北京地區(qū)巖溶地下水資源勘察工作探討

李 宇，郭 萌，周 嶸

（1.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195；2.北京市水務(wù)局潮白河管理處，北京 101300）

北京地區(qū)巖溶地下水資源勘察工作探討

李 宇1，郭 萌1，周 嶸2

（1.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195；2.北京市水務(wù)局潮白河管理處，北京 101300）

地下水是北京市主要的供水水源。巖溶水作為北京市地下水資源的重要組成部分，對保障目前和今后一個時期首都的供水安全，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文闡述了北京地區(qū)巖溶地下水資源的分布狀況，介紹了巖溶地下水的勘探開發(fā)歷史，分析了當前巖溶水勘察工作中存在的主要問題，提出了近期北京地區(qū)巖溶水的勘察工作思路和工作重點。

北京巖溶；地下水；勘察；工作思路；淺層地溫能；開發(fā)利用；關(guān)鍵問題

1 問題的提出

北京市是嚴重缺水的城市,人均年水資源占有量不足400 m3。地下水是北京市重要的供水水源，約占全市總供水量的60%以上，枯水年份可達到80%左右[1,2]。自1999年以來，北京市遭遇了持續(xù)干旱，使得水資源供需矛盾更加突出。為應(yīng)對特枯年份和連續(xù)枯水年的水資源短缺；保障首都地區(qū)的供水安全，北京市政府采取了開源和節(jié)流等應(yīng)對措施，在加大節(jié)水力度和提高中水回用比例的同時，自2003年起先后建成了懷柔、平谷、昌平等應(yīng)急供水工程[3]，極大地緩解了連續(xù)干旱期間的供水危機，確保了奧運會和殘奧會期間供水安全。

巖溶水是北京地區(qū)地下水資源的重要組成部分。近年來，為緩解北京市水資源供不應(yīng)求問題, 不斷增加巖溶水的開采量。但是，由于巖溶水一般深埋地下，富水性不均，又缺乏規(guī)范的水文地質(zhì)勘察工作，北京地區(qū)的巖溶水尚存在資源總量和開采潛力不清、補徑排條件不夠明晰、與第四系孔隙水之間的水力聯(lián)系不太明確等諸多問題。因此，迫切需要開展系統(tǒng)、深入的巖溶水勘察研究工作，查明巖溶水的分布特征、補徑排條件和可開發(fā)利用量，為巖溶水資源開發(fā)與保護提供科學依據(jù)，避免常常發(fā)生的盲目和無序開發(fā)。

2 北京巖溶地下水分布與勘探開發(fā)概況

2.1 巖溶地下水分布

北京地區(qū)碳酸鹽巖以奧陶系灰?guī)r、寒武系灰?guī)r和薊縣系白云巖為主，分布面積約4900 km2，約占北京市國土面積的30%。其中，山區(qū)分布約2900 km2，占山區(qū)總面積的28%，平原區(qū)隱伏巖體約2000 km2，占平原區(qū)總面積的31%。

北京地區(qū)經(jīng)多期地殼運動，其中形成了一系列北東向?qū)傩氯A夏系的隆起和凹陷。由北西向南東依次是京西迭隆起、北京迭斷陷，大興迭隆起及大廠迭斷陷。隆起與凹陷的邊緣皆為北東向斷裂所控制。這些區(qū)域構(gòu)造對巖溶含水巖組的空間分布、邊界特征及富水性起著主控性作用。

根據(jù)多年的勘察和相關(guān)研究成果，按碳酸鹽巖分布和巖溶地下水補、徑、排條件，將北京地區(qū)巖溶水區(qū)域初步劃分為7個相對獨立的分布區(qū)，即順義二十里長山—平谷盆地、房山長溝—周口店、西山魯家灘—玉泉山、昌平十三陵—桃峪口、昌平高崖口—南口、延慶舊縣—石槽和大興迭隆起巖溶水子系統(tǒng)（圖1）。

大興迭隆起巖溶地下水子系統(tǒng)分布區(qū)位于北京城南平原區(qū)，遠離補給山區(qū)；其它6個分布子系統(tǒng)區(qū)均位于山前地區(qū)。各子系統(tǒng)的碳酸鹽巖補給區(qū)面積不等、巖溶裂隙發(fā)育程度不同。其巖溶水的主要補給來源包括：裸露山區(qū)大氣降水入滲、地表水體滲漏及相鄰含水層的越流補給。從目前掌握的資料和多年動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，各分布區(qū)的開發(fā)程度不盡相同，所有的子系統(tǒng)都不屬于完全封閉的系統(tǒng)。上述判斷在諸多巖溶水水源地長期開采中已經(jīng)得到了證實。

圖1 北京地區(qū)巖溶地下水分布圖

2.2 巖溶地下水勘察與開發(fā)

