宋銀燕 周沛勇 仝倩

(江蘇省水文水資源勘測局徐州分局,江蘇徐州 221006)

徐州市地下水位動態(tài)變化影響因素分析

宋銀燕 周沛勇 仝倩

(江蘇省水文水資源勘測局徐州分局,江蘇徐州 221006)

通過對徐州市降水量、地表徑流、氣象因素、地下水資源的變化分析,地下水位動態(tài)變化除降水量、氣象因素和蒸發(fā)量等自然因素外,人類治水工程和地下水的開采等是造成水資源減少的重要條件。

徐州市地下水位動態(tài)影響因素

1 概況

徐州市位于江蘇省西北部,地處沂、沭、泗運諸河下游,東西長約210km,南北寬約140km,土地總面積11258km2。為蘇、魯、豫、皖四省交界處,下轄二市三縣五區(qū),即邳州市、新沂市、豐縣、沛縣、睢寧縣、云龍區(qū)、鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、賈汪區(qū)和銅山區(qū)。

徐州市地貌根據(jù)成因和區(qū)域特征大致可分為豐、沛黃泛沖積平原,銅、邳、睢低山剝蝕平原,沂、沭河洪積沖積平原三個地貌區(qū)。本區(qū)地下水源、水文地質(zhì)條件、含水層類型可分為碳酸巖類裂隙巖溶水、松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂縫水三種類型。按水文地質(zhì)特征和埋藏條件徐州市地下水可分為深層地下水和淺層地下水。徐州市平原地區(qū)占全市總面積的90%,其地下水資源量主要補給來源于降水,大氣降水入滲補給量約占地下水可采資源量的70%,因此,地下水位動態(tài)變化,與自然因素和人為因素都有很大的關(guān)系。

2 突出的水資源問題

徐州市水資源是由地面徑流產(chǎn)生的水資源和地下水資源組成,而地下水資源在自然因素降水、蒸發(fā)、氣溫和人為因素地表水利工程、地下水開采及工業(yè)活動等因素的影響下,使地表水干枯、地下水位下降、水資源供給不足等問題越來越突出。

2.1 地下水是主要水源

隨著城市化建設(shè)的迅速發(fā)展,徐州市地下水開采能力增強地下水開采量在不斷增大,地下水已成為徐州地區(qū)供水的主要來源,徐州市工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉用水主要開采深層地下水,農(nóng)村生活用水主要以淺層地下水為主。

2.2 地下水位急劇下降

20世紀60年代初期,地下水埋深在1～10m之間;80年代地下水位普遍下降5～20m,2012年地下水埋深已達到40m以上。

2.3 地表產(chǎn)流減少

地表水和地下水之間有著密切的關(guān)系,降水越大產(chǎn)生地表徑流就大,相應(yīng)入滲地下水量就大,地下水位就越高。根據(jù)徐州市歷年來降水產(chǎn)生的徑流量統(tǒng)計結(jié)果顯示,徑流量和降水量變化規(guī)律,年際間存在豐枯變化,從20世紀50年代至1978年間,基本趨于豐水年,降水多地表產(chǎn)流也大;70年代末至今多為枯水年,個別年份為偏豐年,降水和地表徑流明顯減少,直接影響地下水位的高低。

圖1 徐州市年降水量差積曲線

3 影響地下水動態(tài)的因素

影響地下水動態(tài)的因素可以分為兩大類,即自然因素和人為因素。

3.1 自然因素

影響地下水發(fā)展的自然因素主要為氣象因素,氣象因素本身變化很迅速,并且在某種程度上具有周期性,它能夠引起地下水動態(tài)的迅速和多為波狀的變化。

3.1.1 降水

氣候是制約水循環(huán)的因素,分為直接和間接兩種,直接影響因素主要來自大氣環(huán)流變化引起的降水時空分布、降水強度和降水總量的變化;間接影響來自路面過水循環(huán)的氣候特征,徑流量/降水量的值為約為0.42,蒸發(fā)量/降水量比值約為1.06,根據(jù)比值來看,地面產(chǎn)流較小陸面蒸發(fā)量較大。

徐州市降水量受氣候等條件的影響,降水量的地域分布不均,其分布的總趨勢自西北向東南方向遞增,降水量的年內(nèi)分配存在著不均外,降水量年際間存在著連豐和連枯變化的特點。徐州市多年平均降水量825.2mm,最長的連豐期是5年,為1960～1964年,K豐值

(豐水期平均年降水量與多年平均降水量系列的比值)的變幅為1.12～1.44。最長的連枯期是4年,為1986～1989年,K枯值(枯水期平均年降水量與多年降水量系列的比值)的變幅為0.61～0.88之間。從徐州市降水量差積曲線來看K豐值和K枯值相差50﹪以上,由此可見降水量豐、枯年份存在很大差異,相應(yīng)的地下水位動態(tài)變化也存在著很大的差異。徐州市年降水量差積曲線見圖1。

