運(yùn)城市地下水超采及其環(huán)境影響和對策探析

李紅軍

(山西省運(yùn)城市水文水資源勘測分局，山西 運(yùn)城 044000)

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運(yùn)城市地下水超采及其環(huán)境影響和對策探析

李紅軍

(山西省運(yùn)城市水文水資源勘測分局，山西 運(yùn)城 044000)

針對運(yùn)城市地下水超采問題，對運(yùn)城市地下水開發(fā)利用情況進(jìn)行分析，在詳細(xì)闡述運(yùn)城市地下水超采區(qū)分布狀況的基礎(chǔ)上，對各超采區(qū)進(jìn)行了評價，并進(jìn)一步探討了運(yùn)城市地下水超采引起的一系列環(huán)境問題，根據(jù)分析結(jié)果，提出了該區(qū)域地下水超采問題應(yīng)采取的相應(yīng)控制措施，為“十三五” 期間運(yùn)城市地下水資源開發(fā)利用與保護(hù)提供有力支撐。

地下水超采；環(huán)境影響；控制措施

地下水作為運(yùn)城市的主要供水水源，在運(yùn)城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的重要性不言而喻。多年來，由于不盡合理的大量開發(fā)利用地下水，已形成了2個大型地下水超采區(qū)，并進(jìn)一步引發(fā)了諸多環(huán)境問題。對這些問題的分析探討以及在此基礎(chǔ)上提出的相應(yīng)控制措施，對運(yùn)城市地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用及有效保護(hù)具有十分重要的意義。

1　研究區(qū)域概況

1.1地形地貌

運(yùn)城市全市總面積14 233 km2，區(qū)內(nèi)地形比較復(fù)雜，相對高差明顯，最高峰為垣曲境內(nèi)的舜王坪，海拔高度2 321.8 m，最低為黃河岸邊的古城，海拔高度245 m，比差達(dá)2 076.8 m?？v觀全貌，區(qū)內(nèi)自北向南有呂梁山系、汾澮谷地、峨嵋臺地、涑水盆地、中條山系、黃河谷地及垣曲山間盆地等。其中峨嵋臺地(包括鳳凰垣)占全市面積的17.7%，三大斷陷盆地(谷地)面積6 503 km2(含灘地水面面積)，占全市面積的45.7%，山地丘陵(包括山間小盆地)面積占全市面積36.6%[1]。

1.2水文地質(zhì)

本區(qū)水系屬黃河流域，過境河流有黃河、汾河；境內(nèi)河流有涑水河、白沙河、亳清河、允西河、板澗河等大小20余條。全市共有中型水庫 4 座，小型水庫 90 座[2]。

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的賦存條件并結(jié)合具體情況，區(qū)內(nèi)地下水基本類型可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水及變質(zhì)巖和巖漿巖類裂隙水四類。

地下水主要開采類型為汾澮谷地及涑水盆地第四系松散巖類孔隙水。

2　地下水開發(fā)利用

2014年運(yùn)城市實(shí)際供水量139 881萬 m3，地表水源供水量67 533萬 m3；地下水供水量71 436萬 m3，占全市總供水量的51.07%。近年來，地下水供水量幾乎連年占運(yùn)城市總供水量的一半以上，2010年之前甚至連續(xù)多年占到總供水量的70%以上，以2004年為例，全市實(shí)際供水量105 478萬 m3，地下水供水量81 124萬 m3，占全市總供水量的76.91%。

“十二五”期間，這一比例顯著下降，2011年運(yùn)城市地下水供水量占總供水量的51.75%，但這主要是由于近五年來，地表水供水量顯著增加，2004年運(yùn)城市地表水源供水量23 051萬 m3，“十二五”期間，地表水源供水量平均達(dá)到70 000萬 m3以上，2013年最大為77 536萬 m3，故地下水開采量雖有減少，但幅度并不顯著。

運(yùn)城市2004—2014年總供水量和地下水開采量見圖1。

圖1　運(yùn)城市2004—2014年總供水量和地下水開采量

3　超采區(qū)劃分與評價

3.1超采區(qū)劃分

根據(jù)《山西省地下水超采區(qū)評價報(bào)告》內(nèi)容，以2001～2010年為評價期，運(yùn)城市地下水超采區(qū)按水位動態(tài)法[3]劃分為汾澮谷地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)和涑水盆地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)。