北京地區(qū)的巖溶水勘察與開發(fā)工作始于20世紀70年代初，先后在房山磁家務(wù)、昌平鄧莊化莊、大興念壇、通州龍旺莊、玉泉山—昆明湖—洼里地區(qū)、石景山楊莊等地開展供水勘察工作，建設(shè)了若干巖溶水供水水源地。另外，為解決城市（鎮(zhèn)）和部分企事業(yè)單位的供水問題，在山前及平原地區(qū)零星地開鑿了數(shù)百眼巖溶水井。

表1 北京地區(qū)巖溶水開發(fā)情況

近年來，北京地區(qū)的巖溶地下水以其質(zhì)優(yōu)而備受用戶青睞，巖溶水的開采量呈逐年遞增趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全市的年均開采量已超過2.5億m3。北京地區(qū)各子系統(tǒng)巖溶地下水的開發(fā)情況列入表1。

2.3 巖溶地下水開發(fā)存在的主要問題

通過地質(zhì)工作者們長達四十多年的勘查工作，積累了豐富的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，對北京地區(qū)巖溶地下水的埋藏、分布和運移規(guī)律有了較詳細科學的認識。但是，由于巖溶水分布的復(fù)雜和不均一性、巖溶地下水與地表水、第四系孔隙水之間相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的復(fù)雜性，在巖溶水資源總量評價、水源地選址等方面都有較大的技術(shù)難度。北京地區(qū)巖溶水勘察工作還存在如下問題：

（1）以往的巖溶地下水資源勘察工作局限于局部地區(qū)的供水勘察，缺乏區(qū)域性系統(tǒng)、深入的工作，未對全區(qū)巖溶地下水資源進行整體的計算與評價；

（2）各巖溶水分布區(qū)的地質(zhì)勘察研究程度高低不一，巖溶水的補徑排條件、“三水”轉(zhuǎn)化的模式及巖溶地下水與第四系孔隙地下水間的水力聯(lián)系不夠清楚，需開展深入研究；

（3）缺乏巖溶地下水降水入滲補給試驗研究，尚未建立各巖溶分布區(qū)降水入滲補給系數(shù)系列；

（4）有關(guān)巖溶地下水資源調(diào)蓄方面的技術(shù)研究基本處于空白狀態(tài)，不能為巖溶水的可持續(xù)利用提供科學技術(shù)方案；

（5）尚未建立系統(tǒng)的巖溶地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，缺乏巖溶水水位、水質(zhì)、水溫及巖溶大泉流量等方面的長期監(jiān)測資料；

不科學解決上述問題不僅嚴重制約巖溶地下水資源的科學開發(fā)和有效保護，而且不利于北京市地下水資源的統(tǒng)籌規(guī)劃和宏觀決策。

3 巖溶地下水勘察工作思路與主要任務(wù)

3.1 工作總體思路

北京地區(qū)巖溶地下水的勘察工作應(yīng)點面結(jié)合，以查明北京地區(qū)巖溶地下水資源條件與合理開發(fā)利用為“面”，選取若干條件優(yōu)越、具有城市供水意義的水源開發(fā)區(qū)為“點”。在全面調(diào)查研究北京地區(qū)巖溶地下水資源補給、徑流、排泄以及開采條件的基礎(chǔ)上，對各富水區(qū)開展深入的勘查研究工作，對規(guī)劃遠景區(qū)的可采資源量進行評價，結(jié)合城市供水的要求，提出穩(wěn)定和應(yīng)急供水方案，并對可能出現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境問題作出初步評價。以面帶點，以點輔面，相輔相成。圖2所示為巖溶水勘察工作思路框架。

圖2 北京地區(qū)巖溶水勘察工作思路框架

3.2 主要工作任務(wù)

系統(tǒng)分析已有勘查資料，充分考慮區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件、碳酸鹽巖的分布、巖溶水含水巖組（層）及相對隔水層（組）的界定，進一步確定各巖溶水水文地質(zhì)單元邊界范圍；依據(jù)不同巖溶地下水分布區(qū)的勘察研究程度、開發(fā)利用狀況以及可開采潛力，部署各項工作，突出重點。在區(qū)域巖溶地下水補給、徑流、排泄條件的研究基礎(chǔ)上，針對其存在的問題確定研究專題并開展深入研究，完成具有重大供水意義的巖溶地下水水源地的勘察評價和論證工作。其主要工作任務(wù)如下：

（1）查明北京地區(qū)碳酸鹽巖系的分布、埋藏特征及巖溶發(fā)育程度，查明地質(zhì)構(gòu)造對巖溶發(fā)育和地下水分布的影響；查明擬建和規(guī)劃水源地巖溶水含水巖組（層）分布及水文地質(zhì)特征。

（2）查明北京巖溶地下水的補給、徑流、排泄條件及其水質(zhì)、水量的時空變化規(guī)律；研究不同巖溶地下水子系統(tǒng)之間、巖溶水與地表水體及第四系孔隙水之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（3）綜合計算和評價北京地區(qū)巖溶地下水天然資源量和可采資源量，建立反映巖溶地下水系統(tǒng)特征的水文地質(zhì)模型。區(qū)域巖溶水資源的允許開采量評價精度達到D級，擬建水源地的允許開采量評價精度達到C級。

