神木縣地下水功能區(qū)劃研究

朱亮　楊明楠　康衛(wèi)東　陳璽

摘要：針對神木縣地下水資源分布特點，依據(jù)《地下水功能區(qū)劃分技術(shù)大綱》，選取地下水資源量、開采潛力、水質(zhì)現(xiàn)狀和生態(tài)環(huán)境等因子，將地下水功能區(qū)劃分為開采區(qū)、保護(hù)區(qū)、保留區(qū)3個地下水一級功能區(qū)，集中開采區(qū)、分散開采區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)、不宜開采區(qū)和儲備水源區(qū)6個二級功能區(qū)；綜合考慮各功能區(qū)對水質(zhì)及水位的要求，提出3種地下水保護(hù)分區(qū)類型及針對性的保護(hù)措施：水源地保護(hù)區(qū)既要加強對匯流區(qū)污染物排放量的控制，又要對水源井進(jìn)行科學(xué)管理，提高開采效率；水質(zhì)惡化區(qū)要加強污染源管理，控制劣質(zhì)水體擴(kuò)散；生態(tài)水位保護(hù)區(qū)要優(yōu)化地下水開采方式和開采量，避免因不合理開采而導(dǎo)致水位下降、引起生態(tài)環(huán)境問題。

關(guān)鍵詞：地下水；水功能區(qū)；分區(qū)保護(hù)；神木縣

我國西北地區(qū)降水稀少、蒸發(fā)強烈，地表水資源十分有限，地下水在資源供給、生態(tài)環(huán)境維持和地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定等方面發(fā)揮著重要作用。近年來，一些地區(qū)地下水不合理開發(fā)、污染物大量排放等，引起地下水水位下降、含水層疏干、地下水水質(zhì)惡化等問題，對水資源的可持續(xù)利用、經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，加強地下水資源保護(hù)和管理已刻不容緩。

由于含水層系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此地下水保護(hù)必須以水文地質(zhì)單元為基礎(chǔ)，結(jié)合人類活動和生態(tài)環(huán)境狀況等因素，有針對性地制定地下水開發(fā)利用和保護(hù)措施。水利部于2005年組織編寫了《地下水功能區(qū)劃分技術(shù)大綱》，全國很多省份進(jìn)行了功能區(qū)劃分；國土資源部于2006年印發(fā)了《地下水功能評價與區(qū)劃技術(shù)要求》，并在西北地區(qū)、華北地區(qū)和東北地區(qū)的平原區(qū)開展了地下水功能區(qū)劃研究。本次研究主要依據(jù)《地下水功能區(qū)劃分技術(shù)大綱》，以陜西省神木縣為例，選取地下水系統(tǒng)中的代表性因子進(jìn)行地下水功能區(qū)劃分，并提出地下水保護(hù)措施，以期為當(dāng)?shù)氐叵滤Y源管理提供參考。

1研究區(qū)概況

神木縣位于陜西省最北端，地處黃土高原和毛烏素沙地接壤地帶，有沙漠灘地、黃土丘陵、沙蓋黃土丘陵和河谷4種地貌。黃河一級支流窟野河、禿尾河自西北向東南流經(jīng)該縣，窟野河上游河谷區(qū)、禿尾河中游河谷區(qū)和沙漠灘地區(qū)是地下水主要開采區(qū)。河谷區(qū)多采用傍河管井、滲井、滲渠的形式開采潛水，沙漠灘地區(qū)多采用管井開采地下水，但大規(guī)模管井開采極易形成局部地下水降落漏斗，最終導(dǎo)致依賴地下水的地表植被系統(tǒng)退化。20世紀(jì)90年代以來，隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，神木縣水資源需求量日益增大，大量開采地下水、污染物排放等引起了一系列水環(huán)境問題，亟須開展水資源保護(hù)工作。

2地下水功能分區(qū)

