郊區(qū)巖溶泉保泉供水研究——以北京市房山區(qū)為例

許 亮，辛寶東，郭高軒

（北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，100195，北京）

一、概 況

北京市水資源的供需矛盾日益突出，水資源短缺已成為制約城市發(fā)展的主要因素。北京地區(qū)的水資源包括地表水和地下水。地下水資源在北京市的供水中占有重要地位，其供水量占全市總供水量的2/3。尤其是在近年持續(xù)枯水的情況下，地下水在保障城市供水中發(fā)揮了重要的作用。

房山區(qū)位于北京市西南，區(qū)內(nèi)碳酸巖層出露廣泛，約占山區(qū)總面積的70%左右，巖溶地貌發(fā)育，巖溶水含量高。區(qū)內(nèi)有石花洞、銀狐洞、云水洞、仙棲洞等大型溶洞。泉水資源十分豐富，其中著名的有萬佛堂泉、馬刨泉、河北泉、黑龍關泉、甘池泉群、高莊泉以及馬安泉。

區(qū)內(nèi)巖溶泉相較其他名泉研究程度較低，一些地質(zhì)工作者在20世紀七八十年代對本區(qū)部分巖溶泉域進行過研究，劃分了泉域邊界，一些學者對泉域所屬單元進行了劃分，但對泉動態(tài)研究較少。加強對其動態(tài)變化規(guī)律的研究與探討，有利于水資源的統(tǒng)一調(diào)配。

高莊泉群位于大石窩鎮(zhèn)高莊村西，在霞云嶺—龍門臺復向斜的南翼，霧迷山組含水層廣泛分布，地下水沿地勢自北向南徑流，出露于山前。

河北泉位于河北鎮(zhèn)政府門前一級階地前緣，該泉口地處大石河背斜核部，來自西部及西部下寒武統(tǒng)府君山組豹皮灰?guī)r中裂隙巖溶地下水，由大石河河道侵蝕而出露以上升泉形式出流。

二、各泉流量動態(tài)特征分析

1959年以來，房山區(qū)城關站多年平均降水量為575.6mm，年最大降水量為1 037.5 mm，最小降水量為263.1 mm。多年降水的標準差為175.1 mm，變異系數(shù)為0.3。區(qū)內(nèi)有兩個降水偏多的時段：1959—1979 年和 1985—1998年，降水偏少時期有1980—1984年和1999年至今。將整個房山區(qū)分為山區(qū)和平原兩個部分，山區(qū)降水量較平原區(qū)多，房山區(qū)降水量空間分布不均。平原區(qū)多年平均降水量為583.7 mm，多年降水的最小值為205.1 mm，最大值為1 177.9 mm。山區(qū)多年平均降水量為606 mm，多年降水的最小值為312.9 mm，最大值為1 096.9 mm。同時山區(qū)各監(jiān)測站降水量也不同，其中河北鎮(zhèn)站多年平均降水量為635 mm，霞云嶺降水量為620.4 mm，顯示出房山空間降水量不均。

分別計算了豐水年 （P=25%）、平水年（P=50%）、枯水年（P=75%）和極枯水年（P=95%）的降水量，計算結(jié)果見表 1。

降水在年內(nèi)分布極不均勻，降水主要集中在6—8月，占全年降水量的85%，七八月易產(chǎn)生暴雨洪澇。區(qū)內(nèi)3個測站的月降雨量對比可以看出，在7月降雨量均超過了200 mm，而在1月和12月降雨量約為3 mm。

根據(jù)高莊泉20世紀80年代的泉流量與時間曲線（見圖1），最高泉流量可達7萬m3/d，出現(xiàn)在每年的8—10月，即雨季后1～3個月。最低值為3.6萬m3/d，出現(xiàn)在每年的6月左右，平均流量為5.7萬m3/d。

