洪山泉流量變化趨勢及衰減成因分析

褚桂紅

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

0 引言

自上世紀(jì)五十年代開始，北方巖溶泉流量在整體上處于不斷下降的趨勢，泉流量衰減成為北方巖溶泉變化的主要特征[1]。山西省作為巖溶泉分布較集中的區(qū)域，全省共有19處巖溶大泉。在氣候和人類活動(dòng)共同作用下，目前晉祠泉與蘭村泉均已斷流。洪山泉作為山西省介休市重要的工農(nóng)業(yè)供水水源，自上世紀(jì)90年代以來，泉域巖溶水被過量開采，導(dǎo)致泉流量急速衰減，泉域內(nèi)工農(nóng)業(yè)用水無法保障，甚至當(dāng)?shù)厝诵箫嬎汲蓡栴}。本文對洪山泉?dú)v年流量趨勢進(jìn)行了分析，并探索了影響泉流量衰減的原因，為相關(guān)部門開展洪山泉巖溶水系統(tǒng)保護(hù)提供依據(jù)。

1 泉域概況

洪山泉位于山西省中部太岳山麓北端，地跨山西省晉中市的介休市、平遙縣和長治市的沁源縣，出流于介休市洪山鎮(zhèn)狐岐山。洪山泉為一泉群，由小池、七星泉、源神池、黑虎泉和槐柳泉等組成[2-3]，泉域面積632 km2，泉域內(nèi)氣候四季分明，降水量多年均值488 mm，平均氣溫10℃。洪山泉巖溶水系統(tǒng)補(bǔ)給來源為大氣降水與河道入滲補(bǔ)給，排泄方式包括泉水出流、向第四系孔隙水潛排、人工開采地下水和礦坑排水等。

2 洪山泉流量變化特征

洪山泉多年（1955-2015年）平均流量為0.926 m3/s，最大流量為1.75 m3/s（1965年），最小流量為0.001 m3/s（2015年），變差系數(shù)Cv為0.51，洪山泉流量多年變化特征見表1。

表1 洪山泉流量特征表

從洪山泉流量變化曲線可以看出（圖1），洪山泉流量大體經(jīng)歷了從波峰-波谷起伏狀態(tài)到直線下降式銳減過程。1956-1979年間，洪山泉徑流量基本處于天然狀態(tài)下，其多年平均徑流量為4 270萬m3/a，該段時(shí)期，洪山泉流量呈現(xiàn)出波峰-波谷起伏狀態(tài)，洪山泉為穩(wěn)定性巖溶大泉；1980-2000年，泉水徑流量由緩慢減小演變?yōu)榧彼黉J減，特別是1997年以后，隨著人類活動(dòng)的增加，泉流量開始斷崖式下跌，該段時(shí)期，泉流量多年均值為3 371萬m3/a，到2000年，泉水徑流量減少到2 052萬m3/a，比1956-1979年系列減少了51.9%；2000-2010年泉水徑流量呈現(xiàn)出由急速衰減到緩慢減少的過程，其多年平均值為726萬m3/a，到2010年泉水徑流量只有258萬m3/a；2011-2015年間，泉水徑流量仍在緩慢地減少，其均值為116萬m3/a，到2015年泉水徑流量只有3萬m3/a左右，下降幅度非常顯著，幾乎到了斷流的地步。洪山泉衰減趨勢見表2。

圖1 洪山泉流量變化曲線

表2 洪山泉徑流量衰減趨勢分析表

3 泉流量衰減成因分析

通過對洪山泉?dú)v年流量趨勢分析得知，洪山泉流量正處于嚴(yán)重衰減甚至即將斷流的狀態(tài)，造成這種局面的原因既有自然因素，也是人類活動(dòng)干預(yù)的結(jié)果。

1）降水量的減少

大氣降雨作為洪山泉巖溶水系統(tǒng)的主要補(bǔ)給來源，其大小必然控制著洪山泉泉水的出流狀況。根據(jù)晉中市第二次水資源評價(jià)成果，1980-2000年系列比1956-1979年系列降水量減少了11.2%，而洪山泉流量減少了21.1%，說明泉水流量衰減速度遠(yuǎn)大于降水量的衰減速度。進(jìn)入2000年以后，降水量雖然有所增加，但泉水徑流量卻繼續(xù)呈衰減趨勢，說明降水量的變化只是造成泉水流量衰減的影響因素之一，不是主要影響因素。

2）巖溶水開采量增加

上世紀(jì)80年代之前，人工鑿井取用洪山泉巖溶水資源量較少，80年代之后逐步增加，巖溶水開采量由1991年的326.48萬m3/a增加到1998年的632.6萬m3/a，之后開始有所下降，但年均開采量均保持在500萬m3/a左右。巖溶水的開采，直接襲奪了洪山泉水資源量，對泉水量的衰減造成了較大影響。同時(shí)巖溶水的過量開采，打破了地下巖溶水系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)，造成了洪山泉域巖溶地下水水位持續(xù)下降、甚至形成了區(qū)域性的地下水位降落漏斗[1]，而降落漏斗的不斷擴(kuò)大和向縱深發(fā)展改變了地表水與地下水的補(bǔ)排關(guān)系，從而進(jìn)一步導(dǎo)致泉流量的減小。泉水徑流量與開采量的關(guān)系見圖2。