3.1.2 氣溫

徐州市多年平均氣溫有上升的趨勢。徐州市多年平均氣溫為14.6℃,其中20世紀60年代平均氣溫為14.3℃,70年代平均氣溫為14.3℃,80年代平均氣溫為14.3℃,90年代平均氣溫為14.8℃。21世紀以來平均氣溫為15.3℃。以上數(shù)據(jù)顯示,20世紀90年代以前平均氣溫低于多年平均值,90年代以后氣溫高于多年平均值。1990-2012年平均氣溫約為15.1℃。氣溫越高蒸發(fā)量就越大,影響地下水位就越大。

3.1.3 蒸發(fā)量

由于全球氣候變暖,近年來平均氣溫的上升,導(dǎo)致蒸發(fā)量增大。全市多年平均蒸發(fā)量為873.9mm,大于平均降水量825.2mm,干旱指數(shù)約為1.06,氣候偏干燥,蒸發(fā)量越大,也是影響地面水資源和地下水位高低的重要因素。

3.2 人為因素

人為因素對水循環(huán)產(chǎn)生很大的影響,反映在兩個方面,一是由于人類生產(chǎn)和社會經(jīng)濟發(fā)展,使大氣化學(xué)成分發(fā)生變化,引起氣溫升高;二是人類活動,如水資源開發(fā)利用等,作用于下淀面其強度往往很大。

3.2.1 地表水利工程

大中型水利工程的興建,攔蓄了山區(qū)大量洪水,在減少平原災(zāi)害的同時,也大量削減了洪峰流量。特別是進入21世紀以來上游山東地帶多處修建橡膠壩工程,上游洪水一級一級攔截,大量削減了洪峰流量,進入我市的洪水明顯減少,相應(yīng)全市徑流量較以往偏少很多。

3.2.2 地下水開采

淺層地下水系統(tǒng)與地表水系統(tǒng)和大氣降水系統(tǒng)連通性好,人類活動和氣候變化在淺層地下水系統(tǒng)反應(yīng)敏感,據(jù)統(tǒng)計1990年地下水開采總量約為5.715億m3,2001年地下水總開采量增加到7.03億m3,到2011年地下水總開采量約為7.84億m3。

4 影響后果和趨勢

自然氣候因素與人類活動因素之間相互作用,其反應(yīng)結(jié)果是水資源減少,從而影響地下水位降低。

4.1 地表水

4.1.1 地表徑流

由于受上游水利工程的攔蓄,山區(qū)徑流很少排入河道,除主汛期產(chǎn)生大洪水河徑流進入河道外,多數(shù)河流已成為季節(jié)性河流,有的甚至常年干枯;受人類活動影響徑流量比降水量年際變化大,通過1956～2010年資料計算分析,可看出徑流量的年際變化要明顯大于降水量的年際變化。本市降水量系列Cv值在0.21～0.26之間,而年徑流量系列Cv值則在0.69～0.91之間,年徑流量的Cv值是年降水量Cv的3倍多。全市歷年最大徑流量與最小徑流量的比值也高達幾十倍。

4.1.2 地下水降落漏斗

隨著徐州市工農(nóng)業(yè)發(fā)展的加快,地下水開采量在不斷增大。大規(guī)模開采地下水的直接后果是造成地下水位逐年下降,并形成地下水降落漏斗。如:豐、沛縣城區(qū)的承壓水以及市區(qū)附近的幾個裂隙巖溶水強烈開采區(qū)形成的地下水降落漏斗;徐州市區(qū)七里溝和丁樓兩水源地極為明顯,由于超采巖溶水水位持續(xù)下降,形成降落漏斗,致使部分取水工程出水量減少,并形成漏斗的地下水埋深也在不斷加深。

4.2 影響趨勢

地下水資源的變化有自然因素也有人為因素,一般來說,自然因素影響較為緩慢,人為因素影響較為迅速,然而,通過分析徐州市氣溫和降水量等自然因素,發(fā)現(xiàn)降水量近年來處于枯水年,降水總量一直在下降,而氣溫總體成上升趨勢,這除了會產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)外,降水量和氣溫是導(dǎo)致水資源量減少的主要因素。

5 結(jié)語

綜上所述,21世紀水資源問題將是人類面臨的最突出也是最迫切需要解決的問題,未來水資源將成為制約徐州市經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。大尺度下的局部氣候變化是徐州市水資源變化的一個誘因,然而,在一定時空尺度上人為因素:地表水利工程、地下水開采及工業(yè)活動是影響水資源和地下水變化的一個非常重要的因素。其綜合反應(yīng)的結(jié)果是水資源量減少。

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宋銀燕(1978-),女,江蘇徐州,工程師,從事水文水資源的監(jiān)測與分析研究。