第4章 地下水动力场演化与环境效应

4.1 地下水动力场演化

4.1.1  潜水动力场时空演化

        根据笔者对关中盆地557个动态观测孔近20年来约10万个水位动态数据的分析得知，关中盆地区域地下水动力场的时空演化在不同地貌和水文地质条件的地段有较大的差异性。这种差异性既受地质地貌、气象与水文变异的影响，也受到人类活动的干扰与叠加，形成了自然与人类双重作用下区域水循环模式。在空间上，潜水动力场演化的差异性大体上可划分为三个地段，即环绕盆地周边山前洪积扇区、河流沿岸区和农田灌溉区。

4.1.1.1 环绕盆地周边山前洪积扇区

        该区地下水位埋深较大，地下水位受降水和出山口河流水文动态影响为主，人类活动影响为辅。脉冲式降水与水文输入信号，通过山前较厚的包气带平滑、调节及延迟作用，交换为历时较长的响应过程。基于这种机制，本区地下水位年变化特征为：

        (1)年内一般出现两个峰值，第一个峰值出现在3~4月份，第二个峰值出现在7~9月份。

        (2)由于地下水位埋深较大，包气带平滑、延迟功能明显，地下水位动态相对于河流与大气降水补给的脉冲式输入一般有6~15天的迟后。

        (3)山前河水与地下水关系密切。据实测，河水渗漏系数为20%~40%，个别高达80%~100%。受暴涨暴落的地表径流影响，地下水位变幅较大，年内水位变幅可达4~10m，表明地下水动力场与地下水量自然更新和调蓄功能受地表径流影响极为敏感。

        (4)经多年动态分析，地下水位年际变化与气象周期相一致，具有多年的丰、平、枯变化周期，地下水动力场主要受气象水文因素影响，局部地带叠加人工影响。

4.1.1.2 河流沿岸地段

        沿河地段地下水动力场的演化主要受控于水文因素和水文与傍河开采的影响。前者主要分布于沿河两岸1~3 km的范围内且无傍河开采地段；后者主要分布于傍河水源地影响带内。

        1)沿河两岸且无傍河开采地段地下水动力场演化 沿河两岸且无傍河开采地段，地下水动力场的演化主要受控于河流流量和河水位影响。以渭南渭河漫滩B3so和Wis-z孔潜水1985~1997年水位动态为例，分析潜水位与河水之间的关系(如图4-1-1所示)。由图4-1-1可以看出，潜水位动态受河水位升降的影响，潜水位动态与河水位动态基本同步。洪水期河水位上升时，潜水位表现为高水位期；当河水处于枯水期时，潜水位表现为低水位期。

        从图4-1-1曲线图可清楚看出：Bsso、W1s-z孔潜水1985~1993年间，潜水位动态与渭河水位动态完全一致。潜水位的升降幅度小于河水位的升降幅度，且随距河水距离的增加而减少。洪水期渭河水位高涨，渭河水补给潜水，潜水位有适当的回升。1986年以来，降水量减少，河水流量变小，渭河水位偏低，故该地区潜水位一直呈下降趋势。1985~1990年，处于波状略有下降状态；1990~1993年，下降速度加快；1993~1997年，下降幅度较大。13年来，潜水位下降了2.52~5.61 m。图4-1-1中Wis-z孔，潜水位虽然随渭河水位的涨落而有升有降，但其总趋势呈波状分段性下降，1986~1997年潜水位下降5.09 m。类似情况在渭河及其支流均有发生。由此可见，河水流量增加或消减以及河水位升降，影响着沿河两岸地下水动力场演化以及地下水与河水之间补排关系，当河水流量消减到一定程度后，将可能导致河水位与地下水位出现“脱节”现象。通过对近十几年渭河流量动态分析表明，渭河流量呈减少趋势，叠加人工影响及两岸地下水位下降，动力场出现变异。

