王偉，鄧科，任中杰，蔡文生

（江蘇省水文水資源勘測局徐州分局，江蘇 徐州 221018）

摘  要：為探求承壓地下水動態規律，科學開發徐州市地下水資源。文章通過調查徐州市地下水開發利用現狀、降水量、開采量和承壓地下水水位埋深等資料，運用數理統計和曲線擬合等方法，分析地下水埋深特征以及降水量和開采量與對地下水埋深變化的影響程度及相關關系。結果表明，徐州市承壓地下水埋深整體呈上升態勢，年均上升0.6m，承壓地下水埋深變化與降水量和開采量均有關系，與降水量呈負相關，與開采量呈正相關，地下水開采是造成地下水埋深變化的主要因素，影響程度大于降水量。

關鍵詞：承壓地下水；埋深；地下水開采量；降水量；動態分析

中圖分類號：TV***            文獻標識碼：A

1 引言

地下水資源是有限的戰略資源，在經濟社會發展和城市供水安全等方面起著不可替代的作用^[1]。受自然條件限制，徐州市可用水資源量不足，早在80年代初期就被列為全國四十個重點缺水的城市之一。隨著社會經濟的發展，以及人民日益增長的物質文化需求不斷提高，城市需水量必將不斷增加。為保障徐州市國民經濟可持續發展，防止因地下水不合理開采而造成水資源枯竭、區域性水位下降、地面沉降與巖溶塌陷等環境地質問題^[2-5]。針對日益增長的用水需求，開展相應的地下水水位變化的研究有著迫切的現實需要。

地下水水位是地下水資源量變化最直接的表現，學者們對地下水動態變化及影響因素作了許多研究工作，分析了地下水動態與降水量及開采量的關系及影響地下水水位的主要因素^[6-9]。文章結合研究區實際情況，以承壓地下水埋深作為研究對象，分析了徐州市近10年承壓地下水埋深動態變化，探求地下水動態規律，期望找到影響該區域地下水埋深變化的主要影響因素及其之間的線性關系，更好地反映當前地下水狀況，為城鄉供水規劃和地下水資源利用與保護提供科學依據。

2 地下水開發利用現狀

徐州市境內地下水開采以孔隙水、巖溶水為主，開發利用起步較早，主要用于城鎮工業、城鄉生活和農業灌溉。孔隙承壓水主要分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 層承壓水，其中，第Ⅱ、Ⅲ 承壓含水層是徐州市的主要開采層。巖溶水主要分布在市區及銅山區，主要用于城鎮生活。

以2021 年為例，按取水用途統計，徐州市取水用途主要以農業灌溉為主，占比約43 %，其次是農村生活和工業用水，分別占比約29 %和23 %。按含水層賦存條件統計，徐州市地下水按含水介質劃分可分三個含水巖組，即孔隙含水巖組、裂隙巖溶含水巖組和裂隙含水巖組。孔隙承壓水主要開采層位為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承壓，不同含水層開采量比例分別為：孔隙含水巖組占比約62.3 %，裂隙巖溶含水巖組占比約34.7 %，裂隙含水巖組占比約3.0 %。

2 地下水動態分析

2.1 地下水埋深特征

徐州市位于黃淮海平原的南部，總體地勢呈現西北高東南低，這種東西地勢差異是造成地下水分布呈現西深東淺特點的主要原因之一。西北部地區是整個徐州市最高的區域，因此地下水埋深普遍比其他區域要深，東南部地區地勢較低，地下水流向該區域，使得東南部地區地下水埋深較淺。基于現有的承壓水觀測井的地下水埋深數據，可知西北部豐沛地區承壓地下水埋深大多在30~50 米，東南部地區承壓地下水埋深大多在2~10 米，承壓地下水埋深等值線圖見圖1。

圖1  承壓地下水埋深等值線圖

承壓地下水埋深變化主要受開采和補給的影響，開采量大于補給量時，地下水埋深下降，反之地下水埋深逐步回升，同時開采地下水井與周邊區域的承壓地下水也有一定程度的相互補給。經過近年來地下水的持續壓采，徐州市承壓地下水埋深明顯回升，尤其是2018 年底隨著豐縣付莊生活地表水廠的投入運行，豐縣地下水超采區全面實施壓采，豐縣地下水埋深快速回升。經分析，徐州市2014 年前承壓地下水埋深逐年下降，2014 年平均埋深達到最低；2015 年實施地下水壓采計劃，承壓地下水平均埋深由2014年最低17.09 m上升至2021 年的12.56 m，上升了4.53 m，年均上升0.6 m，年際變化如圖2。

圖2  2012-2021 年承壓地下水年平均埋深

2.2 降水量和開采量與地下水埋深的相關性分析

為了查明降水量和開采量與承壓地下水埋深的相關關系，對2012-2021 年的降水量數據、開采量數據與地下水埋深數據兩兩分組，利用SPSS軟件對數據進行了簡單的相關關系分析，分析結果見表1。

表1  降水量和開采量與地下水埋深相關系數

注：在0.01水平，**的相關性是顯著的

    相關系數是用以反映變量之間相關關系密切程度的統計指標。正負號表明相關的方向，數值大小表明相關程度^[10]。結果表明，地下水埋深和開采量呈正相關關系（即開采量增大時，地下水埋深越大，水位降低），相關系數為0.844；地下水埋深和降水量呈負相關關系（近降水量增大時，地下水埋深越小，水位上升），相關系數為-0.684。相關系數0.8<|r|<1，屬于高度相關，說明地下水開采是造成地下水埋深變化的主要因素，開采量對地下水埋深的影響要大于降水量的影響。

