邢臺(tái)市平原區(qū)地下水環(huán)境劣變機(jī)理及對(duì)策

李根東，韓廷印，李秀麗

(1．河北省水文水資源勘測(cè)局，河北 石家莊050031;2．河北省邢臺(tái)水文水資源勘測(cè)局，河北 邢臺(tái)054000)

邢臺(tái)市地處河北省南部，東西長185km，南北寬80km，國土面積12456km2，占河北省總面積的7%。市內(nèi)地勢(shì)西高東低，西部為山丘區(qū)，東部為平原區(qū)。平原區(qū)面積占全市面積的72%，按照流域水系、地下水埋藏及水文地質(zhì)條件將平原區(qū)分為劃分為兩個(gè)水資源分區(qū)，即子牙河平原區(qū)和黑龍港平原區(qū)，總面積8911km2，其中，子牙河平原區(qū)3977km2，黑龍港平原區(qū)4934km2。

研究區(qū)屬于暖溫帶大陸型季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，春季干旱多風(fēng)、夏季炎熱多雨、秋季旱澇不均、冬季寒冷少雪。多年平均氣溫 12．9℃，多年平均降水量(1956～2009年)471．3mm。降水在年內(nèi)分配不均、年際變化懸殊，汛期降水量占年降水量的80%左右，豐枯比為4．63，最大年降水量973．6mm(廣宗站1973年)，最小年降水量為 210．2mm(廣宗站1992年)。區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量1100～1300mm。區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，大小河流有21條，都屬于季節(jié)性泄洪河道，主要用于引水、排澇、泄洪。近幾十年，由于水資源開發(fā)利用加大，上游水庫蓄水?dāng)r截等因素，使平原區(qū)河道幾乎全年干涸，部分河道僅在大水年的汛期才有少量洪水徑流，全區(qū)多年平均徑流量0．92億 m3。

1 地下水劣變機(jī)理及特征

1.1 地下水水位持續(xù)下降

從20世紀(jì)70年代起，邢臺(tái)市平原區(qū)開始大規(guī)模開發(fā)利用地下水，經(jīng)過近40年的開采導(dǎo)致平原區(qū)地下水與20世紀(jì)60年代相比，發(fā)生了顯著變化。2009年與1969年相比，區(qū)域內(nèi)淺層地下水水位普遍下降，黑龍港平原平均水位降幅為11．2m，子牙河平原平均水位降幅為30．2m。深層地下水在20世紀(jì)70年代之后也發(fā)生水位大幅度下降，平均降幅為53．5m。平原區(qū)1960～1969年淺層水平均埋深為3．09m，1970～1979年淺層水平均埋深為4．68m，1980～1989年淺層水平均埋深為9．31m，1990～1999年淺層水平均埋深為16．14m，2000～2009年淺層水平均埋深為 21．93m。多年水位動(dòng)態(tài)，呈波狀逐年下降趨勢(shì)，見圖1。相對(duì)1975年，淺層地下水埋深大于10m的面積，由782．9km2增至 8487．2 km2;深層地下水埋深大于10m的面積，由211．6km2增加到8911km2，其中，大于40m的面積達(dá)到5940．7km2。面積隨時(shí)間變化狀況見圖2。

圖1 邢臺(tái)市平原區(qū)地下水埋深—時(shí)間關(guān)系圖

圖2 淺層地下水埋深大于10m的面積—時(shí)間關(guān)系圖

1.2 含水層疏干空間持續(xù)擴(kuò)大

邢臺(tái)市平原區(qū)地下水水位降落漏斗是隨著地下水的開采而產(chǎn)生和發(fā)展的。在地下水開采初期(上世紀(jì)70年代以前)，地下水排泄量小于地下水有效補(bǔ)給量，基本處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài);上世紀(jì)70年代至今，由于用水量大幅增加，平原區(qū)普遍出現(xiàn)了超采問題，使區(qū)域地下水排泄量超過了區(qū)域地下水補(bǔ)給量，形成了以柏鄉(xiāng)為中心的寧-柏-隆淺層地下水位降落漏斗和以南宮市為中心的南-巨-威深層地下水位降落漏斗。漏斗區(qū)地下水埋深不斷增加，含水層被疏干空間持續(xù)擴(kuò)大。截止到2009年年底，寧柏隆淺層地下水漏斗區(qū)面積發(fā)展到 2470km2，漏斗中水位埋深為 63．82m(水位-24．32m)，下降速率達(dá) 1．28m/a;南(宮)巨(鹿)威(縣)深層地下水漏斗區(qū)面積為4410km2，漏斗區(qū)中心水位埋深達(dá) 85．28m(水位 -57．29m)，下降速率達(dá) 2．08m/a。