        2)河流沿岸傍河水源地影响带的地下水动力场演化 傍河取水是实施地表水和地下水联合开发的重要方式。在河流岸边兴建大中型傍河水源地，可达到激发河流补给、自然过滤泥沙、保持稳定供水的目的。特别在渭河中下游沿岸地区及其多泥沙支流沿岸，兴建地下水水源地，可免建难度较大的河流泥沙处理工程，是多泥沙河流水资源利用的有效方式。渭河与黄河在关中盆地流程分别为502 km和140 km。目前从宝鸡一潼关、龙门—潼关傍渭河、黄河地带建成水源地共计33处，日开采量169.01×10m'，傍河水源地的建成，有力地支持了陇海铁路沿线经济建设。但同时，由于傍河开采的水文效应，引起地下水动力场变化，对水循环已产生相应的影响。 受傍河水源地开采影响，地下水与河水补排关系发生局部变化，主要由开采前地下水补给河水型转变为河水补给地下水型；地下水动态也由开采前水文型转变为水文一开采型。以傍渭河龙背水源地为例，区内潜水位多年动态主要受降水、河水位及开采影响，1992-1993年前以降水量和水文影响为主，以后随着水源地建成开采量影响增加，到1997年基本转化为开采型。受人工开采量增加和渭河流量减少影响，潜水水位呈持续下降趋势，而降水量和河水位的季节性和年周期性变化，又引起潜水位升降呈季节性和年周期性变化，从而使该区潜水位动态呈波状下降趋势(如图4-1-2所示)。

又如灞河水源地是西安供水量最大、投产最早的傍河水源地，其地下水位动态主要受降水、河水侧渗及人工开采等因素的控制(如图4-1-3所示)。1986~1995年，在开采量逐年减少的情况下，地下水位仍持续下降，开采漏斗不断向横向、纵深方向发展，如图4-1-4~6所示。其主要原因有三：第一，1986~1999年持续干旱少雨，如1986~1990年平均降水量为550.9 mm/a，而1991~1995年的降水量平均为487.3 mm/a，1995年降水量只有312.2 mm，降水入渗补给量逐年减少；第二，河流侧渗补给减少，1986~1995年灞河径流量由于降水及上游截流引水等因素逐年减少，由1985年的5.391×10m2'/a到1995年减少为1.251×10m'/a。而且，断流时间逐年延长，加上人工挖沙，造成河床降低及河床的侧渗补给量逐年减少；第三，水源地范围内农业开采及附近国有大中型企业自备井开采是地下水位持续下降的不可忽略的另一因素。据调查，席王、灞桥、洪庆三乡及部分国有企业在水源地附近有农灌机井及自备井140口，开采深度为80~150 m，1995年开采量为1943.9×10m'(5.32×10m3/d)，减少了水源地地下水径流补给。 类似情况在灞河、沣皂河、渭滨等其他水源地都存在(如图4-1-7~9所示)。实际上，自1981~2000年渭河径流量一直呈波状下降趋势(如图4-1-10所示)。例如，1981~1990年华县的年均径流量为81.53×10m'/a，而1991~2000年华县的年均径流量只有40.5×10m/a。河流径流量减少，导致河流水深和河流渗漏面积变浅和变小，从而使河流渗量减少。由此可见，受人工开采、持续干旱、河水径流量急剧减小等自然和人为因素的影响，沿渭河及支流的傍河水源地地下水动力场发生变化，降落漏斗不断地朝着加深、纵向延伸的方向演化。

4.1.1.3 灌区地下水动力场演化

关中盆地农业发达，区内自20世纪30年代就兴建了泾惠、洛惠、渭惠3大灌区。70年代前后又修建了宝鸡峡灌区、冯家山灌区、羊毛湾灌区、交口抽渭灌区、东雷抽黄灌区等大型灌区以及小型水库与纯井灌区。这些水利工程的全面实施对农业生产产生了巨大效益。但由于缺乏水资源合理分配和科学管理，引起地下水动力场和地下水资源量发生重大变化，在一些地段诱发了地质灾害。灌区地下水位时空演化规律主要受灌溉与气象因素影响，其地下水动力场变化的基本规律和特点如下：

20世纪60-70年代，泾惠、洛惠、渭惠灌区受长期灌溉影响，潜水位普遍上升了5-10m，一些地方甚至大于10m。而在渭北西部岐山一扶风嫄及部分洪积扇区、宝鸡河谷阶地、长安山前、富平石川河阶地及两侧嫄区、临渭华嫄区、蒲城嫄区等，则由于过量开采地下水和受气象因素影响，地下水位持续下降。其余地段基本上为稳定区。

