供水量18.8亿m3，其中自产地表水供水量6.48亿m3，占可利用量的86.4%；地下水供水量8.79亿 m3，占可开采量的96.9%；再生水及雨水利用量1.42亿m3，占总供水量的7.6%；客水利用量2.11亿m3，占总供水量的11.2%。全市水资源开发利用现状评价如下。

1.1 地下水局部超采严重

由于历史、经济等方面的原因，西安市地下水开采规模较大，最高年份超过12亿m3；其中1996～2002年期间，全市地下水开采量占到总供水量的70%以上（见图1和图2）。据2015年12月陕西省水利厅编制完成的《陕西省地下水超采区划定与保护方案》，西安市地下水超采区有5处，超采面积达601.3 km2，占全市总面积的6%，年均超采量2286.64万m3，其中70%的超采量集中在主城区。地下水过量开采引发了水位下降、地面下沉、地裂缝发展等一系列环境地质问题，直接影响城市建设和发展。

渭河以北的高陵、阎良、临潼地区是陕西省泾惠渠、宝鸡峡引渭渠及交口抽渭渠的灌溉区域。近年来，由于种植结构、作物对水质要求变化等原因，灌区地下水开采量增加，引起地下水位下降。渭河以南的周至县、鄠邑区、长安区的井灌区超采问题也已凸显。

图1 西安市1990-2017年地下水供水比例

图2 西安市地下水开采量与可开采量关系

1.2 降水入渗补给不足

西安市地处关中平原中部，北临渭河和黄土高原，南邻秦岭，处于中国大陆中心，南北方分界线的北侧，气候属暖温带半湿润大陆性季风气候，太平洋水汽自东南方向入境后，因秦岭山脉阻滞，降水量较秦岭南减少。

根据1956～2000年降水资料系列分析，西安市多年平均降水量为738.3 mm，折降水量74.63亿m3，降水入渗补给量约5.9亿m3，降水入渗补给系数仅为0.079，即全市年降水量中仅有7.9%的降水量转化为地下水资源。加之近年来西安市城市化进程加快，城市建成区面积由九十年代末不足300 km2扩大到目前522 km2，地面不透水面积随之增大。据初步估算，全市城市、乡镇建成区及新兴工业区占地面积约占全市总面积12.8%，导致降水入渗补给地下水量减少约7.5亿m3。

1.3 再生水利用率低

再生水是国际公认的“第二水源”，再生水合理利用既能减少水环境污染，又可以缓解水资源供需矛盾。截止2017年底，西安市已建成再生水处理设施14座，设计处理能力58.5万m3/d；废污水达标处理量7.67亿m3（210万m3/d），再生水利用量仅1.4亿m3（38.5万m3/d），再生水利用率仅18%，主要用于湖池生态补水，剩余绝大部分再生水则达标排放。相比于以色列、新加坡等发达国家再生水70%的利用率水平，西安市再生水资源还有很大的潜力亟待开发。

2 西安市地下水回灌条件

2.1 回灌水源

目前西安市地下水回灌水源主要是自来水，可供选择的水源还有河道径流、雨水、再生水等。河道径流方面，可利用水库防洪库容蓄存的丰水期径流作为回灌水源，经统计全市已建水库94座，防洪库容2.3亿m3，这部分库容蓄存的河道径流可用于地下水回灌。雨水方面，借鉴国内海绵城市建设试点成熟经验，在市区北二环以北至渭河，西起皂河东至浐灞河约200 km2的范围内，新建雨水管道收集道路、广场、屋面雨水，同时可在公园及绿化景观带周边建设地下雨水收集池等，用于回灌地下水。再生水方面，全市污水处理量已达210万m3/d，出厂水质达到GB18918-2002一级A标准，再生水水量大，水质稳定，可用于农田灌溉，生态环境和工业等用水部门，置换出其中地下水，用于修复地下水环境。

2.2 回灌容积

全市地下水资源经过长期以来的高强度、大面积开发和利用，致使主城区出现187 km2的严重超采区，市郊区及高陵出现414.3 km2的一般超采区，浅部含水层基本被疏干，形成了一个个锅底形的天然地下库容。据1990～2017年西安市供用水统计报表分析，全市地下水累积超采量约35亿 m3，可作为地下水回灌的容积。这一巨大的地下补给孔隙空间是当前全市水库总库容3.8亿 m3的9倍、兴利库容2.9亿 m3的12倍。

