山西省地下水超采特征分析

劉宗愷

（山西省水資源研究所，山西　太原　030001）

1　引言

地下水體系是水循環(huán)體系中一個(gè)根本組成部分，是支撐人類(lèi)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要資源。但是，目前地下水資源消耗十分嚴(yán)重，同時(shí)產(chǎn)生了一系列與地下水超采相關(guān)的問(wèn)題，如地面沉降地表水流量減少甚至斷流等。山西省水資源匱乏，總量只有123.8億m3（山西省第二次水資源評(píng)價(jià)），地下水可利用量為51.38億m3，2011年全省地下水開(kāi)發(fā)利用總量達(dá)37.14億m3，占全省地下水可開(kāi)采量的72.28%，地下水開(kāi)發(fā)利用程度較大，在大同市、忻州市、太原市、晉中市、臨汾市和運(yùn)城市的部分區(qū)域已形成地下水超采區(qū)。為此，開(kāi)展山西省地下水超采特征及防治對(duì)策研究，對(duì)迅速遏制全省地下水超采局面，保護(hù)地下水資源，實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)利用，具有重要意義。

2　山西省地下水資源量及可開(kāi)采量

2.1　盆地平原區(qū)地下水資源量及可開(kāi)采量

盆地平原區(qū)是指分布面積大于1000km2的盆地，小于1000km2的盆地合并到山丘區(qū)計(jì)算。根據(jù)盆地平原區(qū)地下水的補(bǔ)給來(lái)源，其總補(bǔ)給量（Q總補(bǔ)）包括降水入滲補(bǔ)給量（Q降）、山前側(cè)向補(bǔ)給量（Q側(cè)）、渠系滲漏補(bǔ)給量（Q渠）、渠灌田間入滲補(bǔ)給量（Q田）、河道滲漏補(bǔ)給量（Q河）、井灌回歸補(bǔ)給量（Q井）。1956年—2000年全省盆地平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量多年平均值為33.57億m3/a，地下水資源量31.83億m3/a，其中年降水入滲補(bǔ)給量16.39億m3/a。1980年—2000年全省8大盆地地下水總補(bǔ)給量多年平均值為32.40億m3/a，地下水資源量30.66億m3/a，其中降水入滲補(bǔ)給量15.22億m3，側(cè)向補(bǔ)給量9.51億m3/a，地表水入滲補(bǔ)給量5.93億m3/a，井灌回歸量1.74億m3/a。

水資源補(bǔ)給條件和水文地質(zhì)條件決定可開(kāi)采的水資源量，盆地平原區(qū)采用開(kāi)采系數(shù)法即可確定可開(kāi)采量。全省盆地平原區(qū)孔隙水年可開(kāi)采量為24.52億m3/a。

2.2　山丘區(qū)地下水資源量及可開(kāi)采量

山丘區(qū)劃分為一般山丘區(qū)和巖溶山區(qū)。

2.2.1一般山丘區(qū)

根據(jù)一般山丘區(qū)地下水的消耗途徑。其補(bǔ)給資源量包括河川基流量（Rg）、側(cè)向潛排量（Q側(cè)）、開(kāi)采凈消耗量（Q凈）。1980年—2000年全省一般山丘區(qū)地下水補(bǔ)給量多年平均為34.71億m3/a。其中河川基流量23.03億m3/a、側(cè)向潛排量8.12億m3/a、開(kāi)采凈消耗量3.56億m3/a。

2.2.2巖溶山區(qū)

巖溶山區(qū)是指天然巖溶泉水流量大于1m3/s的巖溶分布區(qū)，泉水流量小于1m3/s的巖溶分布區(qū)合并在一般山丘區(qū)。計(jì)算方法同一般山丘區(qū)。1980年—2000年全省巖溶山區(qū)年地下水補(bǔ)給資源量平均為29.57億m3。其中年溶泉水實(shí)測(cè)流量19.65億m3、巖溶山區(qū)年側(cè)向潛流量6.62億m3、巖溶水年實(shí)際開(kāi)采量3.30億m3/a。

2.2.3山丘區(qū)地下水資源量

山丘區(qū)地下水資源量即為山丘區(qū)降水入滲補(bǔ)給量，可以近似地認(rèn)為等于一般山丘區(qū)與巖溶山區(qū)的各項(xiàng)排泄量之和。1956年—2000年全省山丘區(qū)多年平均地下水資源量（降水入滲補(bǔ)給量）為67.65億m3/a。1980年—2000年全省山丘區(qū)多年平均地下水資源量（降水入滲補(bǔ)給量）為64.27億m3/a。

一般山丘區(qū)裂隙孔隙水遍布全省各地，富水性較差。全省一般山丘區(qū)孔隙裂隙水可開(kāi)采量為5.78億m3/a。山西省巖溶水資源較為豐富，其排泄形式：一是以巖溶大泉的形式出流地表；二是以地下徑流的形式潛流省外。全省巖溶山區(qū)多年平均巖溶水可利用量為21.08億m3/a（包括巖溶大泉泉口引提水可利用量11.43億m3）。