20世纪70～80年代末，随着冯家山、羊毛湾、宝鸡峡引渭等灌溉工程的相继投产运行，区内大量引地表水灌溉。由于缺乏先进的灌溉技术，加之对黄土地区地下水和地表水相互转化机理认识不够，采取兴渠废井，大水漫滩的粗放式灌溉方式，引起地下水采补失调，导致80年代初期地下水位大幅度上升。同时，此时间段内丰水年降雨与灌溉交错叠加，相互结合，加速了地下水位上升的趋势。1979~1988年10年间就有4个丰水年，出现了1983、1984年连续丰水年，地下水位上升出现第一次高峰。1981年降水量达到857.5mm，仍出现冬、春、夏三次地面水灌季，1988年降水量近800mm，汛期雨水充沛，并与冬灌相连，促成了地下水与明水再次回升。以冯家山灌区为例，1979~1986年7年间，灌区平均水位上升4.85m，年平均上升0.69m，上升区大于0.5m的面积达940km2，占总面积92%；上升值大于3m的面积约40km2，占上升区42%。其中，岐山-扶风一些地区水位上升达13m，个别井水位上升达到28.82m。

20世纪80年代后至90年代初期，人们从大水漫灌的粗放式灌溉中吸取教训，在加强输水设施完善配套工程的同时，改进田间灌水技术，推行大畦改小畦、长沟改短沟、漫灌改块灌的灌溉技术，并在灌区采取打井以及修建排水渠等措施，从而使地下水水位与80年代初期相比有所下降。

20世纪90年代，区内进入连续枯水期，如1995年与1997年关中降水量分别只有413.3mm和375.4mm，灌溉引水量减少。同时，随着喷灌等先进节水灌溉技术的进步推广以及地表水水价的提高，灌区农民又出现打井高潮，实行地表水地下水联合开发，井渠结合模式起了主导作用，有效地控制了地下水位的上升，使90年代后期地下水位出现大幅度下降（如图4-1-11所示）。

4.1.2 承压水动力场时空演化

        区内承压水开采主要在宝鸡市、咸阳市、西安市和渭南市等城市供水水源地和部分工矿企业自备井。由于长期超量开采，导致承压水位持续下降，形成降落漏斗。各主要开采区地下水动力场演化的基本规律和特点如下：

        宝鸡市城市供水水源地主要开采第三系灞河组上部的浅层承压水。由于长期超量开采，引起浅层承压水动力场的变异，其演化经历了7个阶段（如表4-1-1所示）。从水动力场演化过程来看，水动力场变化主要受人工开采和气象的综合影响。在人为影响小于气象因素时，水动力场随气象变化而变化；在人为影响大于气象因素时，水动力场随人为影响而变化。

        咸阳市城市大规模开采中下更新统冲湖积承压水始于20世纪80年代以后。随着城市段工矿企业水源地相继建成，开采量逐年增加，区域水位持续下降。至1985年，承压水开采量已达到20.33×106m3/d，从而形成以市建城区为中心的跨渭河漏斗，基本上波及整个咸阳市区以西地区。而在市建城区东南与西安市西北郊水源地相连，区域漏斗已初具规模，但各漏斗基本上独立发展，面积1.2~20.0km2，漏斗降深2.12~12.31m。随后，随着开采量的逐年增加，对应开采区降落漏斗不断向横向扩展、纵向加深的趋势发展（如图4-1-12所示）。到1990年，全区承压水开采量增加到23.99×106m3/d，漏斗进一步发展，各漏斗面积为2.0~36.0km2，漏斗深2.99~19.9m。至1995年，开采量达到27.98×106m3/d，加之区域降水量减少，漏斗中的水头及边缘水头普遍下降，漏斗分水岭变窄，逐渐向连成一片趋势发展。区域漏斗的形成改变了承压水天然状态下在渭河北岸从西北向东南流动以及南岸从西南向东北流动的格局，引起地下水补排关系的变化。

