水事活动对地下水动态的影响分析

Table 1
植 被 退化 ↓
土 地 沙 化、荒漠 化 ↓
表 1 地下水水位持续下降的生态环境效应
Ecologicalenvironm ent effect that groundw ater levelcontinuously descend
地下水水位持续下降的生态环 境 效应 表 征
地面 沉 降、地陷 、地 裂 缝
［4 ，5］
loess plateaus in irrigating district of BaoJi gorge
地点
黄土塬 扶风 武功 兴平 咸阳 乾县
总上 升 值（m） 10 .04 11 .77 12 .23 7 .7 4 7 .85
年均 上 升（m） 1 .2 3 1 .3 1 1 .36 0 .8 6 0 .87
收稿 日 期：2004 -04 -1 0. 基金 项 目：国 家优 秀博 士论 文 基金 项目（编 号：200052）；高等 学校 博士 点 基金（编 号：200207 12020）；校 青年 基 金（编 号 ：200 2）资助 ． 作者 简 介：张 鑫（1968 -），男 ，河 南淅 川人 ，副 教授 ，主要 从 事水 资源 开发 利用 与生 态 环境 效应 方面 的科 学研 究及 教学 工 作.
位变化可分为：①下降 型影响；②上 升型 影响；③ 平 稳型影响。下面主要分析前两种影响。 1.1 下降型影响的地下水动态特征
在下降型影响中，影响面最大，影响后果最严重 的是地下水的大规模人工开采。几乎每一座以地下 水为主要供水水源的城 市，都 形成 不同程 度的地 下 水降落漏斗；以地下水灌溉为主的灌区，也会出现同 样的现象。据统计，在西安市市区范围内，由于地下 水的大量开采，特别是 20 世纪 70 年代以来，随着城 市需水量的不断增长，地下水的开采量也不断增加， 引起地下水 位 持续 下 降，并 形 成大 面 积 下降 漏 斗。 到 70 年代末，水位高程 355 m 的漏斗面积约 100 km 2 ，水位高程 340 m 的面积 12 km 2 ，出现了小寨、 西工大和胡家庙—沙坡 3 个漏斗中心。80 年代，漏 斗不断扩大和加深，到 1988 年，355 m 高程漏斗面 积已达到 155 km 2，340 m 高 程漏 斗面 积达 到 89 km 2 。从 1980—1988 年，上述漏斗中心的水位下降 了 8.0 ～29.2 m ，年均下降 1.0 ～3.6 m 。与开采初 期相比，水位累积下降约 25 ～90 m 。进入 90 年代， 市区内的承压水以日均超采 14 万 m 3 的数量继续超 采，导致水位进一步 下降，作 为古 城重要 标志 之一， 有 1 300 余年历史的大雁塔也沉降了 1 198 m m ，并 向西倾斜达 886 m m 。直到 1996 年石头河水库供水 工程建成供水，有计划地关闭市内部分深井后，才使
第 19 卷 增刊 2004 年 6 月
地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES
文章编号：1001-8166（2004）增-0112 -05
水事活动对地下水动态的影响分析
Vol.19 Suppl. Jun.，2004
张 鑫，蔡焕杰
（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100）
1979 年，民勤县各灌区地下水矿化度均小于 5 g /L， 1995 年，矿化 度大于 5 g/L 的地下水 分布面 积达 250 km 2，由于灌溉大量开采高矿化度地下水，更加 速了区域地下水水质的恶化（矿化度年增幅 0.1 ～ 0.45 g/L）。水位下降、水质恶化导致地表 植被衰 亡。据 1991 年统计，民勤县 70 年代以前营造的 173 km 2 沙枣林，已有 65 km 2 成片死亡，58 km 2 衰败，天 然灌木林由 724 km 2减少至 237 km 2，人造灌木林有 近 1 /3 死亡。