北京市規(guī)劃市區(qū)自備井停采方案研究

路 明，王新娟，許苗娟，韓 旭

（北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195)

0 引言

自備井供水曾經(jīng)是北京城市供水的重要方式之一，在城市生產(chǎn)、生活中占重要地位。隨著近幾年城市自來(lái)水管網(wǎng)覆蓋范圍的擴(kuò)大、城區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)水措施力度的加大，以及部分地區(qū)地下水水質(zhì)惡化等原因，自備井開(kāi)采量呈逐年遞減，停采自備井?dāng)?shù)量逐年增加。

目前，市區(qū)自備井仍在使用的有1316眼，用作備用供水井的有460眼，總數(shù)達(dá)到1776眼，2006年開(kāi)采量達(dá)到1.96×108m3，這些自備井在補(bǔ)充城市生活供水中發(fā)揮了巨大的作用。但是由于自備井開(kāi)采難于統(tǒng)一規(guī)劃管理，同時(shí)在開(kāi)采中的水質(zhì)監(jiān)測(cè)與水資源保護(hù)工作也面臨較大的困難。

為了改善市區(qū)的地下水環(huán)境，提高供水質(zhì)量，北京市計(jì)劃對(duì)市區(qū)范圍內(nèi)水質(zhì)不合格或供水管網(wǎng)已經(jīng)覆蓋到的，但仍在使用供生活飲用水的自備水井進(jìn)行更換，并有步驟的停采部分自備井，擬停采100眼井。鑒于以上需求，我們從水文地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)、地下水環(huán)境變化、城市發(fā)展需要等方面加以分析研究，依據(jù)地下水資源情況，確定自備井停采方案，為規(guī)劃部門(mén)制定規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 規(guī)劃市區(qū)范圍

北京市規(guī)劃市區(qū)位于北京城中心，東鄰?fù)ㄖ輩^(qū)、南接大興區(qū)、西依西山、北靠昌平區(qū)，總面積1080km2，包括東城、西城及近郊區(qū)的朝陽(yáng)、海淀、豐臺(tái)、石景山、門(mén)頭溝等。按鄉(xiāng)鎮(zhèn)界限又可分為22片，中心城區(qū)由東城、西城、崇文、宣武（2010年西城與宣武合并為西城，東城與崇文合并為東城）組成；近郊8片指北郊、東北郊、東郊、東南郊、南郊、西南郊、西郊、西北郊；邊緣集團(tuán)指近郊8片外圍的10個(gè)獨(dú)立區(qū)域，分為北苑、酒仙橋、東壩、定福莊、垡頭、南苑、豐臺(tái)、石景山、西苑、清河。本次研究以22片為依據(jù)，最終提供各片區(qū)停采方案。

1.2 氣象

北京地區(qū)屬典型暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨。根據(jù)北京市氣象站多年資料統(tǒng)計(jì)，1971～2010年北京站多年平均降水量541.2mm，最大降水出現(xiàn)在1994年，降水量為813.2mm，最小降水量出現(xiàn)在1999年，降水量?jī)H266.9mm。

1999～2010年以來(lái)，北京遭遇了罕見(jiàn)的多年連續(xù)干旱年，除2008年為平水年外，其余各年份均為枯水年。

1.3 水文地質(zhì)條件概述

北京市規(guī)劃市區(qū)位于永定河沖洪積扇，地下水屬永定河沖洪積扇地下水子系統(tǒng)，地下水含水層結(jié)構(gòu)及賦水特征如下：

含水層由單一的砂、卵、礫石潛水含水層，過(guò)渡到砂、礫石層和粘土層交替出現(xiàn)的多層含水層。根據(jù)研究區(qū)的含水層結(jié)構(gòu)特征、邊界條件和地下水流場(chǎng)等，在垂向上分為4個(gè)含水層組，其中第一層為潛水含水層，第二、第三、第四層為承壓含水層。目前，第一、第二承壓含水巖組是主要開(kāi)采層，第三承壓含水巖組尚未大規(guī)模開(kāi)采。