2.3 降水量對地下水埋深的影響

由相關系數及降水量與承壓地下水埋深關系圖（圖3）可以看出，降水量對承壓地下水埋深的影響并不明顯。根據張晨晨、衛磊等人的研究表明淺層地下水埋深與降水量時間序列呈負相關關系^[11-12]。降水作為淺層地下水的主要補給來源，降水量的多少直接決定了補給量的多少。研究區取水用途以農業灌溉為主，在農業灌溉用水量一定的情況下，降水量越多，對地下水補給量越多，因農業灌溉開采的地下水越少；同理，降水量越少，因農業灌溉開采的地下水越多。因此，降水量對承壓地下水水位直接影響不明顯，它能通過影響農業灌溉開采地下水量從而影響承壓地下水埋深變化。

  降水量與承壓地下水埋深關系圖

2.4 開采量對地下水埋深的影響

根據相關系數分析，開采量與承壓地下水埋深具有高度的相關性，為進一步明確開采量對承壓地下水埋深的影響，對兩者關系進行回歸分析。回歸分析得到回歸系數見表2，殘差統計數據見表3，回歸方程為H=12.465+0.637Q（H代表埋深，Q代表開采量），復相關系數R為0.844，調整后的R平方為0.677，其越接近1，說明擬合度較好。顯著性系數為0.002，其數值小于0.005，說明開采量對承壓地下水埋深具有顯著性影響。

2012-2021 年徐州市承壓地下水開采量與承壓地下水埋深的關系，可以看成線性關系。承壓地下水埋深會隨著開采量的變化上下波動。在2014年后，由于實施地下水封井壓采，以及嚴格遵守地下水取水總量控制，徐州市封存了大量地下水取水井，以駱馬湖、微山湖地表水源作為工農業用水的替代水源，承壓地下水取水量得到嚴格控制，地下水埋深隨著開采量減少，穩步回升，印證了開采量對承壓地下水埋深具有顯著性影響。

表2  回歸系數

表3  殘差統計數據

3 結論與不足

（1）隨著地下水壓采、最嚴格水資源管理條例的實施，以及新建地表水廠投入運營，豐沛地區及水源地超采區水位回升明顯，徐州市承壓地下水埋深整體呈上升態勢，年均上升0.6m。

（2）承壓地下水埋深變化與降水量和開采量均有關系，與降水量呈負相關，與開采量呈正相關。

（3）降水量對承壓地下水埋深影響并不明顯，它能通過影響農業灌溉用水，間接減少因農業生產而開采承壓地下水的量，影響承壓地下水埋深變化。

（4）通過對近10年的降水量、開采量與地下水埋深之間的簡單相關關系分析，量化了開采量與承壓地下水埋深之間的相關關系，確定系數為0.919，模型擬合程度較好，得出地下水開采是造成地下水埋深變化的主要因素，影響程度大于降水量。

（5）文章的不足之處，首先在于確定承壓地下水埋深與開采量相關關系時，使用的數據時間序列較短，說服力不夠，對擬合曲線的準確性和實用性會打折扣；其次，徐州市水系河網密布，文章沒有計算河道徑流量對地下水埋深的影響。影響承壓地下水埋深的因素不止文章中論述的兩種，因此，在今后工作中還需不斷跟蹤河道徑流量等因素對地下水埋深的影響，不斷積累相關監測數據，不斷優化回歸方程，更加準確地反映徐州市地下水埋深的動態變化。

參考文獻

[1]王宏，鄧安利.山西省地下水超采區的復核與評價[J].水資源保護，2012，28(5):80-82.

[2]黃敬軍，張麗，繆世賢.江蘇省地下水開發利用中的環境地質問題及對策[J].中國地質災害與防治學報，2014，25(4):101-107.

[3]黃敬軍，武鑫，繆世賢，等. 江蘇徐州新生街巖溶塌陷形成條件及與巖溶水水位變化的關系探討[J].中國地質災害與防治學報，2017，25(4):101-107.

[4]熊彩霞，劉沂軒.徐州市區地面塌陷與巖溶水開采關系研究[J].中國地質災害與防治學報，2009，20(1):80-82.

[5] 魏永耀，孫樹林，等.徐州巖溶塌陷時空分布規律及成因分析[J].中國巖溶，2015，34(1):52-57.

[6] 錢劍平，趙建平，等.策勒綠洲生態與灌溉用水對地下水埋深的影響[J].水土保持通報，2018，38(1):96-102.

[7]袁磊，韓雙寶，等.黃河流域灌溉發展演變及對地下水資源的影響[J].人民黃河，2022，44(4):80-84.

[8]王向飛.河北省渤海新區深層地下水動態分析[J].地下水，2016，38(4):84-85.

[9]崔英杰，魏永富，等.基于標準地下水指數的地下水動態及其對降水變化的響應[J].科學技術與工程，2020，20(16):6336-6342.

[10]袁野，張翼龍，等.呼和浩特市平原區地下水水位動態與降水量及開采量的互饋效應[J].中國農村水利水電，2013， (7):40-43.

[11]張晨晨，黃翀，等.黃河三角洲淺層地下水埋深動態與降水的時空響應關系[J].水文地質工程地質，2020，47(5):21-30.

[12]衛磊，楊桂蓮，等.華北平原超采區淺層地下水埋深變化及控制因素分析[J].水資源與水工程學報，2019，30(6):39-44.

作者簡介：王偉， 1990年7月出生，山東省日照市，碩士研究生，工程師，江蘇省水文水資源勘測局徐州分局，主要從事水文科技、水文監測等工作。