王伟，邓科，任中杰，蔡文生

（江苏省水文水资源勘测局徐州分局，江苏 徐州 221018）

摘  要：为探求承压地下水动态规律，科学开发徐州市地下水资源。文章通过调查徐州市地下水开发利用现状、降水量、开采量和承压地下水水位埋深等资料，运用数理统计和曲线拟合等方法，分析地下水埋深特征以及降水量和开采量与对地下水埋深变化的影响程度及相关关系。结果表明，徐州市承压地下水埋深整体呈上升态势，年均上升0.6m，承压地下水埋深变化与降水量和开采量均有关系，与降水量呈负相关，与开采量呈正相关，地下水开采是造成地下水埋深变化的主要因素，影响程度大于降水量。

关键词：承压地下水；埋深；地下水开采量；降水量；动态分析

中图分类号：TV***            文献标识码：A

1 引言

地下水资源是有限的战略资源，在经济社会发展和城市供水安全等方面起着不可替代的作用^[1]。受自然条件限制，徐州市可用水资源量不足，早在80年代初期就被列为全国四十个重点缺水的城市之一。随着社会经济的发展，以及人民日益增长的物质文化需求不断提高，城市需水量必将不断增加。为保障徐州市国民经济可持续发展，防止因地下水不合理开采而造成水资源枯竭、区域性水位下降、地面沉降与岩溶塌陷等环境地质问题^[2-5]。针对日益增长的用水需求，开展相应的地下水水位变化的研究有着迫切的现实需要。

地下水水位是地下水资源量变化最直接的表现，学者们对地下水动态变化及影响因素作了许多研究工作，分析了地下水动态与降水量及开采量的关系及影响地下水水位的主要因素^[6-9]。文章结合研究区实际情况，以承压地下水埋深作为研究对象，分析了徐州市近10年承压地下水埋深动态变化，探求地下水动态规律，期望找到影响该区域地下水埋深变化的主要影响因素及其之间的线性关系，更好地反映当前地下水状况，为城乡供水规划和地下水资源利用与保护提供科学依据。

2 地下水开发利用现状

徐州市境内地下水开采以孔隙水、岩溶水为主，开发利用起步较早，主要用于城镇工业、城乡生活和农业灌溉。孔隙承压水主要分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 层承压水，其中，第Ⅱ、Ⅲ 承压含水层是徐州市的主要开采层。岩溶水主要分布在市区及铜山区，主要用于城镇生活。

以2021 年为例，按取水用途统计，徐州市取水用途主要以农业灌溉为主，占比约43 %，其次是农村生活和工业用水，分别占比约29 %和23 %。按含水层赋存条件统计，徐州市地下水按含水介质划分可分三个含水岩组，即孔隙含水岩组、裂隙岩溶含水岩组和裂隙含水岩组。孔隙承压水主要开采层位为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承压，不同含水层开采量比例分别为：孔隙含水岩组占比约62.3 %，裂隙岩溶含水岩组占比约34.7 %，裂隙含水岩组占比约3.0 %。

2 地下水动态分析

2.1 地下水埋深特征

徐州市位于黄淮海平原的南部，总体地势呈现西北高东南低，这种东西地势差异是造成地下水分布呈现西深东浅特点的主要原因之一。西北部地区是整个徐州市最高的区域，因此地下水埋深普遍比其他区域要深，东南部地区地势较低，地下水流向该区域，使得东南部地区地下水埋深较浅。基于现有的承压水观测井的地下水埋深数据，可知西北部丰沛地区承压地下水埋深大多在30~50 米，东南部地区承压地下水埋深大多在2~10 米，承压地下水埋深等值线图见图1。

图1  承压地下水埋深等值线图

承压地下水埋深变化主要受开采和补给的影响，开采量大于补给量时，地下水埋深下降，反之地下水埋深逐步回升，同时开采地下水井与周边区域的承压地下水也有一定程度的相互补给。经过近年来地下水的持续压采，徐州市承压地下水埋深明显回升，尤其是2018 年底随着丰县付庄生活地表水厂的投入运行，丰县地下水超采区全面实施压采，丰县地下水埋深快速回升。经分析，徐州市2014 年前承压地下水埋深逐年下降，2014 年平均埋深达到最低；2015 年实施地下水压采计划，承压地下水平均埋深由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，年际变化如图2。