沖洪積扇頂部及上部地區(qū)砂、卵石裸露，是平原區(qū)地下水的主要補(bǔ)給區(qū)，含水層多為單層結(jié)構(gòu)的砂卵石潛水含水層，單井出水量大于5000m3/d；沖洪積扇的中上部地區(qū)，為二—三層結(jié)構(gòu)的砂卵礫石含水層，砂卵礫石層與粘性土互層，地下水由潛水過(guò)渡到承壓水，單井出水量一般可達(dá)3000～5000m3/d；沖洪積扇中下部區(qū)，含水層結(jié)構(gòu)由沖洪積扇中上部單、雙層結(jié)構(gòu)向下逐漸過(guò)渡到多層結(jié)構(gòu)，單井出水量由3000～5000 m3/d過(guò)渡到1500～3000 m3/d，在市區(qū)東北單井出水量由500～1500 m3/d，見(jiàn)圖1。

地下水以水平徑流方式向南、東南方向徑流。

圖1 市區(qū)含水層富水性分區(qū)圖

2 地下水資源現(xiàn)狀分析

2.1 地下水動(dòng)態(tài)特征

以2010年地下水位動(dòng)態(tài)特征為例進(jìn)行描述。

（1）潛水地下水特征

枯水期：地下水潛水區(qū)大部分地區(qū)為上升區(qū)，且上升幅度一般為0～1m。西南郊、豐臺(tái)北部最大升幅達(dá)2m以上。石景山西部、豐臺(tái)西北部、東北郊及東郊部分地區(qū)為下降區(qū)，降幅多為0～1m。

豐水期：地下水潛水區(qū)大部分地區(qū)為下降區(qū)，下降幅度一般為0～1m，海淀四季青至石景山下降幅度達(dá)2～3m。上升區(qū)有城中心區(qū)大部和朝陽(yáng)南部，升幅一般為0～1m。

（2）承壓水地下水特征

枯水期：地下水承壓水區(qū)大部地區(qū)為上升區(qū)，上升幅度一般為0～1m，中心城區(qū)及北郊升幅達(dá)2～3m。朝陽(yáng)南部地區(qū)降幅為0～1m，海淀蘇家坨地區(qū)、地區(qū)降幅大于1m。

豐水期：地下水承壓水區(qū)除城中心區(qū)地區(qū)上升，上升幅度1～2m外，大部地區(qū)為下降區(qū)。市區(qū)南部的大部分地區(qū)降幅較小一般為0～1m，西北部地區(qū)降幅較大一般為1～3m。

2.2 地下水化學(xué)特征

（1）地下水化學(xué)特征

在永定河沖洪積扇的上部、中部及永定河沖洪積扇下部150～180m以上水化學(xué)特征：水化學(xué)類(lèi)型主要是HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Mg·Ca型。在永定河沖洪積扇下部150～180m以下水化學(xué)特征：水化學(xué)類(lèi)型主要是HCO3-Na·Ca型和HCO3-Ca·Na·Mg型。

（2）地下水水質(zhì)特征

根據(jù)北京平原區(qū)第四系松散孔隙水含水層結(jié)構(gòu)，將北京市規(guī)劃市區(qū)地下水劃分為4個(gè)含水層組。承壓水區(qū)第一含水層組底界深度30m左右，屬于潛水層；第二含水層組層底界深度在80～100m，主要為農(nóng)業(yè)開(kāi)采層；第三含水層組底界深度在150～180m左右，為主要的生活及工業(yè)用水開(kāi)采層；第四含水層組底界為第四系基底。

本次評(píng)價(jià)選取pH值、總硬度、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、總鐵、錳、鎘、鉛、陰離子合成洗滌劑、砷、汞、六價(jià)鉻、揮發(fā)酚類(lèi)、氰化物及氟化物共20項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)參數(shù)。采用國(guó)家《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T14848－93中推薦的方法對(duì)北京平原區(qū)各層地下水開(kāi)展質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)。

第一含水層組：市區(qū)單一層區(qū)和多層區(qū)第一含水層組地下水水質(zhì)北部地區(qū)較好，如：西苑、清河、北苑北部、酒仙橋北部及中部、東壩西部水質(zhì)良好。水質(zhì)較差區(qū)由市區(qū)西部貫穿至東部。市區(qū)西南、北郊大部、東西城北部、東北郊西部、東壩西北、垡頭東南等地水質(zhì)極差，超標(biāo)指標(biāo)主要為總硬度、溶解性總固體和硝酸鹽；超標(biāo)原因主要是人為污染。