圖2 洪山泉巖溶水徑流量與開采量關(guān)系

3）煤礦礦坑排水量的加大

煤礦開采改變了泉域內(nèi)地表水與地下水的轉(zhuǎn)化關(guān)系，泉域含水系統(tǒng)內(nèi)無論何處利用井孔開采巖溶水或礦坑中排放地下水，最終都將影響洪山泉的流量，位于排泄區(qū)的煤礦直接排泄巖溶地下水，而位于補(bǔ)給徑流區(qū)的煤礦則在一定程度上破壞了原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，改變了地下水補(bǔ)、徑、排的關(guān)系，使得地表徑流的產(chǎn)匯流規(guī)律發(fā)生變化[4]，而地下水系統(tǒng)循環(huán)結(jié)構(gòu)一旦被破壞，就難以恢復(fù)。因此，從泉域地下水的補(bǔ)給與排泄方面來說，采煤對泉域地下水的破壞和影響將具有永久性和不可逆轉(zhuǎn)性。

4）河流入滲補(bǔ)給量的減少

孔隙水超采對洪山泉也有很大影響[5]。洪山泉泉域與龍鳳河流域有280 km2的重疊區(qū)，河流在灰?guī)r裸露區(qū)的入滲補(bǔ)給是洪山泉的一項(xiàng)重要補(bǔ)給源，孔隙水的大量超采造成了對龍鳳河流量的襲奪，從而減少了龍鳳河對洪山泉的補(bǔ)給，引起了洪山泉流量下降[6]。

4 保護(hù)措施

受氣候、降水、采煤及人類活動(dòng)等多重因素的影響，進(jìn)入本世紀(jì)后洪山泉徑流量急劇衰減，甚至面臨斷流風(fēng)險(xiǎn)，礦坑排水和巖溶水井的開采是洪山泉流量急劇衰減的主要影響因素。由于泉流量的急速衰減，致使泉域內(nèi)工農(nóng)業(yè)和人畜飲水等供水問題突出。面對洪山泉泉域內(nèi)日益嚴(yán)重的水資源短缺狀況，必須采取有效措施加強(qiáng)保護(hù)，爭取在最短時(shí)間內(nèi)使泉水復(fù)流，逐步增加泉水出流量。

1）法律保護(hù)措施

晉中市和長治市應(yīng)成立統(tǒng)一的洪山泉巖溶水管理部門，并根據(jù)《中華人民共和國水法》等相關(guān)法律法規(guī)，開展洪山泉泉域巖溶水保護(hù)工作，包括在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)禁止任何單位和個(gè)人打井、截留、開礦、采石等行為，禁止新建、改建、擴(kuò)建與供水設(shè)施和水源保護(hù)無關(guān)的項(xiàng)目等，在法律層面切實(shí)加強(qiáng)保護(hù)力度，做到令行禁止。

2）工程保護(hù)措施

（1）加強(qiáng)礦坑水的回用

在泉域范圍內(nèi)，所有煤礦均需建設(shè)坑口污水處理站及中水回用工程，處理后的礦坑水可用于礦區(qū)環(huán)境衛(wèi)生及采煤用水，也可用于農(nóng)田灌溉，通過增加中水回用量，減少地下水開采，使地下水得以涵養(yǎng)。

（2）充分利用跨流域調(diào)水量

隨著山西大水網(wǎng)及各地市配套小水網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行，向各地市的地表水供水量均有所增加，特別是介休市，中部引黃工程建成后，向介休供水量2020年為1 346萬m3/a，2030年供水量為1 840萬m3/a，東山供水工程向介休市供水3 755萬m3/a，這些水利工程的建設(shè)與運(yùn)行可極大緩解洪山泉泉域地下水開采的壓力，對泉域復(fù)流意義重大。

3）管理措施

泉域管理部門應(yīng)積極采取措施嚴(yán)格控制泉域內(nèi)地下水開采量，對必須開采地下水的，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行開采量審批制度，同時(shí)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和水環(huán)境宣傳力度，加大地下水觀測網(wǎng)建設(shè)，嚴(yán)格水資源管理。

［1］雷俊琴.洪山泉流量衰減原因分析及泉流量預(yù)測［D］.太原：太原理工大學(xué)，2014.

［2］韓行瑞，魯榮安，李慶松，等.巖溶水系統(tǒng)—山西巖溶大泉研究［M］.北京：地質(zhì)出版社，1993.

［3］王宏義，黃小丹，滕 飛.洪山泉域水源地保護(hù)區(qū)的劃分探討［J］.地下水，2008，30（1）：44-47.

［4］趙宇.洪山泉域現(xiàn)狀分析及石口子水庫運(yùn)行對該泉域的影響［J］.山西水利科技，2015（4）：71-73.

［5］鄧安利，王 帥，曹耀武，等.洪山泉流量對氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)［J］.安全與環(huán)境工程，2015，22（2）：11-14.

［6］張效平，宋 儒.洪山泉流量動(dòng)態(tài)及影響因素分析［J］.中國煤炭地質(zhì)，2002，14（3）：31-32.