又如塔里木河流域，1972 年英苏以下 246 km 长的塔里木河断流，阿拉干以南地下水水位 由 50 年代的 3 ～5 m 下降至 6 ～11m ，超过了植物赖 以生存的地 下水位线，此处森林已失去再 生能力，幼 树成片死亡 ，多年生 植 被退 化衰 亡，芦苇 草 甸干 枯。 地下水位下 降引起的地表植被衰亡使土 地沙化速度 加快。塔里木河下游流域，1958—1993 年期 间，流 动沙 丘 面 积 从 占 土 地 面 积 的 44. 34％ 上 升 到 64.47％，强度和极强度沙漠化土地增加了 3.12％ 和3 .56 ％；河西绿洲边缘 沙漠植被的大量枯萎，使 已 经固定的沙 丘重新活化，沙漠化土地、潜 在沙漠化土 地面积分别达 46.56 km 2 、20.36 km 2，每年沙漠化面 积 4 ～5 km 2 ，风沙线长 1 600 km 。民勤绿洲的部分 乡村已沦为沙漠，沙丘每年平均以 3 ～4 m 的速度向 民勤县城逼进，最多的地方可达 8 ～10 m ，当地人民 的生存和社 会的发展已受到严重威胁。 抽水条 件下地下水位下降动态可由 水井区地下 水运动 理 论表 述［3］。 虽 然 井 流 形 式 因 其 水 文 地 质 条件或井 流 方 程 定解 条 件 上 的 差 异 而 分 为 多 种 类 型，但它们 都从理论 上表 征着 一 类水 文地 质 条件 或 定解条件下 的地下水动态。对于集中开 采区或相对 集中的形式 分布在 影响 区的 井群 ，它 们共 同 对地 下 水动态产生 影响。 在超 采条 件下 ，势 必导 致 区域 性 漏斗，进而 引起生态环境负效应。
增刊 张鑫等：水事活动对地 下水动态的影响分 析
113
开采 量略有减少。 另外，在我国西北其他地区，由于 对全流域或整
个盆 地无计划的开 采地 下水，在 灌区 内 不考 虑采 补 平衡 ，集 中开采，甚 至水 井越 打 越深，从 而引 起地 下 水位的持续 下降。 表现 突出 的 黑河 流 域下 游地 区， 新疆 的南、北疆盆地河流下游，或集中 灌溉的山前盆 地等，均出 现区域 性水 位 下降。 如黑 河 流域 下游 地 区水位下降 1.2 ～5.0 m 。河西走廊的石羊河流域 是该 区水资源开发 利用 强度 最 大的 地区 ，多 年来 采 补失调严重 ，地下 水位 大 幅度 下降 。武 威盆 地南 部 的地下水位，1977 年比 1959 年普遍下降 10 ～20 m ， 泉水溢出带地下水位下降 1 ～5 m ；民勤盆地地下水 位普遍下降 1 ～2 m ，绿洲的地下水位均下降至地表 下 4 ～5 m 以下。1990 年与 1995 年同期的地下水 观测资料对比，武 威盆地 地下水位平 均下降 1.85 m ，民勤盆地地下水位平均下降 2.83 m ，金昌盆地地 下水位平均下降 1.26 m 。图 1 是 1998—2001 年民 勤盆 地典型井地下水下降变化趋势。
图 1 民勤盆地典型井地下水位变化 Fig.1 The groundw ater level of the typical w ellin M inqin
地下水 位的 持续 下降，将导 致许 多生 态环境 负 效应。表 1 说明了主要生态环境负效应的表现形式 和影 响结果。如地下水位的下降使水 质持续恶化。
114
地球科学进展 第 19 卷
为黄 土塬灌区和源间洼地水位埋深的 变化情况。
表 2 宝鸡峡灌区黄土塬与塬间洼地地下水位平均埋深上升统计表［4，5］
Table 2 Statistics for average groundw ater level rise up in loess plateau and m arsh land betw een
水事活动是指人类为进行正常的生产与生活而 开展的一切与水有关的活动。它涉及水文生态系统 中自然、社会、经济三大 子系 统的各 个方 面，是人 类 开发利用水资源，防治水灾害，改造自然，利用自然， 创造高度发达和高度文明的人类社会的重要而复杂 的一类人类活动［1］。
人类 水事活动 对水文生 态系统产 生重大 影响。 特别是修建大型水库、大 规模 长距离 跨流 域调水 等 水事活动，对区域 水文生 态系 统的影 响往 往是通 过 直接改变系统中水的存在与分布的空间及水的运动 与循环的路径———水 环境 系统 产生的，具有 强烈 的 突变性、并发性、利与害的双向性和较强的不可逆性 等特点。