表1 地下水降落漏斗統(tǒng)計(jì)一覽表

目前，邢臺(tái)市平原區(qū)淺層水總超采面積5489km2，占平原區(qū)總面積的61．6%，其中超采面積5061km2，超采區(qū)主要分布于邢臺(tái)市市區(qū)全部、沙河?xùn)|部、南和全部、任縣西部、柏鄉(xiāng)大部、臨西東南部、寧晉大部、內(nèi)丘東部、隆堯中南部、巨鹿中西部、平鄉(xiāng)大部、清河西部;嚴(yán)重超采區(qū)分布于邢臺(tái)市寧晉西南部、柏鄉(xiāng)東部、隆堯北部、臨西縣童村鄉(xiāng)，面積428km2，占總超采的7．8%。深層地下水超采總面積5495km2，其中，超采區(qū)面積1330km2，占總超采面積的24．2%，主要分布于寧晉東部、平鄉(xiāng)西部、隆堯東部、威縣南部、任縣東部、廣宗中部、臨西西部、新河西部;嚴(yán)重超采區(qū)面積4165km2，占總超采面積的75．8%，主要分布于寧晉東南部、新河?xùn)|部、隆堯東北部、南宮全部、巨鹿全部、平鄉(xiāng)東北部、廣宗北部、臨西東北部、清河全部、威縣大部，形成了河北中南部平原區(qū)深淺層地下水復(fù)合漏斗區(qū)。

1.3 地下水流場發(fā)生變化

邢臺(tái)市平原區(qū)地下水開采引發(fā)了地下水流場變化:20世紀(jì)60年代以前，開采初期的淺層地下水流場，地下水補(bǔ)徑排過程強(qiáng)烈，流向是從太行山前匯流向東部平原地區(qū);20世紀(jì)60年代至80年代初期，主要受農(nóng)田打井影響，地下水水位普遍下降，局部出現(xiàn)季節(jié)性漏斗但不明顯，地下水流場的匯流方向沒有改變;20世紀(jì)80年代中期至21世紀(jì)初期，在受農(nóng)業(yè)開采影響的基礎(chǔ)上加上受城鎮(zhèn)和工業(yè)發(fā)展的影響，地下水水位大幅度下降，區(qū)域性地下水降落漏斗成為最主要的特征并引起地下水流場變異，地下水匯流方向主要是流向漏斗中心。以不同年代地下水水位(埋深)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，在地下水未被大量開采的情況下，子牙河平原淺層地下水(第一、第二含水層組)，黑龍港平原咸水體較薄的第一、第二含水層組的多年水位動(dòng)態(tài)變化基本上與降水過程有同步變化趨勢(shì)，屬于降水入滲補(bǔ)給——蒸發(fā)徑流排泄型;在地下水被大量開采情況下，子牙河平原與黑龍港平原淺層地下水屬于降水入滲——徑流開采型;第三、第四含水組動(dòng)態(tài)類型屬于徑流越流補(bǔ)給——開采型。

1.4 地質(zhì)環(huán)境危害效應(yīng)加劇

1．4．1 地面沉降

地下水的超采，在導(dǎo)致平原區(qū)部分區(qū)域含水層接近疏干的同時(shí)，還引發(fā)了一系列的地質(zhì)災(zāi)害。地下水含水層被疏干，特別是深層水的疏干，必然導(dǎo)致相關(guān)的粘性夾層塑性形變，造成地面沉降。區(qū)域性地面沉降包括地裂縫和地面塌陷。地面沉降的分布與地下水位降落漏斗范圍相同，地下水位下降漏斗發(fā)展越迅速，漏斗面積越大，則該區(qū)域地面沉降越顯著。根據(jù)研究區(qū)觀測(cè)資料分析，以南宮為中心的地面沉降帶，與深層地下水水位降落漏斗中心一致，地面沉降涉及的縣市有南宮市、新河縣、廣宗縣、威縣、清河縣、臨西縣等6個(gè)縣市，總面積3778km2。截止至2009年底，南宮市地面累計(jì)沉降量大于0．9m，深層水開采區(qū)地面平均沉降0．32m。