        西安地区承压水开采主要是城郊自备井开采区和长安县地区，同时一些集中供水水源地也开采部分承压水。通过长期监测，区内承压水动力场变化主要受人工开采和大气降水影响。其水动力场时空演化特征为：受人工开采影响，承压水自秦岭山前向西北方向径流，至城郊自备井开采区和集中供水水源地流向发生变化，由四周向漏斗中心汇流。长安县地区有204眼井，以分散间歇式开采70~200m深度浅层承压水，开采量一直维持在2,550×106m3/a左右。通过对1986、1990年及1995年流场分析，水动力场变化只是同一标高的水头等压线在逐渐向上游迁移。

        西安城郊自备井开采区从20世纪50年代2口自备井增加到90年代500余口，开采量从77.2×106m3/a剧增到11,223.75×106m3/a，面开采资源只有6,960.36×106m3/a。由于长期超量开采，承压水下降速率从50年代的0.5~0.8m/a发展到90年代的5m/a左右，最大速率达到10m/a，流场不断向外扩张和垂向加深。如1986年承压水头标高360m等压线形成的封闭漏斗面积达133km2，中心区水头埋深105.86~108.17m。

        1986~1990年平均降水量为550.9mm，较1986~1995年10年平均降水量519.1mm/a多31.8mm/a，而在此期间承压水开采量逐年增加，由1986年的9,979.1×106m3增加到1990年的11,223.75×106m3，每年增加开采量在248.93×106m3，使1990年降落漏斗面积（360m水头标高）扩大为154km2，中心区水头下降12.75~14.85m，边缘地带水头下降0.51~6.07m（如图4-1-13所示）。

        1990年西安市实现引黑河水源1047.2×106m3，之后逐年增加，到1995年引水量为6,712.1×106m3。同期城郊区也逐步停开部分深井，限制其开采量，由1991年的10,212.7×106m3逐年减少到1995年的7,811×106m3，每年减少开采量平均为480.34×106m3，而同期降水量平均为487.3mm，较1990~1995年5年平均降水量减少63.6mm，尤其是1995年降水量只有312.2mm，使得全区承压水水头普遍下降，降落漏斗（360m水头标高）范围扩展到234.75km2，为1986年的1.7倍，中心区水头下降17.09~19.34m，边缘地带水头下降6.07~12.2m，均较前期下降幅度大。西安市集中开采承压水的水源地地下水位也处于持续下降阶段，但降落漏斗以横向扩展、纵向加深的趋势独立发展。

        渭南市承压水按埋藏条件可分为浅层承压水、中层承压水和深层承压水。浅层承压水主要分布于渭河漫滩区，隔水顶板较薄，具弱透水性且潜水位高于浅层承压水头，承压水接受潜水的越流补给。降雨及河水间接影响承压水头变化，但其幅度远小于潜水。其动态特征与潜水相似，近河地区以河水影响为主，远离渭河以降雨影响为主。

        中层承压水主要分布于漫滩及一级阶地区，其水动力场主要受开采和降雨的影响。近几十年来，由于受开采与降雨的双重影响，区域中层承压水位自从1985年以来总体呈波状持续下降态势。其中1985~1990年以波状缓慢下降为特征，年下降速率约0.47m/a；1990年以后，开采型动态特征明显，几乎在每年夏季用水高峰期均出现水头低谷期。秋冬季节水头虽有回升，但远达不到年初水头高度，整体水头下降速度达0.83~0.94m/a。目前已形成以市区为中心的降落漏斗，面积达33km2，从而改变了中层承压水的天然流场，流向自西向东南东东逐渐转向南东及向南流动（如图4-1-14~图4-1-16所示）。

4.2地下水动力场演化的环境效应

        地下水动力场演化的环境效应主要表现在由于地下水位的上升和下降导致一系列环境问题的产生与加剧。

4.2.1 引起地面沉降,加剧地裂缝的活动

        开采地下水所引起的区域下降漏斗，引起地面沉降产生，加剧地裂缝的活动。地下水过量开采，导致地下水位持续下降，形成区域降落漏斗。据陕西省地质环境监测总站资料，开采地下水已在西安、咸阳、渭南、宝鸡等城市供水水源地形成区域下降漏斗（如表4-2-1所示）。虽然2003年降水量普遍较上年有所增加，西安、宝鸡等城市控制地下水开采，采取了封井等限制地下水开采量措施后，地下水位多年持续下降趋势得到了缓解，但目前许多漏斗仍然向纵深方向发展，其中潜水水位年平均下降0.06~2.26m，承压水水头年平均下降0.15~5.62m。

