泾阳县地下水位动态变化特征研究

杨元波,尚文斌,廖显程,储 林,牛 盟

(1.陕西瀚泰水利水电勘测设计有限公司,陕西 西安 710000;2.榆林市水利信息与水文勘测中心,陕西 榆林 719000;3.陕西省安康市紫阳县水利局,陕西 安康725300)

0 引言

泾阳县隶属陕西省咸阳市,地处关中平原中部、咸阳市东部,泾河下游。根据收集的泾阳地区长系列水文地质资料及2001-2020年地下水监测井5日水位监测成果,对其地下水动态类型及典型水位动态过程曲线进行分析,讨论地下水水位多年动态变化特征,为泾阳县地下水资源的保护、合理利用及经济的可持续发展提供科学依据。

1 研究区水文地质分区概况

根据泾阳县地形地貌特征、地下水类型,将泾阳县划分为平原区、北部基岩山区两个一级区。其次,按照水文地质条件,北部基岩山区为一般土石山区,可做为一个独立水文地质分区,也只有1个水文地质分区(I);平原区可划分为3个水文地质分区,做为二级区,分别为山前冲洪积扇区(II)、北部黄土台塬区(III)及阶地平原区(IV)。如此,按全县水文地质区地貌、富水性特点及水文地质条件,分为四个水文地质分区。

1.1 北部基岩山区(I)

位于冶峪河灌溉渠系的东西干渠以北,冶峪河以西为北仲山区,其中北仲山主峰海拔1 619 m,西凤山和铁瓦殿海拔分别为963 m和1 243 m。冶峪河以东的嵯峨山主峰海拔1 423 m。

1.2 山前冲洪积扇区(II)

大致以口镇为界,冶峪河将北仲山、嵯峨山山前冲洪积扇裙区分为东西两部分,总面积为73.06 km2。

东部可分为老洪积扇和新洪积扇。范围自北山以南,蒋路—域而李村以北的地区。老(二级)洪积扇裙宽度1～2 km,地面坡度大,新洪积扇裙(一级)—蒋路洪积扇前缘最宽处达3～4 km,一般地势较缓,冲沟不发育。老洪积扇区地下水包气带物质颗粒粗大,多为漂石和砾石,地下水埋深一般在50～80 m,成井条件差,水资源缺乏是本区的主要特点。新洪积扇区地下水埋深在20～50 m,地下水资源丰富,供水条件较好。

1.3 北部黄土台塬区(III)

北部台塬区,也称兴隆塬区,面积为71.04 km2。行政上包括了兴隆镇的大部,口镇和桥底镇的塬上部分,属冶峪河引水灌溉和张家山、红旗及党家堡抽水灌区。

由于冶峪河黑松林水库和官山水库调蓄能力差,故灌区灌溉保证率不高,加之各抽水站抽水灌溉成本高,该区域地下水埋深大,储量少,井灌开采成本高、量小,农田保灌率较低。该地区人畜饮用水为泾北供水的集中供水范围。

1.4 阶地平原区(IV)

本区包括了泾河一、二、三级阶地,总面积350.76 km2。区内地势低平,开阔平坦,由西北向东南微度倾斜,是泾河平原的上游主体。该区灌溉历史悠久,灌排系统齐全,加之位于泾河上游,地下水含水层颗粒粗,厚度大,透水性好,水量丰富。因此,区内形成了渠井双灌体系,水利化程度高,农田保灌率高。

2 研究区地下水位动态变化特征分析

2.1 地下水位年内动态变化

由洪积扇(II区)杨赵村正北41265040#省级监测井、兴隆塬(III区)白王洼地41265020#省级监测井、高阶地(IV2-1区)甘李村东41265140#省级监测井和仁和村南41265160#省级监测井、云阳镇张屯村西41265240#省级监测井每5日地下水位动态监测数据,点绘地下水位年内变化趋势线(见图1～图5)。

图1 41265040#省级监测井地下水埋深年内过程线

(1)41265040#省级监测井位于兴隆镇杨赵村正北,所处地貌单元为洪积扇(II区),根据现状年杨赵村41265040#监测井5日水位监测成果绘制了地下水埋深年内过程线,过程线见图1;由过程线可知该井年最大埋深为45.82 m,最小平均埋深为43.61 m,平均埋深为44.28 m。该井1-5月地下水位变化不大,5-8月持续下降,8月以后持续上升,年变幅2.21 m,当年地下水平均埋深44.68 m。