在深層水超采區(qū)產(chǎn)生地面沉降的同時(shí)，平原區(qū)淺層地下水的超采，亦引發(fā)了一系列地質(zhì)環(huán)境問題，如2006年6月30日和8月31日柏鄉(xiāng)及隆堯兩縣分別出現(xiàn)了長約8km和長約2．5km的地裂縫，使附近的地面建筑物受到不同程度的破壞。

1．4．2 咸水入侵

近幾十年來，隨著河流干涸化的不斷發(fā)展和淡水利用量的不斷增加，地下水位急劇下降，在有咸水分布區(qū)導(dǎo)致了淡水水頭低于附近咸水水頭，從而引起咸水入侵，隨著咸水體不斷浸染淡水體，使淡水分布面積明顯縮小，咸水面積不斷擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，邢臺(tái)市有咸水分布區(qū)1984年淺層淡水分布面積為 6265km2，1997 年減少到 4984．1km2，年均縮減98．5km2;相應(yīng)地咸水分布面積則由1984年的2646km2，增加到1997年的3926．9km2，平均每年有98．5km2的淡水為咸水浸染。咸水入侵是一個(gè)不可逆的過程，一旦入侵，就很難恢復(fù)原來的地下水質(zhì)。

1．4．3 咸水界面下移

在邢臺(tái)市咸水分布區(qū)，深層地下水的長期超采，改變了深層地下水水流的補(bǔ)給、排泄的自然狀態(tài)。原始狀態(tài)下的深層承壓水的補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)消失，地下水水流從補(bǔ)、徑、排的循環(huán)型承壓水流變?yōu)殚_采條件下的下滲、消耗型承壓水流。在上世紀(jì)70年代深層地下水開采初期，開采量較小，深層水頭和淺層水頭基本接近，深層水水流的流場的補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)基本保持自然狀態(tài)。機(jī)井開采量基本以截取水平徑流、削減自然排泄為主。隨著大規(guī)模開采地下水，原來地下水流的側(cè)向徑流不能滿足開采需求，造成深層地下水位大規(guī)模持續(xù)下降，深層地下水與淺層地下水的水位差不斷加大(深層水頭低于淺層咸水水頭幾十米)，為上部咸水補(bǔ)給深層地下水提供了必要的動(dòng)力條件，從而淺層地下水向深層地下水的越流量有逐年增多的趨勢(shì)，使咸水底界面整體緩慢下移，經(jīng)計(jì)算黑龍港咸水區(qū)每年咸水底界面下移量為0．84～1．06m。根據(jù)地下水觀測(cè)資料分析，從1984年深層淡水與淺層咸水水頭差明顯增大，咸水界面按1984年開始計(jì)算，到2009年，黑龍港咸水區(qū)底界面下移量為12～16m。隨著深層淡水開采量增大，淺層咸水位與深層淡水位逐漸增大，導(dǎo)致咸淡水界面下移，在南宮、威縣、新河一帶，下移界面超過機(jī)井對(duì)上層咸水封閉層的深度，使原來的淡水井變成咸水井，影響居民生活用水。如新河縣蘇章村1998年6月化驗(yàn)結(jié)果為:溶解性總固體870mg/L，氯化物為180mg/L;2002年10月對(duì)地下水化驗(yàn)結(jié)果為:溶解性總固體1200mg/L，氯化物為424mg/L，咸水界面下移對(duì)水質(zhì)影響明顯。

2 地下水環(huán)境劣變?cè)?/h2>

2.1 入境水量減少

由于各河道上游對(duì)地表水資源的開發(fā)利用增加，地表水資源得到了充分的積蓄和利用，相應(yīng)地影響到下游河道的輸水、補(bǔ)給等功能。從年代平均入境水量統(tǒng)計(jì)看，20世紀(jì)50年代 30．97 億 m3，60 年代 23．38 億 m3，70 年代 13．70 億 m3，衰減幅度分別為24．6%、55．8%;80年代入境水量急劇減少，由70年代的13．70億 m3，減少到80年代的6．60億 m3，衰減幅度達(dá)51．8%;90年代入境水量7．34億 m3(包括引黃過境水量3．9億 m3)，與80年代基本持平，2001～2009年平均入境水量為4．75億 m3，全區(qū)入境水量呈明顯衰減趨勢(shì)，見圖3。