2.3　全省地下水資源量及可開(kāi)采量

全省地下水資源量即為山丘區(qū)地下水資源量加上盆地平原區(qū)地下水資源量扣除重復(fù)計(jì)算量。

1956年—2000年全省多年平均地下水資源量為86.35億m3/a，多年平均降水入滲補(bǔ)給量為84.04億m3。其中山丘區(qū)多年平均地下水資源量（降水入滲補(bǔ)給量）為67.65億m3，盆地平原區(qū)多年平均地下水資源量為31.83億m3，盆地平原區(qū)多年平均降水入滲補(bǔ)給量為16.39億m3。

1980年—2000年全省多年平均地下水資源量為81.81億m3。其中山丘區(qū)多年平均地下水資源量為64.27億m3，盆地平原區(qū)多年平均地下水資源量為30.66億m3，年重復(fù)計(jì)算量為13.13億m3。

綜上，盆地孔隙水、巖溶山區(qū)巖溶水、一般山丘區(qū)孔隙裂隙水可開(kāi)采量計(jì)算，全省地下水年可開(kāi)采量為51.38億m3（包括巖溶大泉泉口引提水可利用量11.43億m3）。

3　山西省地下水開(kāi)發(fā)利用程度評(píng)價(jià)

3.1　盆地平原區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用程度

根據(jù)山西省水資源評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)，全省盆地平原區(qū)地下水實(shí)際開(kāi)采量為23.84億m3，占全省地下水總開(kāi)采量的64.20%，盆地平原區(qū)開(kāi)發(fā)利用程度為95.81%；從各市孔隙地下水開(kāi)發(fā)利用程度來(lái)看，依次為運(yùn)城市、晉中市、大同市和朔州市。

3.2　巖溶山區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用程度

根據(jù)對(duì)全省19個(gè)巖溶大泉開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀情況調(diào)查分析，2010年山西省19個(gè)巖溶大泉共有25處泉口提、引水工程，水井工程3394眼。山西省巖溶泉域巖溶水資源開(kāi)發(fā)利用量為10.42億m3。全省巖溶泉水資源可利用量為21.23億m3，巖溶水資源開(kāi)發(fā)利用程度為49.09%。

4　山西省地下水超采特征

截至2015年，全省有地下水井10.7萬(wàn)眼，其中相當(dāng)一部分水井深度超過(guò)500m，最深的突破1000m。全省地下水超采量為109億m3。山西省地下水超采區(qū)面積10609km2，占全省總面積的6.80%，其中嚴(yán)重超采區(qū)面積1848km2。

4.1　地下水超采區(qū)分布

海河流域超采區(qū)包括大同市城郊中型孔隙淺層地下水超采區(qū)、朔州市懷仁中型孔隙淺層地下水超采區(qū)、朔州市山陰小型孔隙淺層地下水超采區(qū)、朔州市應(yīng)縣小型孔隙淺層地下水超采區(qū)、忻州市原平小型孔隙淺層地下水超采區(qū)、忻州市忻府區(qū)小型孔隙淺層地下水超采區(qū)6個(gè)地下水超采區(qū)。超采區(qū)面積為760km2，占全省超采區(qū)總面積的7.16%；超采區(qū)實(shí)際開(kāi)采量1.95億m3，年均可開(kāi)采量為1.10億m3，地下水超采量為8489萬(wàn)m3，占全省超采量的18.78%。

黃河流域超采區(qū)包括太原市城郊中型孔隙淺層地下水超采區(qū)、晉中市榆太祁中型孔隙淺層地下水超采區(qū)、晉中市介休中型孔隙淺層地下水超采區(qū)、晉中市榆次區(qū)小型裂隙水超采區(qū)、呂梁市交文中型孔隙淺層地下水超采、呂梁市汾孝中型孔隙淺層地下水超采區(qū)、臨汾市侯馬小型孔隙淺層地下水超采區(qū)、運(yùn)城市汾河谷地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)、運(yùn)城市涑水盆地大型孔隙淺層地下水超采區(qū)、蘭村泉域大型巖溶水超采區(qū)、晉祠泉域大型巖溶水超采區(qū)、洪山泉域中型巖溶水超采區(qū)、呂梁市汾陽(yáng)小型巖溶水超采區(qū)、古堆泉域中型巖溶水超采區(qū)、晉城市高平小型巖溶水超采區(qū)、晉城市城郊中型巖溶水超采區(qū)16個(gè)超采區(qū)。面積為9859km2，占全省超采區(qū)總面積的92.84%；超采區(qū)實(shí)際開(kāi)采量12.56億m3，年均可開(kāi)采量為8.89億m3，地下水超采量為3.67億m3，占全省超采量的81.22%。