2.1地下水系統(tǒng)劃分

根據(jù)地形地貌、水文地質(zhì)條件、地表水系發(fā)育特征等，將神木縣劃分為窟野河地下水系統(tǒng)（Ⅰ）、禿尾河地下水系統(tǒng)（Ⅱ）、黃河河谷及西岸支流地下水系統(tǒng)（Ⅲ）、紅堿淖閉流區(qū)地下水系統(tǒng)（Ⅳ）和榆溪河?xùn)|側(cè)支溝地下水系統(tǒng)（Ⅴ），各地下水子系統(tǒng)具有獨立的補給、徑流和排泄條件?？咭昂拥叵滤到y(tǒng)（Ⅰ）：地下水接受大氣降水補給和邊界側(cè)向徑流補給后，順地勢從分水嶺向溝谷低處徑流，排泄于各溝谷內(nèi)，匯入窟野河。考考烏素溝、悖牛川和烏蘭木倫河是窟野河上游的主要支流，流域內(nèi)地下水資源相對豐富，是主要的地下水開采地段。禿尾河地下水系統(tǒng)（Ⅱ）：地下水主要接受大氣降水補給，部分沙漠地區(qū)有凝結(jié)水補給，潛水主要以泉或潛流形式排泄，在水位埋深較淺的沙漠灘地區(qū)，蒸發(fā)排泄量較大。黃河河谷及西岸支流地下水系統(tǒng)（Ⅲ）：區(qū)內(nèi)溝谷深切，地形破碎，地下水接受大氣降水補給后向各小支溝排泄，最終匯入黃河。紅堿淖閉流區(qū)地下水系統(tǒng)（Ⅳ）：紅堿淖為沙漠內(nèi)流湖，流域內(nèi)地下水接受大氣降水、沙漠凝結(jié)水和邊界側(cè)向徑流補給，從湖區(qū)四周向紅堿淖湖心徑流。榆溪河?xùn)|側(cè)支溝地下水系統(tǒng)（Ⅴ）：位于神木縣西部邊界，地下水主要接受大氣降水和沙漠凝結(jié)水補給，向下游徑流，最終以泉的形式排泄于榆溪河上游各支溝。

2.2地下水功能的表征因子

地下水系統(tǒng)中水的質(zhì)和量及其在空間和時間上的變化將對社會環(huán)境和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。本文立足于神木縣地下水系統(tǒng)特征，從地下水的自然屬性切入，在綜合分析地下水資源量、開發(fā)利用現(xiàn)狀、水質(zhì)狀況和生態(tài)環(huán)境等因子的基礎(chǔ)上，開展地下水功能分區(qū)，重點關(guān)注地下水的資源功能、生態(tài)環(huán)境功能。

2.2.1地下水資源量及開發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)不同區(qū)域水資源特征，將5個地下水系統(tǒng)細(xì)分為27個獨立的水文地質(zhì)單元，計算各水文地質(zhì)單元的可開采量、現(xiàn)狀開采量、開采潛力指數(shù)P和開采潛力模數(shù)M（見圖1、表1）。神木縣地下水資源可開采量為3.266億ma/a，現(xiàn)狀開采量為1.226億m3/a。超采區(qū)主要位于窟野河上游地區(qū)，區(qū)內(nèi)大規(guī)模工業(yè)用水以及煤礦疏干排水是造成地下水超采的主要原因：采補平衡區(qū)主要位于窟野河下游地區(qū)，該區(qū)人類活動強度不大，地下水開采多為小規(guī)模的分散開采；有開采潛力的地區(qū)主要位于禿尾河流域、黃河河谷區(qū)以及窟野河上游部分小溝域，但大部分地區(qū)開采潛力較小，只有禿尾河中游河谷區(qū)和黃河河谷區(qū)的開采潛力較大，紅堿淖閉流區(qū)雖然有一定的開采潛力，但其生態(tài)環(huán)境極其脆弱，不宜進(jìn)一步擴(kuò)大地下水開采量，見圖2。

2.2.2地下水水質(zhì)狀況

水質(zhì)評價數(shù)據(jù)來源于2013年開展的西北地區(qū)主要城市地下水污染調(diào)查評價項目在陜北獲得的100組樣品數(shù)據(jù)。選用pH值、鈉離子、鈣離子、鎂離子、銨離子、氯離子、硫酸根離子、總硬度、溶解性總固體、耗氧量、鐵、錳、鋅、硝酸根離子、亞硝酸根離子、氟化物、鉛、六價鉻、鉬、砷共20項評價指標(biāo)，運用《區(qū)域地下水污染調(diào)查評價規(guī)范》（DZ/T 0288-2015）推薦的層級階梯評價方法進(jìn)行水質(zhì)評價，繪制地下水質(zhì)量分布圖（見圖3）。研究區(qū)地下水水質(zhì)以Ⅱ、Ⅲ類為主，水質(zhì)整體較好，超標(biāo)的Ⅳ、Ⅴ類水在窟野河流域主要以條帶狀分布于河谷區(qū)，在禿尾河流域呈零星片狀分布。