又如陕西省冯家山水库灌区，自 1975 年开灌 后，灌区内的地下水位急剧上升，到 1981 年 4 月，全 灌区已出现明水面积 31 hm 2 ，一般水深 0.55 ～1.5 m ，最深达 3.5 m 。仅就岐山县境内而言，位于大营 乡的 110 号 井 1985 年 的 水 位 比 1976 年 上 升 了 7.09 m ；位于青化乡的 42 号井上升了 28.64 m ，年 均上升 3.18 m ；位于青化乡的 43 号井更是在 1978 年基础上升了 39.22 m ，年均上升 5.06 m 。图 2 所 示为位于该县益店乡的 117 号井 1976—1990 年的 年平 均地下水位过 程线，足 以直 观表 明 在灌 溉条 件 下地 下水位上升及其最终达到稳定的 过程。
污 水 、海 水 倒灌
Baidu Nhomakorabea
↓
↓
地 质环 境 破坏
水 质退 化
↓
↓
生态环境退化或生态 系 统毁 灭
地 下 水降 落 漏斗 ↓
地 下 水资 源 枯竭 ↓
1 .2 上升型 影响的地下水位动态特征 最普遍的上升型影响是新发展灌 区的地下水位
动态。如陕西省宝鸡峡塬上灌区，1973 年开灌后，
黄土塬区 1981 年的地下水位较 1972 年上升了 8.82 m ，年均上升 0.98 m ，塬间洼地上升更快，同期上升 了 10.18 ～30.94 m ，年均上升 1.13 ～3.41 m 。表 2
礼泉 8 .80 0 .98
塬间 洼 地
－－ 泾阳 扶风段家谷寨 扶风召公袁新 武功苏坊代家 县周城庄里 礼泉红卫南埝
2 .40
3 0.94
16 .10
1 0.78
11 .09
11 .10
0 .27
3 .44
1 .79
1 .2 0
1 .23
1 .23
注：总上 升 值指 19 72 —1981 年的 水 位 上升 总 高度
摘 要：人类水事活动对地下水动态产生着重要的影响，其影响产生后引起的水位变化可分为上升型 影响、下降型影响和平稳型影响。在分析不同影响类型所产生的地下水动态的现象和特征及其环境 负效应的基础上，利用地下水渗流和水均衡理论深入分析了水事活动对地下水动态的影响机理。 关 键 词：水事活动；地下水；动态变化；影响机理 中图分类号：T V213 文献标识码：A
图 2 岐山县 117 号井年平均水位动态过程 Fig.2 Dynam ic process in year average w ater
level in No.117 w ell in Qishan county
引起上述现象主要原因是大量的 灌溉渗漏水量 打破 了地下水自然 平衡 动态，在 地下 水 系统 达到 灌 溉影 响下新的平 衡之 前，水位 不断 上 升。只 有当 水 位上 升到某一高度，使得 在 该水 位条 件 下的 排泄 量 达到 与灌溉条件下 的补 给量 动 态平 衡时 ，地 下水 位 再次 稳定在某一平 衡水 位周 围，或在 采 取调 控措 施 如排 水措施，使地下 水位 在 不致 进一 步 上升 的情 况 下达到新的平衡态。图 2 中 1984 年以来地下水处 于相 对平稳的水位，就是 灌 溉条 件下 达 到的 一种 新 的平 衡态。 然而，地下水水 位的 时 空动 态深 刻 影响 着盐 分 在地 下水和包气带之间的交换。由于 上升的地下水 将盐 分从深层土壤 带至 土壤 表 层，因 此 地下 水水 位
1 水事活动影响下地下水的动态变 化特征
地下水动态 是 指地 下 水的 数 量 和质 量（水 位、 流量、水温、水 化 学成 分 等），在 各种 自 然因 素 和 人 为因素的影响下随时 间的变 化过 程［2］。 也就是 说， 地下水的动态，是 由一系 列随 时间变 化的 自然因 素 和人为因素影响的 结果。其 中，影响 地下 水动态 的 人为因素，包 括人 类 活 动的 各 个 方 面，可以 分 为 两 类，一类是水事活动，另一类是除水事活动外的其他 人类活动，它们共同 形成人 工型 地下水 动态。水 事 活动对地下水动态的影 响，从 影响产 生后 引起的 水