        地下水位持续下降，尤其承压水水位下降诱发了地面沉降产生，加剧了地裂缝活动。西安市地面沉降始于20世纪50年代末，1981年平均沉降量24.77mm，1983年累积沉降量777mm，面积发展到181 km2，1995年累计最大沉降量已达2308mm（西影路），沉降范围波及200 km2。截止2000年，西安市由于地下水位下降诱发的地面沉降累计超过200mm的面积为150 km2，其中超过1000mm的面积为42.5 km2。另外，虽然西安地裂缝的展布及活动特征应属构造运动所致，但近年加剧活动是由于承压水超量开采、水头下降引起地裂缝两侧地面不均匀沉降作用产生的垂直分量叠加而成的。据计算，后者占地裂缝活动量的70%~90%，由此可见，过量开采承压水导致水头下降，产生地面沉降是加剧地裂缝活动的主要因素。咸阳市、渭南市等也不同程度地出现地面沉降与地裂缝问题，咸阳市1987年就出现有地面沉降，现在已达到5~25mm。西安市、咸阳市区由于地裂缝活动造成道路变形、错断供水、供气管道，毁坏地面建筑物及跨地裂缝带建筑物设施采用的防护处理等，每年耗资高达数百万元。近几年由于在跨地裂缝带的管道口处采用了柔性结构，管网破坏逐渐减少，2001年地裂缝错断供水管道2处，造成直接经济损失5万元。

4.2.2诱发滑坡崩塌

        灌区引地表水灌溉，采补失调，地下水位上升，引起地面渍水，诱发滑坡、崩塌等地质灾害。关中盆地渭北灌区，由于包气带和含水层多为垂向节理发育的黄土层，曾于20世纪70年代初至90年代中期，在泾惠、冯家山、宝鸡峡等灌区大量引地表水灌溉。采补失调，地下水动力场变异，引起地下水位上升，地下水位接近地表，在垄面洼地、土壕等地形低洼处多处形成地面渍水，积水深度2~5m，导致部分村庄宅基土体含水量达到饱和、强度降低，房屋倒塌，公路多处因明水浸泡使路基路面变形。与此同时，黄土台嫄地下水位上升，坡边斜坡地带地下水水力坡度加大，导致斜坡稳定性降低，诱发了多处滑坡、崩塌等地质灾害的发生。图4-2-1显示了冯家山灌区自20世纪80年代以来地面渍水面积变化趋势。

        2004年夏秋以来区内雨水较多，叠加灌溉，又出现地下水位上升。据作者9月份实际考察，在岐山县益店镇等地势低洼处又出现地面渍水迹象。由此可见，实施地表水和地下水联合开发是减少因地下水动力场变化引起的环境负效应的关键。

4.2.3地下水位上升、下降,造成水质恶化

        地下水位上升，造成包气带厚度变薄，引起地下水质恶化。这种情况主要表现在灌区。地下水水位下降，引起劣质水人侵，造成水质恶化。这种情况主要表现在城市供水水源地。具体论述详见第5章。

4.3 影响地下水动力场演化的因素分析

        关中盆地地下水动力场时空演化规律是地质地貌、水文地质条件等内在因素和气象、水文以及人类活动等外部因素共同作用的结果。前者控制着区域地下水动力场空间展布规律和不同水文地质单元演化速率的差异性，后者影响着水动力场演化的进程。

4.3.1内在因素

        受地形地貌及水文地质条件控制，天然情况下区域潜水径流方向基本与盆地倾斜方向一致，即由盆地的山前地带向盆地中心偏向下游方向运动，最终排泄于渭河。以泾河为界，盆地西部地形坡度大，径流通畅，以水平径流为其主要排泄方式；东部由于地形变缓，含水层颗粒细，地下水径流滞缓，水力坡度仅为1‰~0.5%，以垂直蒸发和水平径流为其主要排泄方式。