2005年以后，泉流量逐年降低（見圖2），雖高莊泉最高值可達7.4萬m3/d，但最低值為斷流，且從2005—2007年6月雖然有周期性變化，但呈逐年下降趨勢，2008年泉流量恢復至6萬m3/d，但從2008年年末開始，泉流量急劇下降，到2011年8月有斷流現(xiàn)象。高莊泉與張坊應急水源地在同一水文地質(zhì)單元，水力聯(lián)系密切。2005年，富水區(qū)開采地下水，導致泉流量減少，2006年6月，張坊應急水源地開始抽水，但已值雨季，泉流量減少不明顯。隨著抽水量增加，泉流量急劇降低，在2008年9月張坊應急水源地抽水量急劇降低，同時2008年屬豐水年，降水量為655.5 mm，大于多年平均降水量的575.6 mm，補給條件好，泉流量恢復快。之后水源地抽水量持續(xù)增加，2009年抽水量為2 298萬m3，至2010年抽水量為2 641萬m3，同時2009—2010年為枯水年，導致泉流量銳減，至2011年出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，斷流達40天。從泉流量來看，年際變化較大，高莊泉穩(wěn)定性較差。

從周期性角度看，雖然泉流量年際變化較大，但泉流量也呈周期性變化，泉流量動態(tài)曲線顯示，在雨季過后1～3個月泉流量達到峰值，而且峰值可延續(xù)到次年1月，根據(jù)這種特點，泉流量動態(tài)曲線每年都顯出峰谷迭起的形狀，每年泉流呈周期變化，與降水量呈滯后1～3個月相關。

據(jù)河北泉20世紀80年代泉流量圖，最大泉流量1萬m3/d，最小泉流量3 500 m3/d，平均泉水流量為7 200 m3/d。2003年以后，泉流量逐年降低，至2011年3月發(fā)生斷流，且斷流時間長達135天。通過分析泉流量與降水量變化關系，兩者關系不明顯，泉流量周期性較差。

圖1 高莊泉80年代初泉流量

圖2 高莊泉2003年后泉流量

表1 房山區(qū)降水量統(tǒng)計分析表

三、泉流量動態(tài)影響因素分析

通過兩泉流量動態(tài)特征的分析可知，泉流量受大氣降水、集中取水等因素的影響。大氣降水：降水入滲補給在巖溶區(qū)分為直接入滲補給和間接入滲補給兩種方式。高莊泉的補給主要為薊縣系霧迷山組的裸露區(qū)，降水通過裸露區(qū)裂隙巖溶通道進入飽水帶補給地下水。河北泉主要靠其西部及西北部寒武系地層降雨入滲獲得補給，大氣降水一部分形成地表徑流，當流到中奧陶系地層的裸露區(qū)時，下滲進入巖溶含水系統(tǒng)。

20世紀80年代，兩泉的流量均比較大，2005年以來，泉流量逐年減少，分析原因有自然和人為因素的影響：①1999年后，房山地區(qū)為持續(xù)枯水年，近10年平均降雨量為473 mm，為多年平均降雨量的82%，降雨的減少使得入滲補給銳減，造成了泉水流量減少；②泉域范圍內(nèi)人口增加、工業(yè)發(fā)展導致用水量增加，過量開采地下水，襲奪地下水，致使區(qū)域水位持續(xù)降低，上升泉眼處的水頭逐漸降低至泉口高程，甚至發(fā)生斷流。下降泉則只在雨季流出，其余時間干涸。

四、討論與建議

綜上所述，由于每一個泉的補給面積大小、徑流途徑長短及排泄條件不同，造成泉水流量動態(tài)特征不同。在20世紀80年代泉流量穩(wěn)定，2005年以來高莊泉、河北泉群流量逐年降低，隨著城市化的發(fā)展、人口的增加、工業(yè)的發(fā)展，大量使用地表水與過量開采地下水，造成泉流量的減少甚至斷流。

建議在今后水資源開發(fā)利用過程中，加大力度貫徹落實節(jié)水優(yōu)先的原則，提高水資源的利用效率，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構，改變消費結(jié)構，在此前提下再進行資源量開采。此外，在水資源管理工作中，對房山區(qū)內(nèi)新建井進行保泉評價，以避免房山泉群消失。

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