郭莊泉域巖溶水資源評(píng)價(jià)及保護(hù)研究

姚淑霞，王紅全，張志祥

（1.臨汾市汾西水利管理局，山西 臨汾 041000；2.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

山西省是我國(guó)北方巖溶分布最廣泛的省份之一，有很多流量相對(duì)穩(wěn)定的巖溶泉及泉域，在山西省的供水來(lái)源中巖溶水已成為最重要的一項(xiàng)。近年來(lái)，由于自然因素及巖溶水資源開(kāi)發(fā)利用程度的不斷提高，山西泉域巖溶水的循環(huán)機(jī)制發(fā)生了很大變化，各巖溶大泉流量衰減，區(qū)域巖溶地下水位持續(xù)性下降。為此，許多學(xué)者開(kāi)展了泉流量衰減原因分析研究[1-5]，評(píng)價(jià)了泉域巖溶水資源量[6-10]，為巖溶水資源的開(kāi)發(fā)和管理提供了依據(jù)。

郭莊泉是山西省著名的巖溶大泉之一，巖溶水的多年開(kāi)發(fā)為臨汾市、晉中市和呂梁市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。近年來(lái)，隨著泉域各地市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)巖溶水資源需求的持續(xù)增加，如果過(guò)量開(kāi)采郭莊泉域的巖溶水，必然會(huì)產(chǎn)生一系列水環(huán)境問(wèn)題。為確保郭莊泉域巖溶水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，進(jìn)行巖溶水資源評(píng)價(jià)及保護(hù)研究，不僅可為郭莊泉域巖溶水資源合理開(kāi)發(fā)利用提供參考，而且對(duì)該地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文采用理論頻率法對(duì)郭莊泉域巖溶水可開(kāi)采資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合泉域?qū)嶋H提出巖溶水保護(hù)對(duì)策，以期為郭莊泉域巖溶水資源管理和可持續(xù)利用提供參考。

1 泉域概況

郭莊泉出露于山西省霍州市南7km的東灣村至郭莊村汾河河谷中，大部分出露于河漫灘上，少部分出露于一級(jí)階地，南北長(zhǎng)約1.2km，面積約0.5km2。天然狀態(tài)下，泉水以沿汾河河谷出露的泉群或散泉形式出露，大小泉眼60余個(gè)，泉水出露標(biāo)高為516~521m。泉域范圍包括臨汾市的汾西、霍州、洪洞，晉中市的靈石、介休，呂梁市的汾陽(yáng)、文水、孝義、交口等縣（市），總面積5600km2，泉域內(nèi)多年（1955—2007年）平均降水量498.64mm，主要集中在7—9月，占全年降水量的60%以上。汾河自北而南從泉域穿過(guò)，泉域巖溶水主要接受大氣降水和汾河河水滲漏的補(bǔ)給。泉域裸露巖溶區(qū)面積l400km2，隱伏巖溶區(qū)面積4200km2。泉域共有4個(gè)巖溶含水巖組，即寒武系中統(tǒng)含水巖組、寒武系上統(tǒng)含水巖組、奧陶系下統(tǒng)含水巖組和奧陶系中統(tǒng)含水巖組，其中寒武系中統(tǒng)、上統(tǒng)含水巖組與奧陶系下統(tǒng)含水巖組巖溶不發(fā)育，富水性較差，屬弱含水巖組，奧陶系中統(tǒng)含水巖組富水性強(qiáng)，為泉域主要含水巖組。

2 巖溶水資源評(píng)價(jià)

2.1 天然資源量

天然資源量是指在天然條件或人為開(kāi)采狀態(tài)下，巖溶泉域從外界獲得的有補(bǔ)給保證的水量，其數(shù)量以巖溶泉域各項(xiàng)補(bǔ)給量總和的多年平均值表示。由于郭莊泉為全排型泉水，泉水在天然狀態(tài)下的多年平均流量即代表泉域巖溶水天然資源量。根據(jù)1968—2007年郭莊泉流量實(shí)測(cè)資料以及泉域巖溶水開(kāi)采量資料，將郭莊泉流量進(jìn)行還原。經(jīng)計(jì)算求得天然狀態(tài)下郭莊泉多年平均流量為6.63m3/s，即郭莊泉域巖溶水天然資源量為6.63m3/s。

2.2 可開(kāi)采資源量

可開(kāi)采資源量是指經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行和利用后不致造成地下水位持續(xù)下降、水質(zhì)惡化等條件下的多年平均地下水可利用量。