市區(qū)單一層區(qū)和多層區(qū)第一含水層組地下水水質(zhì)較差和極差區(qū)占市區(qū)面積70%左右，此層含水層組地下水不宜作為飲用水源加以利用，見(jiàn)圖2。

圖2 第一含水層組水質(zhì)分區(qū)

第二含水層組：分布在西郊-西南郊-豐臺(tái)以東地區(qū)，地下水水質(zhì)北部、東北部地區(qū)較好，市區(qū)中部、南部及東南較差，南郊地區(qū)地下水水質(zhì)極差，超標(biāo)指標(biāo)主要為總硬度和溶解性總固體，超標(biāo)主要是由于人為污染造成的。超標(biāo)區(qū)面積小于單一層區(qū)和多層區(qū)第一含水層組，見(jiàn)圖3。

圖3 第二含水層組水質(zhì)分區(qū)

第三、四含水層組：主要分布在北郊-東郊-東南郊以東地區(qū)，大部分地區(qū)，水質(zhì)較好。在東壩中部、酒仙橋東部水質(zhì)較差，超標(biāo)指標(biāo)主要為鐵、錳和氟化物，其屬天然劣質(zhì)地下水，見(jiàn)圖4。

圖4 第三、四含水層組水質(zhì)分區(qū)

總體上，市區(qū)第三、四含水層組地下水水質(zhì)好于第二含水層組，第二含水層組水質(zhì)好于單一層區(qū)和多層區(qū)第一含水層組，北部地區(qū)水質(zhì)好于南部地區(qū)。

2.3 可利用水資源情況

（1）地表可用水資源

根據(jù)地區(qū)水資源可利用狀況分析，只有密云水庫(kù)和官?gòu)d水庫(kù)的地表水可作為城市水資源。2010年全市地表水可用水資源量4.6億m3，南水北調(diào)水2.6億m3，合計(jì)7.2億m3。

（2）地下水可開(kāi)采資源

由于地下水含水層具有較強(qiáng)的多年調(diào)節(jié)功能，在枯水年份可以適當(dāng)動(dòng)用部分儲(chǔ)存量，豐水年份再補(bǔ)充恢復(fù)，所以地下水可開(kāi)采資源量可采用多年平均值。根據(jù)多年觀測(cè)資料，對(duì)市區(qū)地下水進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，提出在目前開(kāi)采技術(shù)條件下，多年平均可開(kāi)采量為6.05億m3，規(guī)劃采用5.09億m3。

（3）水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

北京市規(guī)劃市區(qū)工農(nóng)業(yè)和城市生活總用水量為14.77×108m3，其中地下水量為7.14×108m3（含自來(lái)水八廠順義開(kāi)采量約1.59×108m3和向陽(yáng)閘地下水0.19×108m3），占總用水量的48.37%。

地下水資源開(kāi)發(fā)至2000年底，北京市共有9座以地下水為水源向城區(qū)供水的自來(lái)水廠。市區(qū)地下水總開(kāi)采量達(dá)到5.70×108m3，開(kāi)采強(qiáng)度較高，開(kāi)采模數(shù)已達(dá)到57.74×104m3·km-2。

因城區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)水措施力度的加大，地下水資源得以涵養(yǎng)生息，使 中心城區(qū)地下水資源未超采，其余地區(qū)地下水都處于超采、嚴(yán)重超采狀態(tài)。

2.4 自備井水質(zhì)現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)收集到的市區(qū)范圍內(nèi)的824件水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，合格的227件，不合格597件。在22個(gè)行政分區(qū)里北郊、西苑、石景山、清河、豐臺(tái)、西南郊等地的自備井水質(zhì)不合格情況較為嚴(yán)重。在不合格項(xiàng)目中，硬度超標(biāo)的自備井的數(shù)量最大，其次為總α放射性、嗅、味、肉眼可見(jiàn)物等，另外，鐵、鋅等也在部分井中超標(biāo)。

（1）中心城區(qū)

北京中心城區(qū)的自備井開(kāi)發(fā)時(shí)間較早，自備井?dāng)?shù)量較大，東城自備井密度1.2眼/km2，西城為2.6眼/km2。