劣質(zhì)水體分布與區(qū)內(nèi)污染源分布、地貌類型及水文地質(zhì)條件等密切相關(guān)。煤炭及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)是神木縣的主導(dǎo)工業(yè)，礦坑排水、工業(yè)廢水和廢渣、生活污水等是區(qū)內(nèi)主要的污染源。在窟野河上游的黃土丘陵區(qū)，工業(yè)廢渣、廢水及生活污水等大多直接排放在附近溝谷中，最終匯入窟野河，造成河流水質(zhì)惡化，受河水補給的影響，最終形成了沿河谷分布的地下水水質(zhì)惡化帶：在禿尾河流域的沙漠灘地區(qū)，地勢平坦、包氣帶結(jié)構(gòu)疏松、地下水埋深淺，污染物在地表的遷移范圍一般不大，最終形成了與污染源分布一致的地下水水質(zhì)惡化區(qū)。

2.2.3潛在的生態(tài)環(huán)境問題

干旱半干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境對地下水的依賴十分顯著，不合理的開發(fā)活動將誘發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)。研究區(qū)內(nèi)水資源開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在以下3個方面。

（1）天然植被生態(tài)退化。在干旱半干旱地區(qū)，植被是生態(tài)環(huán)境好壞的參照，而植被生長與土壤水分狀況和地下水水位存在直接關(guān)系。陜北地區(qū)不同地貌單元的植被對地下水水位的敏感程度不同，黃土丘陵區(qū)主要分布旱生植物，其生長主要靠降水維持，與地下水關(guān)系不大，屬非敏感區(qū)；河谷區(qū)、風(fēng)沙灘地區(qū)主要分布草甸、人工林等濕生和中生植被，對地下水依賴性強，水位下降極易引起植被退化，屬敏感區(qū)。煤礦疏干排水及管井開采，局部風(fēng)沙灘地區(qū)地下水水位已降至當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)水位埋深閾值（7 m）以下（見圖4），對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。

（2）湖泊、海子逐漸消亡。西北部風(fēng)沙灘地區(qū)海子數(shù)量大幅減少，水域不斷萎縮，從20世紀(jì)90年代至今紅堿淖湖面面積已減小了1/4。湖泊、海子消亡，除受全球氣候變暖、蒸發(fā)增強影響外，還受到建庫攔截地表水、開礦疏干地下水以及無序開采地下水等影響。

（3）河川徑流量衰減?？咭昂訌搅髁侩S煤炭開采量的增加而衰減的趨勢十分明顯，原因是煤炭及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的耗水量大；煤礦疏干排水引起泉流量減小，河川基流大幅減??；煤礦采空區(qū)塌陷，導(dǎo)水裂隙溝通地表，極大地改變了河道徑流條件，導(dǎo)致地表水漏失，造成河川徑流量衰減。

2.3地下水功能區(qū)

將神木縣各流域作為一個系統(tǒng)，統(tǒng)籌兼顧上游與下游、流域與區(qū)域、行業(yè)與部門之間水資源的綜合開發(fā)利用，以其不同主導(dǎo)功能為基礎(chǔ)，進(jìn)行開采區(qū)、保護(hù)區(qū)、保留區(qū)劃分，并進(jìn)一步確定各功能區(qū)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)（見圖5、表2）。

（1）開采區(qū)。將當(dāng)前及規(guī)劃期內(nèi)以開發(fā)利用為主的區(qū)域劃分為開采區(qū)，屬一級功能區(qū)，進(jìn)一步劃分為集中開采區(qū)和分散開采區(qū)兩個二級功能區(qū)。生活用水集中開采區(qū)主要位于窟野河中游縣城以北的河谷區(qū)，包括地下水水源地及其一、二級保護(hù)區(qū)范圍；窟野河支流槨牛川、烏蘭木倫河、考考烏素溝河谷區(qū)、考考烏素溝南側(cè)泉域以及禿尾河中游河谷區(qū)具有一定的開采潛力，但水質(zhì)相對較差，可作為工業(yè)用水集中開采區(qū)；分散開采區(qū)主要位于河谷區(qū)的外圍，這些區(qū)域水質(zhì)好，但開采潛力不大，可作為當(dāng)?shù)鼐用耧嬘眉稗r(nóng)業(yè)灌溉水源。

（2）保護(hù)區(qū)。包括水源涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)保護(hù)區(qū)兩個二級功能區(qū)，水源涵養(yǎng)區(qū)位于禿尾河源頭的宮泊溝、圪丑溝流域，對維持下游瑤鎮(zhèn)水庫供水具有重要意義；生態(tài)保護(hù)區(qū)位于紅堿淖閉流區(qū)，地下水在維持生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。

（3）保留區(qū)。保留區(qū)為地下水開發(fā)利用難度大或有開發(fā)潛力但目前不開采，用于未來水源儲備的區(qū)域。劃分為不宜開采區(qū)和儲備水源區(qū)兩個二級功能區(qū)，其中：不宜開采區(qū)包括縣城以下窟野河流域和高家堡以下的禿尾河流域：黃河河谷區(qū)由于可以大量激發(fā)河水補給，因此該區(qū)域可以作為神木縣的儲備水源地。