        秦岭山前洪积扇区，包气带岩性透水性强，有利于河水及降水渗入，地下水对河水及降水输入响应比较敏感，年内变幅大，储存调节功能强。而北山山前洪积扇区沉积物颗粒较细，含泥量大，黏土夹层较厚，含水层在东西方向上多呈透镜体断续分布，补给条件差，地下水位对外部激励的响应较秦岭山前要弱一些。

        黄土台嫄区因包气带多为疏松，具大孔隙垂直裂隙发育的马兰黄土及离石黄土，且垂向渗透系数为水平渗透系数的4~6倍，水平径流不畅，蓄水能力相对较强。当地下水补给量大于排泄量时，容易引起地下水位上升。而渭河阶地一些灌区，同样引地表水灌溉，阶地区地下水位变化不大。这是因为河流阶地区黄土覆盖层只有10m左右，黄土之下为完整的砂层或砂砾石层，同渭河河床连接，灌溉回归水排泄畅通。尽管不断灌溉，地下水位变化要比黄土台嫄区相对小。由此可见，地质地貌及水文地质条件的差异性控制着地下水动力场变化速率的差异性。

4.3.2外部因素

4.3.2.1气象因素

        大气降水是本区地下水的主要补给来源，它对水动力场影响具有区域性，其地下水位响应显示出年内季节波动性和多年丰、平、枯周期性。长系列资料表明，区内降水有丰枯周期变化的特点。自20世纪以来，区内出现过数次干旱和丰水时段，20世纪20年代至30年代末为干旱枯水期，历时近20年，其中1928~1932年连续五年大旱；40年代中期至50年代初为丰水期；50年代初至70年代末的30多年间，丰枯交替出现，丰水年份有15年，为平水时段；1980~1985年为丰水时段；1986~1999年14年间又出现了连续干旱，在此期间关中降水量超过多年平均值的仅2年（如图4-3-1所示）。

        受此影响，关中盆地地下水位也随着降水变化而变化，如1980~1985年区内地下水位普遍呈上升趋势，这与1980~1985年丰水时段相吻合。1986~1999年连续干旱，区内地下水位呈波状下降趋势，下降区达7000 km2（区内地下水监控面积20440 km2），水位降幅0.5~10.4m，平均4.5m左右。以此估算，期内共减少地下水储量20×108 m3，平均为1.43×106 m2/a。同时区内各集中供水水源地均由于入不敷出，导致水头呈波状下降。

4.3.2.2水文因素

        水文因素对地下水位影响往往发生在沿河带，具有局部性。河川径流量的多少，主要取决于流域内降水量和下垫面条件。降水量是地表水的直接来源，下垫面是造成损失量的主要因素。径流资料表明，受降水及人为活动影响，渭河及其支流自1986年以来，径流量均有明显的减少，但径流量的减少远比降水减少剧烈。关中盆地本时段降水年均值为多年平均的89.6%，而同期年均径流量仅为多年平均值的74.7%。渭河上游甘肃段90年代年降水比多年平均减少了11%，而径流量减少了32.5%，年径流量的变化与降水很不协调。由此表明，河川径流量减少，除了降水偏枯外，还与上游大量引水、人类工程活动、灌区地下水位下降等因素叠加有很大关系。河川径流量减少，改变了河水与地下水循环规律与交替速率，出现了傍河水源地降落漏斗加深、扩大的水动力场变化特征。

4.3.2.3 人为因素

        人为因素对地下水动力场影响主要包括开采和引水灌溉。如果没有人类活动的叠加，地下水动力场的演化是极其缓慢的。人类活动对地下水系统施加强烈的作用后，使系统内部状态发生改变，如流场由天然状态变为人工干扰流场，水位变幅加大，流向改变，流速增大，集中表现在水位的时空变化上。集中开采区开采强度是制约系统响应程度的主要因素，随着开采量的不断增加，系统响应程度也相应增加，致使水位下降，且波及面广和年变幅加大。前述集中开采区降落漏斗不断向横向扩展，纵向加深的趋势发展充分说明开采量已超过了补给量。