分析地下水动态变化的原因,区内浅层地下水位变化受降水、灌溉及开采等因素影响,春灌一般自2月中旬始,且用水量不大,以渠水为主,开采量相对较少,这一时期气温低、蒸发少、作物及田间需水量少,故1-5月地下水位变化不大。

夏灌自5月中旬始,至8月上旬结束,因近年地下水开采量大,引地表水水灌溉有所减少,虽然降水量增加,但因开采量较大,加之降水入渗补给有一定的滞后性,致使这一时期地下水位急剧下降。从5月份始,埋深值持续增大,表明地下水位持续下降,到8月达到当年最大埋深45.82 m,该时段累计下降1.38 m,占当年变幅的62%。由图1可见,这时的地下水位下降达到谷值。进入秋灌后,地下水开采量减少,雨季尚未结束,作物耗水量减少,故水位自9月份开始回升,12月至次年1、2月,适逢冬灌季,阶地平原区受灌溉入渗补给与滞后的降水入渗补给的叠加,地下水位连续上升达到峰值。

(2)41265020#省级监测井位于兴隆镇白王村北方向距离50 m,所处地貌单元为洪积扇(II区)白王洼地,根据现状年白王村41265020#监测井5日水位监测成果绘制了地下水埋深年内过程线,过程线见图2;由过程线可知该井年最大埋深为25.08 m,最小平均埋深为22.74 m,平均埋深为24.15 m。该井1-5月小幅回升,5-8月水位稳定,8月以后持续上升,年内地下水位总体持续上升,年变幅2.34 m,当年地下水平均埋深24.14 m。

图2 41265020#省级监测井地下水埋深年内过程线

分析该监测井地下水年内变化的原因,在白王洼地内,由于接受上年降水入渗补给较为充足,现状年在开采量较小的情况下,地下水位仍持续上升;5-8月采补平衡,地下水位较为稳定;8月以后接受降水入渗补给较为直接,垂直入渗补给作用较为明显。因此,地下水位年内持续上升,显示出白王洼地较好的储水条件。

(3)41265140#省级监测井位于中张镇甘李村东北方向距离30 m,所处地貌单元为高阶地(IV2-1区),根据现状年甘李村41265140#监测井5日水位监测成果绘制了地下水埋深年内过程线,过程线见图3;由过程线可知该井年最大埋深为35.63 m,最小平均埋深为34.03 m,平均埋深为35.16 m。该井1-8月水位变化不大,8月以后小幅上升,年内地下水位总体持续上升,年变幅1.6 m,当年地下水平均埋深35.16 m。

图3 41265140#省级监测井地下水埋深年内过程线

分析该监测井地下水年内变化的原因,在高阶地区,1-5月,由于接受上年降水入渗补给仍在继续,且开采量较小,因此,该时段表现出地下水位持续小幅回升;5月以后,随着开采量的增大,地下水位有所下降;9月以后接受降水入渗补给较为明显,且开采量减少,地下水位持续上升。

(4)41265160#省级监测井位于安吴镇仁和村南南方向距离120 m,所处地貌单元位东北部高阶地区,41265240#省级监测井云阳镇张屯村西方向,所处地貌单元为低阶地区。由图4、图5中的地下水埋深年内过程线可知,两图具有相似的变化规律,1-9月,地下水位基本稳定,10月以后持续上升。当年变幅前者5.01 m,后者4.33 m,平均埋深前者15.97 m,后者13.56 m。

图4 41265160#省级监测井地下水埋深年内过程线

图5 41265240#省级监测井地下水埋深年内过程线

分析该两监测井地下水年内变化的原因,该两监测井虽然处于不同地貌单元,但均位于地表水灌区,1-9月,由于接受地表水灌溉补给和上年降水入渗补给的双重影响,虽然有一定的地下水开采,但地下水总体上处于采补平衡,所以地下水位较为稳定;10月以后,开采量减少,且由于冬灌地表水补给及时,地下水位持续上升。