東城區(qū)統(tǒng)計(jì)自備井?dāng)?shù)為53眼，其中在用31眼，主要開(kāi)采層位為潛水和淺-深層承壓水，對(duì)10眼自備井的水質(zhì)進(jìn)行分析，其中有7眼不合格；西城區(qū)現(xiàn)有自備井71眼，在用34眼，水質(zhì)不合格井?dāng)?shù)大于合格井?dāng)?shù)，淺井水質(zhì)普遍較差。

（2）近郊四區(qū)

北郊共有自備井49眼，在用35眼，出水水質(zhì)狀況較差，超標(biāo)井井深多集中在200m以下；東北郊有自備井9眼，在用6眼，對(duì)8眼井的水質(zhì)檢測(cè)有6眼不合格；東郊有自備井85眼，在用65眼，出水水質(zhì)較差，43個(gè)測(cè)試樣中有25個(gè)不合格；東南郊有井70眼，在用53眼，水質(zhì)條件較差，檢出率超過(guò)60%。

南郊有自備井133眼，在用73眼，水質(zhì)條件較差，主要檢出指標(biāo)包括總硬度和硝酸鹽；西南郊的37眼自備井中，21眼在用，水質(zhì)超標(biāo)檢出率超過(guò)80%；西郊自備井?dāng)?shù)量達(dá)到195眼，其中103眼在用，出水水質(zhì)較為復(fù)雜，超標(biāo)指標(biāo)包括總硬度、硝酸鹽、細(xì)菌總量和硫酸鹽等；西北郊自備井?dāng)?shù)量最大，達(dá)到282眼，在用158眼，水質(zhì)超標(biāo)情況也較嚴(yán)重。

（3）周邊地區(qū)

北苑有自備井57眼，在用36眼，有少量基巖井，水質(zhì)超標(biāo)檢出率50%，主要污染指標(biāo)為總硬度和鐵；酒仙橋有自備井66眼，在用45眼，水質(zhì)檢測(cè)29眼中有16眼超標(biāo)，主要污染指標(biāo)為總硬度；東壩有井50眼，在用38眼，水質(zhì)超標(biāo)檢出率超過(guò)60%，主要檢出指標(biāo)為總硬度；定福莊有自備井172眼，在用130眼，水質(zhì)檢驗(yàn)65眼中有42件不合格。

垡頭有自備井80眼，在用58眼，水質(zhì)超標(biāo)檢出率超過(guò)70%，主要污染指標(biāo)為總硬度；南苑有井103眼，在用62眼，水質(zhì)檢測(cè)43件中有30件超標(biāo)，主要檢出指標(biāo)為總硬度等；豐臺(tái)有井243眼，在用122眼，水質(zhì)超標(biāo)檢出率達(dá)到80%，超標(biāo)指標(biāo)包括總硬度、硝酸鹽、溶解性總固體等；石景山有井175眼，在用101眼，水質(zhì)條件較差，在水質(zhì)檢測(cè)45眼井，有41眼水質(zhì)不合格。

西苑有自備井173眼，其中在用103眼，水質(zhì)條件較差，主要污染指標(biāo)包括總硬度和硝酸鹽等；清河有井89眼，在用46眼，水質(zhì)檢測(cè)29件中有24件不合格。

3 自備井部分井停采方案分析

3.1 市區(qū)自備井利用狀況

自備井開(kāi)采在一定程度上打破了區(qū)域地下水資源的均衡，如在市區(qū)西部的西苑、石景山、西郊、西北郊豐臺(tái)等地自備井?dāng)?shù)量和密度都較大，而該區(qū)域也同時(shí)屬于地下水嚴(yán)重超采區(qū)。受城市化向東擴(kuò)張影響。近年來(lái)，定福莊、南苑、南郊的自備井?dāng)?shù)增長(zhǎng)較快，現(xiàn)有自備井?dāng)?shù)量與分布密度也較大，這些地區(qū)地下水資源也處于嚴(yán)重超采狀態(tài)。