图2  2012-2021 年承压地下水年平均埋深

2.2 降水量和开采量与地下水埋深的相关性分析

为了查明降水量和开采量与承压地下水埋深的相关关系，对2012-2021 年的降水量数据、开采量数据与地下水埋深数据两两分组，利用SPSS软件对数据进行了简单的相关关系分析，分析结果见表1。

表1  降水量和开采量与地下水埋深相关系数

注：在0.01水平，**的相关性是显著的

    相关系数是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标。正负号表明相关的方向，数值大小表明相关程度^[10]。结果表明，地下水埋深和开采量呈正相关关系（即开采量增大时，地下水埋深越大，水位降低），相关系数为0.844；地下水埋深和降水量呈负相关关系（近降水量增大时，地下水埋深越小，水位上升），相关系数为-0.684。相关系数0.8<|r|<1，属于高度相关，说明地下水开采是造成地下水埋深变化的主要因素，开采量对地下水埋深的影响要大于降水量的影响。

2.3 降水量对地下水埋深的影响

由相关系数及降水量与承压地下水埋深关系图（图3）可以看出，降水量对承压地下水埋深的影响并不明显。根据张晨晨、卫磊等人的研究表明浅层地下水埋深与降水量时间序列呈负相关关系^[11-12]。降水作为浅层地下水的主要补给来源，降水量的多少直接决定了补给量的多少。研究区取水用途以农业灌溉为主，在农业灌溉用水量一定的情况下，降水量越多，对地下水补给量越多，因农业灌溉开采的地下水越少；同理，降水量越少，因农业灌溉开采的地下水越多。因此，降水量对承压地下水水位直接影响不明显，它能通过影响农业灌溉开采地下水量从而影响承压地下水埋深变化。

  降水量与承压地下水埋深关系图

2.4 开采量对地下水埋深的影响

根据相关系数分析，开采量与承压地下水埋深具有高度的相关性，为进一步明确开采量对承压地下水埋深的影响，对两者关系进行回归分析。回归分析得到回归系数见表2，残差统计数据见表3，回归方程为H=12.465+0.637Q（H代表埋深，Q代表开采量），复相关系数R为0.844，调整后的R平方为0.677，其越接近1，说明拟合度较好。显著性系数为0.002，其数值小于0.005，说明开采量对承压地下水埋深具有显著性影响。

2012-2021 年徐州市承压地下水开采量与承压地下水埋深的关系，可以看成线性关系。承压地下水埋深会随着开采量的变化上下波动。在2014年后，由于实施地下水封井压采，以及严格遵守地下水取水总量控制，徐州市封存了大量地下水取水井，以骆马湖、微山湖地表水源作为工农业用水的替代水源，承压地下水取水量得到严格控制，地下水埋深随着开采量减少，稳步回升，印证了开采量对承压地下水埋深具有显著性影响。

表2  回归系数

表3  残差统计数据

3 结论与不足

（1）随着地下水压采、最严格水资源管理条例的实施，以及新建地表水厂投入运营，丰沛地区及水源地超采区水位回升明显，徐州市承压地下水埋深整体呈上升态势，年均上升0.6m。

（2）承压地下水埋深变化与降水量和开采量均有关系，与降水量呈负相关，与开采量呈正相关。

（3）降水量对承压地下水埋深影响并不明显，它能通过影响农业灌溉用水，间接减少因农业生产而开采承压地下水的量，影响承压地下水埋深变化。

（4）通过对近10年的降水量、开采量与地下水埋深之间的简单相关关系分析，量化了开采量与承压地下水埋深之间的相关关系，确定系数为0.919，模型拟合程度较好，得出地下水开采是造成地下水埋深变化的主要因素，影响程度大于降水量。

（5）文章的不足之处，首先在于确定承压地下水埋深与开采量相关关系时，使用的数据时间序列较短，说服力不够，对拟合曲线的准确性和实用性会打折扣；其次，徐州市水系河网密布，文章没有计算河道径流量对地下水埋深的影响。影响承压地下水埋深的因素不止文章中论述的两种，因此，在今后工作中还需不断跟踪河道径流量等因素对地下水埋深的影响，不断积累相关监测数据，不断优化回归方程，更加准确地反映徐州市地下水埋深的动态变化。

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作者简介：王伟， 1990年7月出生，山东省日照市，硕士研究生，工程师，江苏省水文水资源勘测局徐州分局，主要从事水文科技、水文监测等工作。