在地下水功能區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，根據(jù)其主導(dǎo)功能，兼顧其他功能用水要求，確定各功能區(qū)的水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)。原則上，對水質(zhì)現(xiàn)狀好于其水功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求的，各水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)不應(yīng)低于現(xiàn)狀：對于目前已經(jīng)趨于臨界值的，要加大保護(hù)力度，防止水質(zhì)惡化；對于目前因污染等原因而導(dǎo)致地下水功能不能正常發(fā)揮的地區(qū)，要結(jié)合實際情況提出水質(zhì)恢復(fù)目標(biāo)，并采取積極的治理措施。

3地下水保護(hù)措施

地下水保護(hù)必須根據(jù)不同地下水功能區(qū)的水資源、水環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，采取針對性的分區(qū)保護(hù)措施，最終實現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用。研究區(qū)主要包括3種地下水保護(hù)分區(qū)類型：水源地保護(hù)區(qū)、水質(zhì)惡化區(qū)和生態(tài)水位保護(hù)區(qū)。

水源地保護(hù)區(qū)必須加強水質(zhì)和水量兩方面的保護(hù)工作。神木縣的主要水源地位于禿尾河、窟野河的河谷地帶，流域內(nèi)的生產(chǎn)、生活廢水大部分排入河流，河谷區(qū)承載著整個流域的污染負(fù)荷，因此要對整個匯流范圍內(nèi)的污染物排放進(jìn)行控制管理，嚴(yán)禁各類不達(dá)標(biāo)水體的排放：河流生態(tài)基流是維持水源地開采量的關(guān)鍵，一方面應(yīng)加大煤一水關(guān)系研究，避免上游煤礦疏干排水引起河川基流量衰減；另一方面沿河分布的滲井、滲渠和管井等取水點應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局、科學(xué)開采，注意開采井之間的相互影響等，避免不合理開采造成取水效率低，誘發(fā)環(huán)境地質(zhì)問題等不良后果。

水質(zhì)惡化區(qū)為Ⅴ類水分布地區(qū)，一部分位于地下水集中開采區(qū)，一部分位于地下水集中開采區(qū)上游，對供水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，必須在污染源調(diào)查及水文地質(zhì)條件詳查的基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)險評估，制定合理措施，控制惡化水體遷移，有必要時可開展局部地下水修復(fù)工作。

生態(tài)水位保護(hù)區(qū)主要位于禿尾河中游高家堡鎮(zhèn)，水位已降至天然植被生態(tài)所依賴的水位以下，應(yīng)改變不合理的地下水開采方式，禁止大規(guī)模管井開采，盡可能采用引泉或截伏流的方式開采地下水，維持地下水水位穩(wěn)定，保護(hù)生態(tài)。

4結(jié)語

神木縣地下水資源可開采量為3.266億m3/a，現(xiàn)狀開采量為1.226億m3/a，整體上具有開采潛力，但受地下水不合理開采、污染等因素影響，局部地區(qū)出現(xiàn)地下水超采、水質(zhì)惡化、水位下降嚴(yán)重等一系列地下水環(huán)境問題，亟須加強保護(hù)工作。綜合分析神木縣地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀、水質(zhì)分布狀況和生態(tài)環(huán)境特征等，將神木縣分為開采區(qū)、保護(hù)區(qū)、保留區(qū)3個地下水一級功能區(qū)，集中開采區(qū)、分散開采區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)、不宜開采區(qū)和儲備水源區(qū)等6個二級功能區(qū)，并確定了各水功能區(qū)的水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)。

污染物排放已造成開發(fā)區(qū)內(nèi)局部地段水質(zhì)惡化，超出水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)，不合理的開采方式引起局部水位降至生態(tài)水位閾值以下，對供水安全和植被生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅。因此，針對不同地下水功能區(qū)的水環(huán)境問題可分為3種分區(qū)保護(hù)類型：水源地保護(hù)區(qū)、水質(zhì)惡化區(qū)和生態(tài)水位保護(hù)區(qū)。水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)水質(zhì)、水位保護(hù)并重，既要加強對匯流區(qū)污染物排放量的控制，又要對水源井進(jìn)行科學(xué)管理，提高開采效率；水質(zhì)惡化區(qū)要加強污染源管理，控制惡化水體擴(kuò)散；生態(tài)水位保護(hù)區(qū)要改變不合理的開采方式，盡可能使地下水水位恢復(fù)到生態(tài)水位閾值內(nèi)。