        灌区地下水位变化除了与降水等因素有关外，主要受控于地表水灌溉量、地下水开采量以及灌溉方式等。如宝鸡峡与冯家山灌区灌溉之前，地下水位的年际变化很小，民井水位几十年甚至几百年以来无多大变化。但是在两大灌区大面积灌溉后，由于大量引地表水灌溉以及不合理的灌水定额、灌水方式和渠道渗漏，促使地表水渗入地下，增加了地下水的补给量，且丰水年降雨与灌溉交错叠加，而开采量很小，使地下水采补失调，引起地下水水动力场的变异。

        综上所述，关中盆地地下水动力场演化是水文地质条件、人类活动强度与方式、气象、水文因素综合作用的结果。

4.4变异条件下地下水动力场演化预测

4.4.1 变异因子的识别

        以古都长安为中心辐射的关中盆地，数千年来一直是我国文明发达地区。在长期的生产实践中，地下水一直受到重视和开发，但在20世纪50年代以前，由于生产力低下、工农业落后，地下水资源限于饮用或小规模灌溉以及部分具有医疗矿泉水的开发利用上，仅在人群聚居区的周围受人类轻微影响，区域基本上保持天然状态。

        伴随20世纪30年代泾惠渠、渭惠渠等水利工程的兴建，以及50年代末60年代初水利化大幅度发展，地下水开发利用也随之加大，机井数量也不断增多，地下水开采也从浅层水向深层水方向发展。与此同时，西安、咸阳、渭南、宝鸡、兴平等城市相继建市和发展，工业和城市用水急剧增加，地下水开采量猛增。人类活动在取得正效益的同时，也对地下水系统产生了强烈的影响，引起地下水水动力场和水化学场的变异。同时也诱发了一系列环境地质问题，影响着人类的生存环境。

        另外,受人类活动释放的环境物质的影响,区内地下水的水质均受到不同程度的污染,其中潜水污染重于承压水,平原区重于山区,城市重于农村。人类释放的环境叠加到天然水化学场中,使地下水水化学场发生变化。
        对关中盆地1470~ 1989年520年气候史料的分析表明:关中历史上曾有过5次特大干旱期:第一个干旱期是1635~ 1641年持续7年的严重干旱期。这个干旱期,从1627年起,关中、陕北先旱,持续了8年,到1635年干旱发展到全省,一直持续到1640年,形成了全省特大干旱期。1639年铜川县志记载:“铜川大旱,自正(2)月至七(8)月,岁大饥,斗米一两,人相食。"据 1640年史料记载:“陕西,秋,全陕大旱饥,十(11)月,粟价腾踊,日贵一日,斗米三钱,至次年春十倍其值,绝粜罢市,木皮石面皆食尽,父子夫妇剖啖,通谨相望，十亡八九。”

        第二个干旱期是1875~1878年持续4年的严重干旱期。1877年史料记载：“秦晋历冬经春及交不雨，赤地千里，秦晋吡连，人相食，为百余年未有之奇”，“关中地区，无雨异常，麦苗枯萎，秋稼间有种者，率苦蝗害，泾渭及涸，岁无所得，粮价腾踊，穹民无所食”，“人相食，至四年交，饿死者三之二”。

        第三个干旱期是1927~1930年持续4年的严重干旱期，也就是人们说的“民国十八年大旱灾”。这个干旱期持续虽然不长，但干旱强度很大。据《陕西省自然灾害史料》记载：“关中八百里秦川自1927年开始至1930年发生了持续4年的大旱，对关中地区农业生产危害极为严重。西安地区1928年全年的降水量仅为240毫米，只有降水量的三分之一。”1928年陕西省赈灾会刊称：“陕西自春至秋，滴雨未沾，井泉涸竭，泾、渭、汉、褒诸水，平时皆通舟楫，今年春间断流，车马可由河道行”，“春秋收成不到二成，饥民遍野”。在此次早灾中，死人三十万，损失严重。

