濰坊市濰北區(qū)地下水降落漏斗成因分析

徐月琴，孫景林，王沁宇

（1.濰坊市水文局，山東 濰坊 261061；2.山東正大地理信息工程有限公司，山東 濰坊 261000）

為綜合分析濰坊市濰北區(qū)（含昌邑市、壽光市、寒亭區(qū)）地下水位降落漏斗的變化趨勢，采用2001—2012年地下水漏斗中心點監(jiān)測資料。經(jīng)對地下水位資料進行整理、比較，最終采用18眼水位監(jiān)測井的實測資料進行分析計算。

1　漏斗區(qū)地下水位的影響因素

根據(jù)2001—2012年《濰坊市水資源公報》資料，對濰北區(qū)有關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析計算。

1.1　漏斗區(qū)地下水位與開采量的關(guān)系

以2012年勘查發(fā)現(xiàn)的壽西水源地抽水時對地下水位的影響為例，研究地下水開采量與地下水位的關(guān)系。通過繪制壽西水源地開采量—水位—降水量綜合過程線分析看出，壽西水源地抽水時，7口井的水位都有不同程度的下降。從整體上看，地下水位的波動與地下水開采量基本一致，地下水開采量是地下水漏斗形成的主要因素。同時，運用SPSS軟件，分析地下水位與開采量的關(guān)系，以驗證這一結(jié)論。選用研究區(qū)18眼監(jiān)測井地下水位平均值進行計算，運行結(jié)果為顯著性0.002，相關(guān)系數(shù)為-0.773。表明濰北區(qū)的平均地下水位與地下水開采量均存在負相關(guān)，即隨著開采量的增加，地下水位持續(xù)下降，地下水位的值越小。

由相關(guān)分析可知，皮爾遜相關(guān)系數(shù)γ=-0.773，零假設(shè)成立概率P=0.002，具有統(tǒng)計學意義。其中，0.5＜ γ =0.773＜0.8，顯著相關(guān)，且為負相關(guān)。因此，漏斗中心水位和地下水開采量存在負相關(guān)，即地下水開采量越大，地下水位的值越小。確定二者相關(guān)后，進行線性回歸分析和曲線擬合，確定濰北區(qū)漏斗水位與地下水開采量的函數(shù)關(guān)系。

由圖1知，線性、對數(shù)和二次曲線對應(yīng)顯著水平均小于0.05，可以認為方程顯著；R2值越大反映的兩變量的共變量比率越高，模型與數(shù)據(jù)的擬合程度越好。二次曲線函數(shù)R2最大，優(yōu)于其他函數(shù)，因此認為濰北區(qū)漏斗水位與地下水開采量符合二次曲線函數(shù)關(guān)系（見圖1）。

圖1　濰北區(qū)擬合曲線

1.2　漏斗區(qū)地下水位與社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系

根據(jù)資料統(tǒng)計，濰北區(qū)10余年來，GDP由268.24億元漲至1 287.53億元，增長了4.8倍。選取濰北區(qū)漏斗中心的多個監(jiān)測井取平均值，進行相關(guān)分析。經(jīng)分析得知，漏斗中心水位資料和GDP存在負相關(guān)，并隨著區(qū)域經(jīng)濟社會迅速發(fā)展，水資源的需求量不斷增大，導致地下水開采量增加，漏斗區(qū)地下水位下降。因此，社會經(jīng)濟的發(fā)展作為間接因素影響著地下水位的變化。

1.3　漏斗區(qū)地下水位與降水的關(guān)系

地下水位的波動主要受地下水開采量的影響，年際變化與降水量的波動不一致。在考慮降水量的影響時，采用2001—2006年的數(shù)據(jù)進行分析，便于較好地反映降水對地下水位的影響。計算漏斗中心平均地下水位與年降水量、豐枯情況見表1。