汾澮谷地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)分布于新絳縣、稷山縣、河津市，超采區(qū)面積為1 114 km2，為區(qū)域性大面積超采。

涑水盆地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)分布于永濟(jì)、鹽湖區(qū)、臨猗縣、夏縣、聞喜縣和絳縣一帶，超采區(qū)面積為2 873 km2，其中嚴(yán)重超采區(qū)面積725 km2。嚴(yán)重超采區(qū)分布有三處，分布在工業(yè)較集中、人口密集的鹽湖區(qū)以西；鹽湖區(qū)以北—夏縣一帶；以及鳳凰垣以南絳縣一帶。

3.2超采區(qū)評價

運(yùn)城市汾澮谷地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)為農(nóng)業(yè)灌溉集中開采區(qū)，補(bǔ)給量豐富，但多年開采實(shí)踐證明，區(qū)內(nèi)地下水開采量大于補(bǔ)給量，水位持續(xù)下降。根據(jù)2001～2010年評價期水位下降速率分區(qū)圖分析，該超采區(qū)地下水可開采量11 912萬 m3/a，多年平均開采量14 890萬 m3/a，超采量2 978萬 m3/a，開采系數(shù)為1.25，評價期地下水位下降速率0.95 m/a。

涑水盆地是山西省重要的糧棉生產(chǎn)基地，地下水是該盆地主要的供水水源地。根據(jù)2001-2010年評價期水位下降速率分區(qū)圖分析，運(yùn)城市涑水盆地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)地下水可開采量25 817萬 m3/a，多年平均開采量44 725萬 m3/a，超采量18 908萬 m3/a，開采系數(shù)為1.73，評價期地下水位下降速率1.34 m/a，其中嚴(yán)重超采區(qū)地下水位下降速率2.13 m/a。

4　地下水超采的環(huán)境影響

4.1地下水位持續(xù)下降

在上述兩個地下水超采區(qū)內(nèi)各選1眼代表性監(jiān)測井進(jìn)行水位變幅分析。

汾澮谷地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)選用稷山縣下柏長觀井的觀測資料進(jìn)行分析。稷山縣下柏a18號長觀孔2000～2010年水位下降速率為0.49 m/a，水位動態(tài)曲線見圖2。

圖2　汾澮谷地長觀孔2000～2010年水位動態(tài)曲線

涑水盆地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)選用一般超采區(qū)內(nèi)的臨猗縣楊斜長觀井的觀測資料進(jìn)行分析。臨猗縣楊斜a31號長觀孔2000～2010年水位下降速率為1.37 m/a，水位動態(tài)曲線見圖3。

圖3　涑水盆地長觀孔2000～2010年末水位動態(tài)曲線

多年來由于大量掠奪式開采，涑水盆地夏縣-鹽湖區(qū)-永濟(jì)一帶已經(jīng)形成永久性的地下水下降漏斗。

4.2水質(zhì)惡化

工業(yè)廢污水的大量排放，生活污水排入地下水以及農(nóng)業(yè)污灌水的滲入，是地下水污染的直接原因[4]。而地下水位的持續(xù)下降，會改變區(qū)域地下水動力條件，加速廢污水對地下水的污染，從而加劇地下水水質(zhì)惡化[5]。

根據(jù)2014年運(yùn)城市地下水水質(zhì)監(jiān)測成果，全市孔隙水水質(zhì)較差，Ⅳ類水占總監(jiān)測點(diǎn)40.6%，Ⅴ類水占總監(jiān)測點(diǎn)的12.5%，地下水污染直接減少了地下水的可利用量，同時還可能危害到人體健康安全。

4.3咸水倒灌

地下水的超采還引起了鹽湖、硝池的高礦化水倒灌咸化地下水的問題，該問題已成為運(yùn)城市嚴(yán)重的水環(huán)境問題之一。這一問題的出現(xiàn)是由于地下水漏斗區(qū)局部水位低于硝池、鹽池水位，咸淡水介面內(nèi)侵、上移而成[6]。

咸水倒灌不僅減少了地下淡水資源，損失了鹽池與硝池大量的礦產(chǎn)資源，還會引起耕地的鹽堿化，人畜飲水困難等問題[7]。

4.4生態(tài)與地質(zhì)環(huán)境影響

地下水超采除了造成地下水本身的水量水質(zhì)問題，還引發(fā)了生態(tài)環(huán)境與地質(zhì)環(huán)境方面的問題。

例如在運(yùn)城市涑水河源頭的絳縣舜王坪地區(qū)，土地裸露面積已達(dá)46%以上。在大面積降落漏斗區(qū)，地表植物生長困難，再加上人類活動的影響，土地沙化加劇。同時在大面積區(qū)域性地下水降落漏斗區(qū)，還會形成地面沉降[8]。