圖3

2.2 自產(chǎn)水量減少

由于下墊面等因素的改變，邢臺(tái)市自產(chǎn)水量亦出現(xiàn)了明顯的減少趨勢(shì)。地表水資源量20世紀(jì)50年代平均為7．18億 m3，60年代平均為8．24億 m3，比 1956～2000年系列均值分別偏多32．4%和51．8%;70年代至90年代分別偏少13．3% 、40．7% 和 32．3% ，本世紀(jì)初偏少 43．1% ，見表 2。

表2 邢臺(tái)市地表水資源量年代變化統(tǒng)計(jì)表

自產(chǎn)和入境水量的減少，使得邢臺(tái)市平原區(qū)所有河道，除個(gè)別豐水年份的汛期外，幾乎常年無水。沿河一帶的地表水灌區(qū)已經(jīng)沒有地表水可以利用。一般年份河道斷流天數(shù)均在300天以上，即使在大水年的1996年河道斷流的最少天數(shù)也在230天以上。由于河道過水量減少，相對(duì)應(yīng)地對(duì)淺層水補(bǔ)給量亦大幅減少。

2.3 地下水開采量持續(xù)增加

20世紀(jì)70年代以來，隨著城鎮(zhèn)的擴(kuò)大和國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用水量越來越多，而地表水可利用量越來越少，人們不得不擴(kuò)大對(duì)地下水的開采量。20世紀(jì)70年代以前，研究區(qū)內(nèi)主要利用磚井獲取淺層地下水，用于人畜飲用和菜地灌溉，開采量很小;70年代以后，淺層地下水開采機(jī)井?dāng)?shù)量劇增，地下水開采規(guī)模不斷擴(kuò)大。70年代未，機(jī)井?dāng)?shù)量達(dá)到6．69萬眼，開采量12．998億8m3/a，其中深層地下水開采量達(dá)到2．202億m3/a。目前，邢臺(tái)市淺層地下水開發(fā)利用率達(dá)到 138．8% 。

表3 邢臺(tái)市平原區(qū)地下水開采量統(tǒng)計(jì)表

2.4 補(bǔ)給條件發(fā)生變化

邢臺(tái)平原區(qū)地下水補(bǔ)給來源主要是大氣降水和地表水體的入滲。由于上游來水減少和超量開采地下水，引起區(qū)域地下水水位下降、包氣帶厚度增加。大部分區(qū)域，地下水水位埋深已由20世紀(jì)60年代的2～4m下降至目前的20m以下，局部已經(jīng)達(dá)到60多m，降水入滲補(bǔ)給系數(shù)顯著減小，由原來的 0．30 ～0．40 下降到 0．20～0．30。

由于上述諸多因素使得地下水位持續(xù)下降，并引發(fā)了一系列環(huán)境地質(zhì)問題。而生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本條件，是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，因此，必須把地下水作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源，對(duì)地下水開采與利用進(jìn)行規(guī)劃和限制。

3 措施與對(duì)策

3.1 加強(qiáng)節(jié)水管理，實(shí)行全面節(jié)水

實(shí)行全面節(jié)水，要以提高水資源的利用效率為核心。重點(diǎn)研究農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和城鎮(zhèn)生活的節(jié)水潛力和節(jié)水措施。農(nóng)業(yè)方面:調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)及灌溉制度，發(fā)展雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，實(shí)行生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)，重點(diǎn)支持旱作節(jié)水技術(shù)，大力開展農(nóng)業(yè)節(jié)水工程建設(shè)，發(fā)展管道節(jié)水灌溉和渠道防滲，開展輸水系統(tǒng)節(jié)水改造，加強(qiáng)蓄水、引水工程維修和配套設(shè)施建設(shè)以及田間工程節(jié)水改造，推廣地膜棉滴灌農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，采用微灌、噴灌、小白龍灌和滲灌、膜上灌等節(jié)水灌溉技術(shù)。工業(yè)方面:通過建設(shè)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)節(jié)水示范工程，加強(qiáng)電力、鋼鐵、化工、煤炭、造紙、紡織印染等傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造，提高用水效率，降低單位工業(yè)產(chǎn)值的耗水量。限制高耗水工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)，淘汰落后的生產(chǎn)工藝和流程，逐漸實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。生活方面:開展公共節(jié)水改造工程，加強(qiáng)城市輸水管網(wǎng)建設(shè)和改造，加快計(jì)量設(shè)施安裝、普及節(jié)水器具，推廣IC卡計(jì)量技術(shù)，提高農(nóng)村生活計(jì)量率和城鎮(zhèn)生活節(jié)水器具普及率。農(nóng)業(yè)用水是邢臺(tái)平原地下水劣變的主導(dǎo)因素之一。若到2012年末，節(jié)水灌溉面積率達(dá)到70%以上，農(nóng)業(yè)方面節(jié)水潛力為2．75億 m3，必將有效緩解地下水劣變態(tài)勢(shì)。全區(qū)工業(yè)生產(chǎn)總用水量近3億 m3，而且集中開采深層地下水作為供水水源。因此，調(diào)整工業(yè)開采強(qiáng)度布局，逐步關(guān)閉或兼并部分效益差、耗水多、污染重的企業(yè)，可有效緩解深層水超采引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題。