表1　降水與地下水位分析表

由表1可以看出，2002年、2006年為枯水年，地下水位明顯下降，偏豐水年地下水位小幅上升。因此，可認為降水的多寡對地下水位有影響，降水是影響漏斗演變的因素之一。

1.4　漏斗區(qū)地下水位與蒸發(fā)的關(guān)系

資料采用2001—2006年區(qū)域內(nèi)實測的數(shù)據(jù)進行分析，計算其干旱指數(shù)如表2。

表2　干旱指數(shù)與地下水位分析表

從表2看出，受降水、蒸發(fā)的影響，2002年、2006年r≥3，屬于半干旱，地下水位明顯下降；其余年r＜2，屬于半濕潤，地下水位有所上升。因此，蒸發(fā)對地下水位也有影響，在降水和蒸發(fā)的作用下漏斗區(qū)地下水位有小幅波動。

2　地下水位下降對生態(tài)環(huán)境的影響

2.1　地下水漏斗區(qū)水位不斷下降

根據(jù)地下水監(jiān)測資料，濰北區(qū)地下水大幅下降始于1983年，最大點發(fā)生在壽光留呂一帶，最大水位埋深由10.68 m下降到1999年的35.0 m，共下降24.32 m，年平均下降1.52 m，面積110 km2。該漏斗自1995年至2000年，最大水位埋深面積261 km2。因此，過度開采地下水，導致地下水位持續(xù)下降，造成海水入侵、地下水污染等一系列的生態(tài)問題，使得本來就很脆弱的生態(tài)環(huán)境進一步惡化。

2.2　地下水漏斗區(qū)形成并不斷擴大

由于地下水長期開采量的不斷增加，咸水入侵速度明顯加快，入侵面積不斷擴大，據(jù)統(tǒng)計：1980年濰北區(qū)漏斗面積265 km2，到1985年漏斗面積擴大到885 km2。隨著地下水位不斷下降，南側(cè)的壽光、五臺、昌邑城區(qū)漏斗區(qū)不斷擴展連片，1988年已擴展成為壽光、昌邑大漏斗，漏斗區(qū)面積擴大為1 675 km2，1995年漏斗區(qū)面積達1 833 km2。由于采取了地下水開采控制措施，漏斗區(qū)面積逐漸縮小，到2013年漏斗區(qū)面積為1 605 km2。

2.3　咸水入侵加劇

由于咸水分界線近淡水側(cè)地下水位不斷下降，破壞了咸淡水原有的平衡，導致研究區(qū)海咸水入侵呈加重趨勢。自1983年形成咸水入侵，到1990年咸水入侵面積272 km2；2002年咸水入侵面積401 km2，到2011年咸水入侵面積752 km2，2011年與2002年相比增長了351 km2，年入侵速率為35.1 km2/a。近年來，隨著地下水開采量的逐年減少，年咸水入侵速率有所緩慢減少。

2.4　地下水污染

由于地下水位持續(xù)下降，特別是地下水漏斗區(qū)的形成和不斷擴展，很容易加速地表污水的下滲速度，加劇地下水的污染程度，給當?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境、人們生產(chǎn)生活帶來極大的危害。根據(jù)2012年濰坊市地下水質(zhì)監(jiān)測資料結(jié)果，壽光達到Ⅲ類水標準，有害成分均未超標，水質(zhì)較好。寒亭和昌邑為Ⅳ類水，主要化學組成分多數(shù)有不同程度的增加，水質(zhì)變差。

3　結(jié)論

通過以上分析，結(jié)果表明：地下水開采量是影響地下水位降落漏斗的最主要因素，平均地下水位與地下水開采量均存在負相關(guān)。社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展作為間接因素，也影響著地下水位的變化，濰北區(qū)地下水位變化與GDP存在負相關(guān)。此外，降水和蒸發(fā)也對超采區(qū)地下水位有一定影響，年降水量越少，蒸發(fā)量越大，地下水位越低。