（4）重點完成平谷盆地南側(cè)及二十里長山西北側(cè)、房山西南山前、西山山前、北部山前等四片地區(qū)巖溶水詳查工作，研究巖溶地下水開發(fā)利用潛力；圈定數(shù)個具有規(guī)模供水意義的巖溶富水地段作為重點勘探區(qū)，優(yōu)選2～3個巖溶水供水水源地，提交可采地下水資源量。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)當?shù)卣枨螅岢鰩r溶水應(yīng)急開采方案，并研究評價應(yīng)急開采對生態(tài)環(huán)境的影響以及開采后的回補措施。

（5）建立巖溶水資源與環(huán)境信息系統(tǒng)；提出北京地區(qū)巖溶地下水合理開發(fā)利用的規(guī)劃建議和戰(zhàn)略措施。

4 巖溶地下水勘察技術(shù)方法

綜合運用調(diào)查、遙感、同位素、水文地球化學、水文地質(zhì)試驗、物探、鉆探等多種手段，利用水文地質(zhì)學、水文地球化學、同位素地質(zhì)學和遙感水文地質(zhì)學理論，選用計算機數(shù)值模擬技術(shù)以及多種有效的數(shù)學地質(zhì)方法，對巖溶水有關(guān)的水動力場、水化學場、含水層結(jié)構(gòu)、邊界特征、三水轉(zhuǎn)化機理、開采激勵效應(yīng)等多方面進行系統(tǒng)綜合研究，建立“3S”支持的信息系統(tǒng)，為北京地區(qū)巖溶水資源的開發(fā)與可持續(xù)利用提供科學技術(shù)支持。

5 結(jié)語

巖溶地下水是北京市地下水資源的重要組成部分。在南水北調(diào)工程水源進京之前，合理開發(fā)利用本區(qū)巖溶水資源是緩解北京市水資源供需矛盾的重要途徑之一。為科學開發(fā)利用和有效保護巖溶地下水資源，提出如下建議：

(1) 開展全面、系統(tǒng)的巖溶水勘察評價工作。目前北京地區(qū)尚未對巖溶水系統(tǒng)進行全面、系統(tǒng)的勘察評價，家底不清，需要抓緊開展巖溶水勘查評價工作，為科學開發(fā)利用巖溶水資源提供科學依據(jù)。

(2) 制定巖溶水開發(fā)利用和保護規(guī)劃。目前，北京地區(qū)已建巖溶地下水源地十多個，施工零星巖溶水井數(shù)百眼，年開采規(guī)模超過2.5億m3。從開發(fā)情形來看，巖溶水的開采存在一定的盲目性和隨意性。為科學開發(fā)和有效保護巖溶水資源，應(yīng)抓緊制定巖溶水開發(fā)利用和保護規(guī)劃。

(3) 加強巖溶水監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)和動態(tài)監(jiān)測工作。目前，北京地區(qū)的巖溶水動態(tài)監(jiān)測工作較為薄弱，不利于巖溶水科學開發(fā)利用和有效保護，亟需建立系統(tǒng)的巖溶水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)。

(4) 科學配置巖溶水資源。北京地區(qū)的巖溶水水質(zhì)優(yōu)良，部分組分達到天然飲用礦泉水標準，是城市生活用水的理想水源。在條件許可的地區(qū)，建議實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)巖溶水資源的合理配置，實行“分質(zhì)供水、優(yōu)水優(yōu)用”，盡量避免工業(yè)等非生活用途使用巖溶地下水。

[1] 陳培鈞，呂曉儉，謝振華.北京市地下水資源與首都持續(xù)發(fā)展[J].北京地質(zhì)，1999，11（4）：1～6.

[2] 鄭桂森，呂金波.北京地區(qū)的水資源[J].中國地質(zhì)，2001，28（4）：45～48，37.

[3] 喬 玲，李 宇.北京市建設(shè)應(yīng)急備用水源工程的初步研究[J].北京水利，2004，第6期，12～14，60.

Discussion on Exploration of the Karst Groundwater Resources in Beijing Area

LI Yu1, GUO Meng1, ZHOU Rong2
(1.Beijing Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Beijing 100195；2.Chaobai River Management Department, Beijing Water Authority, Beijing 101300）

The groundwater resources are the major supplied water source for Beijing. The karst water is the important component of Beijing groundwater resources, which plays an important role in the guarantee of Beijing supplying water at present time and in the future. This paper introduces the distribution, exploration and development of the karst groundwater resources in Beijing, and discusses the major problems during the prospecting and developing the karst water. As a result, the prospecting direction and emphases for Beijing karst groundwater resources have been put forward.

Beijing karst; Groundwater resources; Prospecting direction and emphases

P641.8

A

李 宇（1971-），男（漢族），新疆哈密人，碩士，教授級高工，主要從事地下水管理方面的研究工作。