2.3 回灌水质

据有关要求，回灌水水质不得劣于含水层地下水水质和地下水功能区的水质目标。自来水水质方面，已经达到城镇居民生活饮用水标准，可满足回灌区地下水水质要求。水库蓄水水质方面，全市已建的94座水库中，大部分水库水质能达到GB3838-2002Ⅲ类水标准，超标因子主要为总氮，基本能满足回灌区水质要求。雨水水质方面[2]，初期雨水污染较为严重，主要污染物是COD和SS，因此控制初期雨水可以有效的控制每场降雨径流中的大部分污染物，蓄集后期雨水，其水质通常能满足回灌区水质要求，可作为地下水回灌水源。再生水水质方面[3]，全市污水处理厂污染物排放标准均达到GB18918-2002一级A类，经与《农田灌溉用水水质标准》（GB5084-2005）对比（见表1），相同控制指标有11项，除pH和总砷不能满足农田灌溉用水水质标准外，其余9项均满足农田用水水质要求，基本可作为农田灌溉的用水水源。

2.4 回灌经验

西安市地下水回灌，虽没有系统的大规模的进行，但有关部门在局部地区进行的以回补地下水为目的的工作从未间断。西安市莲湖区城建局曾利用城区凹地进行了地下水回灌的初步试验；西安市水电局1974年修建的沣西自动闸，进行了自动闸回补地下水的试验，据监测资料表明，两年使两岸地下水位回升了6～7 m，基本稳定了这一区域内约40 km2的下降水位[4]；2009年至今，西安市水资源利用技术服务中心利用城区自备井开展地下水回灌工作，先后建成9处13个地下水回灌示范点，主要分布在南郊、东郊和西郊地下水位降落漏斗区，回灌水量累计达到400万m3，回灌区域地下水水位有明显抬升。

表1 城镇污水处理厂污染物排放标准与农田灌溉水水质标准对比表 单位：mg/L

3 西安市地下水回灌方案

综上所述，本文提出如下3种回灌方案，因地制宜，合理布设，以期达到有效保护与修复全市地下水环境的目的。

3.1 地下水超采区回灌方案

在主城区严重超采区，采用机井灌注法，利用已经封停的自备井进行回灌；在郊区一般超采区尤其是渭河河漫滩沿岸，采用竖井灌注法，结合城市防洪，截取大气降水和地表径流，使之自然入渗，将是行之有效的办法，且技术简单，经济合理；在浐灞水源一般超采区宜采用拦蓄工程和竖井灌注相结合的方法，即在河道上不影响防洪的情况下修建溢流坝、自动闸或浮体闸，拦蓄城市地表径流或雨洪水，利用河道两岸沉积砂砾石层的天然地下水库容，扩散回灌。

3.2 地表与地下水库连通回灌方案

西安有48道峪口河流，均发源于秦岭北麓。诸条峪口河流两岸的沉积砂砾石含水层是天然的贮水空间，每年可将水库汛期防洪库容的弃水通过工程措施回补到地下；同时进行水文地质勘探，可在鄠邑区涝河山前冲洪积扇区丈八寺—割耳庄—中斑竹园一线以南合适位置修建地下水库工程[5-6]，统筹考虑涝河平原水库与地下水库相关联的各种因素，按照调丰补缺、增源保水的思路，建设地表与地下水库连通回灌工程，将多余的地表蓄水回灌至地下水含水层中，回补地下水。

3.3 灌区沟渠入渗回灌方案

据统计，西安市目前有各类灌区60余处，针对全市部分灌区存在供水保证率低、灌溉用水减少、灌区面积萎缩等的实际情况，重点选择供水保证率低且基本无灌溉用水的灌区，利用其地面灌溉渠道系统，拦蓄洪水或利用当地降雨径流或再生水[7-8]，将水引入灌区，同时可利用田间排水沟，在适当位置建造一些控制水流的小型简易建筑物（如土坎等），增加地下水渗补量，建设灌区沟渠入渗回灌工程。

这种方法相对简单，投资少，不需要消耗能源，回灌水量大，此法特别适合于有一定规模的回灌工程体系，即沟渠及闸涵配套工程，大面积对地下水回灌，在有地表水来源及沟渠密度较大的地区是行之有效的方法。优点一是可利用多种水源进行回灌；二是回灌速度快，回灌量大；三是便于开展灌排蓄补综合利用，提高农业抗旱涝灾害的能力；四是工程运行费用低，投资省，技术比较简单[9]。

4 结论和建议

在西安开展地下水回灌是可行的，也是必须的。目前西安正在朝着建成国家中心城市、建成西安国际化大都市的目标奋进，水资源作为西安市国民经济社会发展中的基础性战略资源，应未雨绸缪，提前规划，确保未来提供全面可靠的水资源保障。为此，提出以下建议：一是加强再生水、雨水等非常规水源回灌技术研究；二是加强地下水库的水文地质条件的调查和相关试验工作，科学构建全市地下水库工程；三是加强地下水回灌宣传，使群众认识到地下水回灌的重要性，动员社会各方面力量支持地下水回灌。