本文采用理論頻率法計(jì)算郭莊泉域巖溶水可開(kāi)采資源量。首先將還原后的泉流量系列按照從大到小的順序排列，然后再求出還原泉流量系列的離差系數(shù)Cv，并令偏態(tài)系數(shù)Cs=2～5Cv，查皮爾遜Ⅲ型頻率曲線(xiàn)的模比系數(shù)KP值表，即可得出不同保證率下的KP值，乘以天然狀態(tài)下多年平均泉流量后，可求得不同保證率下的巖溶水可開(kāi)采資源量，本次以95%保證率下的泉流量作為郭莊泉域巖溶水可開(kāi)采資源量。

經(jīng)計(jì)算，求得離差系數(shù) Cv為 0.25，Cs為 0.5～1.25。經(jīng)過(guò)配線(xiàn)后，取Cs=2Cv，然后查皮爾遜Ⅲ型頻率曲線(xiàn)的模比系數(shù)KP值表，得出不同保證率下的KP值（見(jiàn)表1），評(píng)價(jià)得出95%保證率下的郭莊泉域巖溶水可開(kāi)采資源量為4.18m3/s。

表1 郭莊泉流量理論頻率表

3 保護(hù)對(duì)策

為保證郭莊泉域巖溶水資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)泉域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，結(jié)合郭莊泉域的實(shí)際情況，對(duì)郭莊泉域巖溶水資源采取如下保護(hù)對(duì)策：

3.1 加強(qiáng)泉域巖溶水資源統(tǒng)一管理

要控制郭莊泉域巖溶水資源的過(guò)度開(kāi)采，必須加強(qiáng)泉域內(nèi)巖溶水資源的統(tǒng)一管理，建立跨區(qū)域的泉域巖溶水資源管理機(jī)構(gòu)。同時(shí)加強(qiáng)巖溶水資源的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)巖溶地下水位、水質(zhì)及開(kāi)采量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得必要的數(shù)據(jù)資料，為巖溶水資源統(tǒng)一管理提供依據(jù)。

3.2 建立巖溶水資源合理開(kāi)發(fā)體系

為避免郭莊泉流量趨勢(shì)性衰減及巖溶地下水位持續(xù)下降，泉域巖溶水資源開(kāi)發(fā)總量必須嚴(yán)格限制在巖溶水可開(kāi)采資源量范圍以?xún)?nèi)，同時(shí)應(yīng)提高泉域巖溶水資源開(kāi)發(fā)利用效率，開(kāi)發(fā)替代性水資源，如雨水資源及中水回用等。

3.3 加強(qiáng)巖溶水資源合理配置

郭莊泉域各地市的發(fā)展規(guī)劃和生產(chǎn)力布局要以泉域巖溶水資源的供給與可持續(xù)利用為基本前提，在巖溶水資源的開(kāi)發(fā)利用中合理配置工農(nóng)業(yè)、生活用水及生態(tài)環(huán)境用水，切實(shí)做到以供定需。

3.4 加強(qiáng)巖溶水水質(zhì)保護(hù)

為避免郭莊泉域巖溶水水質(zhì)的進(jìn)一步惡化，應(yīng)嚴(yán)格要求泉域內(nèi)各工礦企業(yè)的污水達(dá)標(biāo)排放，禁止將未經(jīng)處理的廢污水直接排入泉域內(nèi)的河道及溝谷中，同時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)和水環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)要加大監(jiān)管力度。

3.5 建設(shè)泉域節(jié)水型社會(huì)

應(yīng)加強(qiáng)泉域巖溶水取水許可制度的監(jiān)督管理，杜絕高耗水高污染工業(yè)在泉域內(nèi)發(fā)展，以經(jīng)濟(jì)杠桿促進(jìn)各企業(yè)計(jì)劃用水和節(jié)約用水。在積極培育和強(qiáng)化泉域公眾節(jié)水意識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和推廣新技術(shù)、新工藝等措施，建設(shè)泉域節(jié)水型社會(huì)，提高泉域巖溶水資源承載力。

3.6 加強(qiáng)泉域采煤排水管理

采煤排水已對(duì)郭莊泉域巖溶水造成一定程度的破壞，必須加強(qiáng)對(duì)采煤排水的監(jiān)督管理。各煤礦區(qū)在開(kāi)采前應(yīng)查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況制定合理的煤炭開(kāi)采和水資源保護(hù)辦法，在采煤過(guò)程中，加強(qiáng)巖溶地下水監(jiān)測(cè)，嚴(yán)禁在礦井內(nèi)打滲井排水污染巖溶含水層，確保巖溶地下水的水質(zhì)安全。

3.7 加大泉域巖溶水人工補(bǔ)給

根據(jù)郭莊泉巖溶水補(bǔ)給條件，加大泉域巖溶水人工補(bǔ)給，在雨季充分利用泉域內(nèi)分布的陷落柱、落水洞、巖溶漏斗等適宜人工補(bǔ)給的巖溶地貌實(shí)施人工補(bǔ)給巖溶地下水，增加泉域巖溶水資源補(bǔ)給量。

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