3.2 自備井運(yùn)行存在的問(wèn)題

目前，北京市運(yùn)行開(kāi)采遇到的主要問(wèn)題是水井出水能力降低、水質(zhì)惡化和對(duì)周邊水井供水造成影響等。水井出水能力降低及與周邊開(kāi)采井的相互影響主要受水文地質(zhì)條件、區(qū)域水資源變化情況、自備井質(zhì)量和維護(hù)使用情況等因素控制。水質(zhì)惡化除了因超量開(kāi)采引起外，另一個(gè)主要原因就是人類(lèi)活動(dòng)影響。

3.3 停采自備井方向

從地下水資源開(kāi)采狀況、地下水水質(zhì)狀況、優(yōu)水優(yōu)用、確定停采自備井方向。

（1）地下水資源嚴(yán)重超采區(qū)

自備井分布呈現(xiàn)西、北部多，東、南部數(shù)量相對(duì)較少的特點(diǎn)。

西部的西北郊、石景山、西郊、西南郊、豐臺(tái)等地自備井?dāng)?shù)量和密度都較大，而該區(qū)域同時(shí)屬于地下水嚴(yán)重超采區(qū)。近年來(lái)，受城市化向東擴(kuò)張影響，東壩、定福莊、垡頭、南苑、南郊的自備井?dāng)?shù)量增長(zhǎng)較快，現(xiàn)有自備井?dāng)?shù)量與分布密度也較大，這些地區(qū)地下水資源也處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，見(jiàn)圖6。

圖6 自備井分布及地下水開(kāi)采狀況圖

（2）地下水水質(zhì)較差區(qū) 、極差區(qū)

市區(qū)單一層區(qū)和多層區(qū)第一含水層組地下水水質(zhì)較差區(qū)由市區(qū)西部貫穿至東部，市區(qū)西南、北郊大部、東西城北部、東北郊西部、東壩西北及垡頭東南等地水質(zhì)極差，超標(biāo)指標(biāo)主要為總硬度、溶解性總固體和硝酸鹽；超標(biāo)原因主要是人為污染。

（3）自備井停采方向

綜合以上分析，確定自備井停采思想為：具備自備井密度大、地下水資源超采及地下水水質(zhì)超標(biāo)3個(gè)條件的區(qū)域?qū)嵤┳詡渚P(guān)停。

通過(guò)前述的分析認(rèn)為，石景山、西郊、西南郊、豐臺(tái)、東壩、定福莊、垡頭、南苑、南郊等地，地下水資源處于嚴(yán)重超采狀態(tài)。同時(shí)，該地區(qū)單一層區(qū)和多層區(qū)第一含水層組地下水水質(zhì)較差、極差，超標(biāo)指標(biāo)主要為總硬度、溶解性總固體和硝酸鹽；超標(biāo)原因主要是人為污染，不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，建議對(duì)該區(qū)開(kāi)采淺層地下水的自備井予以關(guān)停，具體情況見(jiàn)圖7。

圖7 市區(qū)自備井停采方向圖

4 結(jié)論

（1）自備井停采選擇在石景山、西郊、西南郊、豐臺(tái)、東壩、定福莊、垡頭、南苑、南郊等地，地下水資源超采嚴(yán)重，第一、二層地下水水質(zhì)又差，建議對(duì)該區(qū)開(kāi)采地下水的自備井予以關(guān)停。

（2）具體停采方案為：石景山停采15眼、西郊停采14眼、西南郊停采4眼、豐臺(tái)停采20眼、東壩停采4眼、定福莊16眼、垡頭停采8眼、南苑停采9眼、南郊10眼。

[1]北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘察開(kāi)發(fā)局，北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).北京地下水[M].北京：中國(guó)大地出版社，2008.

[2]北京市氣象局.北京市1959—2013年氣象資料.2012.

[3]王新娟，許苗娟，路 明等.《北京市平原區(qū)地下水資源年度評(píng)價(jià)報(bào)告2010年》[R].北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).

[4]王麗亞，韓 征等.《北京市平原區(qū)2010年地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)告》[R]，北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).

[5]林 健,陳忠榮,趙 微等.《北京地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)成果報(bào)告》[R].北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).

[6]孫 穎，劉久榮，林 沛等.北京市規(guī)劃市區(qū)地下水環(huán)境變化與自備井供水安全研究報(bào)告[R].北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).