根據(jù)地震部門提供的數(shù)據(jù)資料，運(yùn)城市地面沉降量見表1。

表1　運(yùn)城市地面沉降量

5　控制措施

根據(jù)以上分析，運(yùn)城市地下水超采區(qū)的治理應(yīng)首先遏制超采和水位持續(xù)下降的態(tài)勢，其次要壓縮地下水超采量，以求實(shí)現(xiàn)采補(bǔ)平衡，合理開發(fā)利用和保護(hù)地下水資源，最后要涵養(yǎng)水源，改善水生態(tài)環(huán)境。

在此基礎(chǔ)上，控制方案考慮如下：

5.1劃分禁采區(qū)

運(yùn)城市涑水盆地超采區(qū)鹽湖濕地禁采區(qū)。運(yùn)城鹽湖是山西運(yùn)城地區(qū)最大的天然湖泊，已列為山西省重要的濕地保護(hù)區(qū)之一。根據(jù)地下水禁采區(qū)劃分原則和鹽湖濕地保護(hù)要求，將鹽湖區(qū)柳馬村以南、解州鹽化廠以東、董家莊以北、長平村以西的區(qū)域設(shè)置為地下水禁采區(qū)，總面積約9.4 km2。

運(yùn)城市涑水盆地超采區(qū)聞喜至夏縣大西鐵路沿線禁采區(qū)。北起鹽湖區(qū)杜東莊東，南至陶上村西南，沿線長約9.3 km，禁采區(qū)面積5.6 km2，年地下水開采量約90萬 m3。

運(yùn)城市涑水河盆地超采區(qū)鹽湖至永濟(jì)大西鐵路沿線禁采區(qū)。東起鹽湖區(qū)北張村西，西至永濟(jì)普樂村南，沿線長約24.7 km，禁采區(qū)面積14.8 km2，年地下水開采量約250萬 m3。

5.2劃分限采區(qū)

運(yùn)城市汾河谷地孔隙淺層地下水限采區(qū)范圍為運(yùn)城市汾河谷地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)的全部區(qū)域，分布在汾澮谷地大部分區(qū)域，面積1 114 km2。運(yùn)城市涑水盆地孔隙淺層地下水限采區(qū)范圍為運(yùn)城市涑水盆地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)除運(yùn)城市涑水盆地超采區(qū)內(nèi)禁采區(qū)外的全部區(qū)域，分布在涑水盆地大部分區(qū)域，面積2 843.2 km2。

5.3水源替代

汾澮谷地孔隙淺層地下水限采區(qū)的替代水源為西范提黃、北趙提黃東擴(kuò)、禹門提黃工程、禹門口東擴(kuò)工程、小浪底供水工程，涑水盆地孔隙淺層地下水限采區(qū)的替代水源為小浪底供水工程、夾馬口引黃、尊村引黃、黃河古賢水利樞紐工程。

5.4污水回用與節(jié)水灌溉

在城市及周邊地區(qū)，通過廢污水處理工程，將廢污水處理成可利用的水，增加地下水壓采的替代水源量。強(qiáng)化農(nóng)田灌溉管理，大力提高灌溉水的有效利用率，摒棄大水漫灌的模式，改進(jìn)溝畦技術(shù)，發(fā)展噴灌 、微灌、滴管，提高天然水的利用率，與非水利措施相結(jié)合，發(fā)揮多種措施的綜合效益。

[1]南陽紅.運(yùn)城市水環(huán)境問題及防治對策研究[J].山西水利.2008(5)：30-31.

[2]張珍.運(yùn)城市地下水超采引起生態(tài)環(huán)境變遷及對策[J].山西水利科技.2007(3)：22-23.

[3]郭秀紅，趙輝.淺談地下水超采區(qū)劃分[J].中國水利.2015(1)：41-43.

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2016-04-07

李紅軍(1969-)，男，山西運(yùn)城人，工程師，主要從事地下水動態(tài)監(jiān)測和管理工作。

P641.8

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1004-1184(2016)05-0088-03