3.2 科學(xué)調(diào)度，優(yōu)化水資源配置

優(yōu)化水資源配置是水資源得以合理開發(fā)利用的關(guān)鍵。要加強(qiáng)地表水與地下水，淺層水與深層水，當(dāng)?shù)厮c外來水，雨水和洪水、傳統(tǒng)水源與非傳統(tǒng)水源的優(yōu)化配置和合理利用的研究，采取蓄、泄、滯、引、補(bǔ)綜合措施，最大限度的利用各種水源;加強(qiáng)區(qū)域間的水量調(diào)配，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間水供需的協(xié)調(diào)平衡;加強(qiáng)各行業(yè)、各部門間的水資源優(yōu)化配置，按照水質(zhì)類別和水功能的高低、用戶對(duì)水質(zhì)的要求及水產(chǎn)出效益的高低，分類供水、優(yōu)質(zhì)優(yōu)用。在供水順序上優(yōu)先滿足城鄉(xiāng)人民生活用水和重要工業(yè)用水，統(tǒng)籌兼顧工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)等用水，最大限度的發(fā)揮水資源的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益。

3.3 地表水與地下水聯(lián)合調(diào)蓄

重視地表水與地下水聯(lián)合調(diào)蓄的優(yōu)勢(shì)和功效，利用平原水庫引用和蓄存黃河水以及“南水北調(diào)”引江水，解決地下水調(diào)蓄水源、地表水調(diào)蓄空間，逐步改善和修復(fù)地下水位漏斗區(qū)地質(zhì)環(huán)境和地下水可持續(xù)利用能力。

3.4 加強(qiáng)本地劣質(zhì)水資源化利用

邢臺(tái)市平原區(qū)地下水有咸水分布區(qū)總面積3926．9km2，地下蘊(yùn)藏著大量的咸水、微咸水資源，其中淺層咸水、微咸水儲(chǔ)存資源量分別為0．89億 m3和4．25億 m3，具有較大的利用潛力。適當(dāng)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)咸水、微咸水的利用和咸淡水混灌，可緩解地下水劣變問題。同時(shí)，認(rèn)真貫徹國家提出的“先節(jié)水后調(diào)水，先治污后通水，先環(huán)保后用水”方針，加大污水處理力度，使污水資源化。

4 結(jié)語

解決地下水問題，必須采取行政的、法律的、技術(shù)的和經(jīng)濟(jì)的手段，強(qiáng)化水資源統(tǒng)一管理，治污為本，節(jié)水優(yōu)先，多渠道開源，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、實(shí)行水資源總量控制和定額管理、控制開采地下水、控制地下水環(huán)境惡化、建立地下水管理信息系統(tǒng)，保護(hù)好水環(huán)境，以水資源可持續(xù)利用來保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

［1］邢臺(tái)市水務(wù)局，邢臺(tái)水文水資源勘測(cè)局．邢臺(tái)市水資源評(píng)價(jià)報(bào)告［R］，2006．6．

［2］邢臺(tái)市水務(wù)局，邢臺(tái)水文水資源勘測(cè)局．邢臺(tái)市水資源公報(bào)［R］，2000 ～2009．

［3］邢臺(tái)市水利局，邢臺(tái)市地質(zhì)礦產(chǎn)局．邢臺(tái)水文水資源勘測(cè)局．河北省邢臺(tái)市地下水資源開發(fā)利用規(guī)劃報(bào)告［R］，1997．8．

［4］韓廷印，景彥亭．邢臺(tái)市水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)可行性研究［J］．地下水，2010．2．

［5］任權(quán)，張登杰，韓廷?。纤闭{(diào)中線工程可帶動(dòng)邢臺(tái)市咸水利用可行性分析［J］．水科學(xué)與工程技術(shù)，2003．1．