地下水位下降及其成因分析

如题所述

4. 7. 1 区域地下水位下降与储耗量

储耗量是指因地下水位下降而消耗的储存量,即储存量的消耗量。根据地下水动态监测网资料及其动态特征分析,黑河流域中游大部分地区地下水水位已遭受人类活动的强烈干扰,多年水位动态呈总体下降趋势。中游地区自 1985 年以来南部山前倾斜平原下降 7~14m,细土平原中部下降 3~5m,细土平原北部下降 0. 3~2m; 20 世纪 90 年代地下水位监测资料表明,上述地区地下水位仍以大于 0. 05m/a 的速率下降,东南部山前倾斜平原区的下降速率已大于 0. 4m/a ( 图 1. 23~图 1. 25) 。

中游盆地区域地下水位的持续性下降,已使含水层中地下水的储存量连年不断地消耗。据 90年代地下水位降幅分区图及 28 个地下水位监测点资料 ( 表 4. 30) ,黑河干流中游平原地下水位下降可分为四个区,即基本稳定区、缓慢下降区、中速下降区、急速下降区。依此计算的各区平均年降幅和储存量的年消耗量 ( 即储耗量) 见表 4. 31,1990~1999 年间黑河干流中游地区地下水总储耗量为 2. 07×108m3/ a,其中南部和东南部山前平原的储耗量占到了总储耗量的 93%,而中北部细土平原的储耗量仅占总储耗量的 7%。

4. 7. 2 区域地下水位下降的成因分析

引起区域地下水位持续性下降的根本原因,根据水均衡原理分析,应是直接影响水位动态的地下水补排关系及补排量的变化。

黑河干流中游地区的地下水位多年来呈总体下降趋势,但区域地下水位降幅最大的地区并不在井灌集中的绿洲平原区,而发生在其上游地下水开采量小、河渠水入渗补给量大的山前倾斜平原和细土平原南部地区。这说明引起区域地下水位下降的主要原因不是开采地下水,而是河渠水入渗量减小导致的地下水补给量不足、难以平衡地下水径流排泄的必然结果。

事实上,黑河干流近 20 年来开展了大规模的水利化建设,先后在干流和各支流出山口建成了一大批蓄、引水工程,并进行了干支斗渠的高标准防渗衬砌。蓄、引水工程几乎全部控制了河川出山径流量,从而使出山河水的分配格局发生了重大改变; 干支斗渠防渗衬砌标准的提高,使渠系利用率会发生较大变化。黑河干流中游地区地下水主要接受出山河水及渠道引灌水的垂向入渗补给,其入渗量占地下水总补给量的 85%以上,因而河渠水入渗条件的较大变化将会对地下水补给量产生重大的影响。

表 4. 30 黑河干流中游地区 20 世纪 90 年代地下水位降幅分区表

表 4. 31 黑河干流中游地区 20 世纪 90 年代年均地下水储耗量计算表

注: ①储耗量是指储存量的消耗量,%为分区储耗量占总储耗量的百分比。

黑河出山径流量多年来呈周期性波动,无明显上升或下降趋势 ( 图 4. 4) ,但 20 多年来黑河径流却处在水文长周期波动中的下降段,其河道来水量呈总体减少趋势,平均年减少河川径流量0. 13×108m3( 图 4. 31) 。按河水入渗率 10%计,则减少河水入渗量 0. 01×108m3/ a。

黑河干流区的较大支流主要分布在东南部的民乐县境内,民乐县各出山河流的多年平均总径流量 4. 04×108m3/ a,干渠引水量 3. 78×108m3/ a,按渠道增加引水 60%、河道入渗率 80%计,因渠道引水减少的河水入渗量为 1. 81×108m3/ a。

张掖地区渠系利用率 1990 年为 0. 61,1998 年增至 0. 67,平均年增加 0. 008 ( 图 4. 32) 。近 10年张临高灌区平均引水 18. 80×108m3/ a,包气带消耗率按 20% 计,则因增加防渗措施而减少的渠水入渗量为 0. 12×108m3

图 4. 31 20 多年来黑河干流出山年径流量变化曲线

图 4. 32 张掖地区干支斗渠利用率历年增长曲线

黑河干流近 10 年机井及其配套工程建设得到了较大的发展,开采井主要分布在细土平原的各灌区,农灌用水开采地下水量 1990 年 0. 64×108m3/ a,1999 年达到 2. 09×108m3/ a ( 表 4. 7) ,平均年增加开采量 0. 16×108m3/ a; 各灌区地下水开采对水位的影响较小,仅高台县骆驼城纯井灌区因开采量过大,已造成地下水位持续性急速下降,这种急速下降应是区域地下水位下降总背景下叠加开采降深的结果,但其开采影响范围不是很大。

由上述分析可知: 河流来水量自然变异而引起的入渗量减少为 0. 01×108m3/ a,水利工程建设导致的河渠水入渗量减少约 1. 93×108m3/ a,地下水增加开采 0. 16×108m3/ a,这些是造成地下水储存量消耗 2. 07×108m3/ a 的直接原因; 而水利工程建设引起的河渠水入渗减少量占储耗量的 93%,是引起区域地下水位持续性下降的主要原因。地下水补给量从 20 世纪 50 年代末到 90 年代末的变化也证明了这一点,各年代总补给量的减少量变化在( 1. 54~4. 07) ×108m3之间,总补给量减少率为 6. 58%~14. 57% ( 表 4. 32) 。

表 4. 32 黑河流域中游地区不同年代地下水补给量变化表

注: 20 世纪 50~80 年代数据源于甘肃省地矿局第二水文队勘查成果; 90 年代数据为本次计算成果。

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