        第四个干旱期是1959~1961年发生的特大干旱期，干旱期为3年，也就是“三年困难时期”。据有关部门提供的资料：1959年关中地区发生了春秋连旱，干旱持续130天左右，仅为常年降水量的10%。干旱强度很大，灾情严重。据关中34县市7月底统计，秋田受旱面积123.8x10hm2，占秋田面积的55%，受旱棉田19.3×10hm2，占棉田总面积的96%。

        第五个干旱期是1986~1999年14年间出现的连续干旱，在此期间关中降水量超过多年平均值的仅有2年。尤其是1995~1997年出现为期3年的特大干旱期，据“陕西省减灾协会”提供的资料称：“1996年陕西发生大干旱，全省80%以上地区降水量比常年偏少3~9成。其中关中地区比特大干旱的1995年还低2~4成。干旱造成水源严重不足，全省有625条中小河流断流，400座中小型水库干涸，4.6万眼机井吊空或出水不足。作物受害面积达3300万亩，占秋田总面积的90%以上，成灾面积2000多万顷，全年有778.87万农作物干枯绝收。310多万人、120万头大家畜饮水困难。30个县城供水严重不足。一些企业因缺水被迫停产。”

        综上所述，关中盆地可把人类活动（包括灌溉、集中开采和污染）、气候为特大干旱，持续时间5年且降水量240mm（1928年西安）和持续5年干旱且降水量375.4mm作为变异条件来分析对地下水影响。

4.4.2 地下水动力场演化预测

        为了分析持续干旱情况下对地下水动力场的影响，现以1998年1月的地下水位作为初始流场，保持现状开采量不变（以1998年为基准）的情况下，预测在连续5年遭遇特枯年且降水量分别为240mm和375.4mm时地下水流场的变化。上述两种情况历史上曾经出现过，具有一定代表性。

4.4.2.1连续5年遭遇特枯年且降水量为240 mm条件下的动力场演化预测

        根据建立的数值仿真模拟模型，利用GMS软件预测连续5年遭遇连续干旱且降水量为240mm的潜水流场如图4-4-1所示，典型观测孔地下水降深场如图4-4-2所示，观测孔地下水位降深场变化曲线如图4-4-3所示。以全年240mm降水量的极枯年份作为变异条件时，其余源汇项均采用1998年的各源汇项，预测5年以后全区的流场。结果表明：与初始流场相比，地下水位均有不同程度的下降。其中，凤翔-礼泉黄土台嫄区，漆水河以东，降深为10~20m，最大降深约为25m；漆水河以西，下降10~15m，最大降深为35m；宝鸡-咸阳低阶地地下水下降较小，为1~5m；宝鸡-户县低阶地地下水位下降5~10m；三原-合阳黄土台嫄地下水位下降1~20m，最大下降约25m，出现在洛河以东；泾阳-大荔低阶地、西安-华阴低阶地降深较小，为1~5m；长安-潼关黄土台嫄地下水位降深在5~15m，最大降深约为35m，分布于长安黄土嫄区。

4.4.2.2连续5年遭遇特枯年且降水量为375.4 mm条件下的动力场演化预测

        根据建立的数值仿真模拟模型，利用GMS软件预测连续5年遭遇连续干旱且降水量为375.4mm的潜水流场如图4-4-4所示，典型观测孔地下水降深场如图4-4-5所示，观测孔地下水位降深场变化曲线如图4-4-6所示。以1997年降水量375.4mm作为变异条件时，其余源汇项均采用1998年的各源汇项，预测5年以后全区的流场，预测结果表明：与初始流场相比，地下水位均有不同程度的下降。其中，凤翔礼泉黄土台嫄区、漆水河以东，降深为5~15m，最大降深约为25m；漆水河以西，下降5~15m，最大降深为25m；宝鸡-咸阳低阶地地下水下降较小，为1~5m；宝鸡-户县低阶地地下水位下降5~10m，最大降深15m，宝鸡一周至降深为1~5m，最大15m；三原-合阳黄土台嫄地下水位下降1~15m，最大下降约25m，出现在洛河以东；泾阳-大荔低阶地、西安-华阴低阶地降深较小，为1~5m；长安-潼关黄土台螈地下水位降深为5~15m，最大降深约为30m，分布于长安黄土源区。