4.2　盆地平原區(qū)地下水超采狀況

山西省地下水處于長(zhǎng)期超量開(kāi)采狀態(tài)，使省內(nèi)腹部五大盆地區(qū)域地下水水位持續(xù)下降，形成大面積的降落漏斗區(qū)，超采區(qū)面積達(dá)6396km2，占盆地區(qū)面積的23.52%。現(xiàn)狀年盆地區(qū)各超采區(qū)地下水開(kāi)采量為11.59億m3，超采量為3.84億m3。超采區(qū)主要集中在大同、太原、臨汾、運(yùn)城四大盆地，地下水位持續(xù)下降，使井泵失效、地面下沉、水質(zhì)受到污染、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鄉(xiāng)人畜飲水受到不同程度影響。

4.3　巖溶山區(qū)地下水超采狀況

巖溶大泉中有蘭村泉域、晉祠泉域、洪山泉域、呂梁市汾陽(yáng)、古堆泉域、三姑泉域丹河排泄帶巖溶地下水超采，超采區(qū)面積4223km2，可開(kāi)采量為2.23億m3，現(xiàn)狀年巖溶水開(kāi)采量（含礦坑排水）為2.92億m3，平均開(kāi)采系數(shù)為1.31，地下水超采量為6820萬(wàn)m3，占全省超采量的15.09%。

4.4　超采區(qū)主要環(huán)境特征

4.4.1形成大范圍地下水降落漏斗區(qū)

多年來(lái)，隨著城市和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷發(fā)展，全省地下水的開(kāi)發(fā)利用也逐年增加，開(kāi)采量占總?cè)∷康?0%左右。由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃管理，導(dǎo)致井水分布不均，出現(xiàn)地下水位下降，部分地區(qū)過(guò)度開(kāi)采。從2010年的開(kāi)發(fā)利用程度看，全省盆地地區(qū)超采面積達(dá)6396km2，占盆地總面積的23.52%。太原、運(yùn)城、晉中等地的超采面積已占到全市盆地面積的40%以上。4.4.2地面沉降

地下水的過(guò)度開(kāi)采，使含水層中水的浮托力與松散巖層孔隙水的支持力逐漸減小，同時(shí)提高了砂性土和粘性土的可壓縮性，使土壤收縮，造成地面下陷和地表裂縫。在以地下水為主要水源的城市，如大同、太原、運(yùn)城等地均發(fā)現(xiàn)不同程度的地面沉降和裂縫。

4.4.3巖溶泉水不斷減少甚至停止流動(dòng)

巖溶泉水流量衰減的直接原因就是泉域內(nèi)巖溶地下水的過(guò)度開(kāi)采，據(jù)全省有記錄的16個(gè)巖溶泉地下水開(kāi)采量資料，1956年—1979年平均開(kāi)采量為3.3m3/s，而2010年的開(kāi)采量增加到了19.35m3/s，是前期開(kāi)采量的5.86倍。巖溶泉水流量的減少，將嚴(yán)重阻礙我省國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)造成周邊生態(tài)不可恢復(fù)的破壞。

4.4.4地下水污染加重，水環(huán)境惡化

地下水的不合理開(kāi)采，不僅會(huì)加劇地下水含水層系統(tǒng)的污染，使水環(huán)境惡化，更會(huì)引起“地方病”的高發(fā)，直接危害用水地區(qū)人民的身體健康。

5　超采區(qū)防治建議

第一，地下水關(guān)井壓采和水源調(diào)配，跨水資源分區(qū)和行政分區(qū)，故各市、縣、區(qū)水行政部門(mén)應(yīng)共同協(xié)調(diào)，統(tǒng)一合理調(diào)配水資源。政府及水行政管理部門(mén)要高度重視，成立專(zhuān)門(mén)工作機(jī)構(gòu)統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)各部門(mén)之間的關(guān)系。由水資源管理部門(mén)具體負(fù)責(zé)各項(xiàng)工作，保證地下水治理及關(guān)井壓采順利實(shí)施。

第二，流經(jīng)全省的黃河水入境水量為225億m3，出境水量為358億m3。國(guó)務(wù)院“八七分水方案”分配給山西省年耗用黃河水量為43.1億m3。黃河水保證率高，用水可靠，是山西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展最珍貴的資源，因此利用水價(jià)杠桿嚴(yán)控地下水，用足黃河水，是對(duì)超采區(qū)地下水保護(hù)措施的重中之重。

第三，為緩解全省水資源供需矛盾突出和地下水嚴(yán)重超采的問(wèn)題，不僅要加大建設(shè)地表水供水工程，用足引黃水，更要充分利用城市污水處理和煤礦礦坑水處理后的中水，使其成為壓縮地下水開(kāi)采量的替代水源。

第四，建立地下水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，搞好水資源調(diào)度工作，對(duì)地下水的數(shù)量、質(zhì)量以及時(shí)空分布情況建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)各行業(yè)的用水情況、用水需求做好規(guī)劃調(diào)度工作，以保障全省社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。