综合上述分析结果可知,5个监测井年内共同的变化规律是,9月以后,各监测井地下水位均持续上升,表明在泾阳县域内,无论何种地貌单元,秋冬季节随着地下水开采量的减少,加之接受前期降水的滞后补给,在地表水灌区,接受冬灌地表水的补给,地下水位上升,地下水得到有效的补给和涵养。

2.2 地下水位年际动态变化

依据洪积扇(II区)兴隆镇杨赵村正北41265040#省级监测井、兴隆塬(III区)白王洼地的兴隆镇白王村41265020#省级监测井、高阶地(IV2-1区)中张镇甘李村东41265140#省级监测井和安吴镇仁和村南41265160#省级监测井、低阶地(IV1-1区)泾干街办蒙家村41265180#省级监测井、云阳镇张屯村西41265240#省级监测井近20年地下水位动态监测数据,绘制降水量和地下水位年际变化过程线,见图6和图7。

图6 2001-2020年降水量与洪积扇、黄土塬(Ⅱ、Ⅲ区)地下水位年际变化图

图7 2001-2020年降水量与一、二级阶地(Ⅳ区)地下水位年际变化图

2001-2020年,泾阳县不同分区地下水位变化和降水关系密切。由图6可知,洪积扇和黄土塬的41265040#监测井和41265020#监测井,总体上均处于持续下降趋势;白王洼地41265020#监测井地下水位在年际间和降水的关系十分密切,多年呈波浪状起伏变化,显示出洼地良好的补给和储水条件。由图7可知,位于二级阶地的41265160#、41265180#和41265240#监测井的地下水埋深均在20 m以内,只有41265140#监测井位于高阶地区,地下水埋深均各年均超过30 m。可以看出,无论是高阶地还是低阶地,4个监测井2004年、2012年埋深值均较上年有所减少,即地下水位较上年均有一定程度的上升。究其原因,主要是上年2003年、2011年均为为丰水年,由于上年降水入渗对地下水补给的滞后影响,到下年地下水位均有所上升。2012年后,虽然也出现有降水量较大的年份,但由于长期的持续开采地下水,在以后的丰水年后,补给不能有效弥补过量开采出现的亏空,因而下一年并没有出现地下水位的回升。从2004-2012年,41265140#监测井和41265180#监测井地下水位逐年回升,41265160#监测井和41265240#监测井上升和下降交替,呈现出一定的波动变化。2012年到2020年41265140#监测井表现为持续下降,其他3个处于波动变化,但总体以下降为主。分析原因,41265140#监测井位于高阶地,由于接受补给较为滞后,加之多年的采补失衡,因此这一时期地下水持续下降;而其他3个监测井位于低阶地,受人类活动和自然因素影响明显,接受地表各类补给和排泄也较为直接,开采量较大的年份地下水位下降,而补给较为充分的年份,地下水位上升,表现出地下水位的交替变化较为明显。

2.3 地下水总变幅分析

本次选用均布在各地貌单元共10眼监测井20年系列动态监测成果,统计逐年平均水位监测值、各年始末地下水位,各年始末地下水位差视为年均变幅。评始末年平均地下水位差为总降幅。计算结果可知,山前冲洪积扇区、北部黄土台塬区、阶地平原区近20年地下水位总降幅分别为-11.72 m、-6.88 m和-4.52 m;各区的年均地下水位年均变幅分别为-0.586 m、-0.348 m和-0.226 m。

3 结语

通过对泾阳地区近20年地下水位动态变化特征进行评价可知,2001-2020年地下水位逐年下降。总变幅为:洪积扇区、黄土塬区、阶地平原区分别为-11.72 m、-6.88 m、-4.52 m,洪积扇区最大,黄土塬区次之,阶地平原区最小。地下水下降速率,洪积扇区、黄土塬区、阶地平原区区域平均年降幅分别为0.586 m、0.344 m、0.226 m,洪积扇区下降速率最快,黄土塬区次之,阶地平原区较小。从分布区位来看,呈北多南少的分布规律,主要原因是北部的补给源和补给条件差,但是农灌开采量居高不下,导致了水位持续下降。