晉城市三姑泉域地下水生態(tài)現(xiàn)狀分析及修復(fù)對(duì)策

李慧清

（晉城市水務(wù)局 山西晉城 048000）

1 區(qū)域概況

1.1 地理位置

三姑泉域地處山西省東南部，北與長(zhǎng)治市毗鄰，西與陽(yáng)城縣相連，東、南與河南省焦作市接壤。包括晉城市城區(qū)、澤州縣、高平市和陵川縣的大部分區(qū)域，總面積2630 km2。三姑泉（又名三股泉）出露于山西省晉城河西鄉(xiāng)孔莊村東北丹河河谷兩岸，呈股狀集中涌出（現(xiàn)已被青天河水庫(kù)淹沒(méi)）。

1.2 水文氣象

泉域內(nèi)常年季風(fēng)盛行，四季分明，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。夏季東南亞季風(fēng)盛行，受印度洋和太平洋的暖濕氣團(tuán)北移影響，降水量集中于6-8月，形成多雨季節(jié)；冬季受蒙古高壓與阿留申低壓控制，流域大部分盛行西北風(fēng)，形成雨雪稀少的干旱季節(jié)。全區(qū)屬全國(guó)“長(zhǎng)日照地區(qū)”，年均日照時(shí)數(shù)2563 h，年均日照百分率為58%。多年平均氣溫為10.2℃，多年平均無(wú)霜期在4月中上旬至10月中下旬之間，平均185 d左右。

1.3 丹河及三姑泉狀況

泉域內(nèi)主要河流為丹河。丹河發(fā)源于高平市丹株嶺，流經(jīng)高平與澤州，在澤州縣兩谷坨附近流入河南省后匯入沁河。丹河最小年徑流量1.34億m3（1997年），最大年徑流量6.8億m3（1956年），多年平均徑流量2.67億m3。晉城市境內(nèi)河長(zhǎng)128.65 km，落差875 m，平均坡度6.8‰，流域面積2945 km2。丹河主要的支流有白水河、白洋泉河、北石店河、巴公河、東大河、許河、東倉(cāng)河等。受地層、構(gòu)造和地形等因素控制，丹河及其支流在流經(jīng)灰?guī)r裸露區(qū)、半裸露區(qū)時(shí)，河水大量潛入地下，致使小會(huì)泉以上河道無(wú)清水流量，僅在雨季形成季節(jié)性洪水；丹河河谷自小會(huì)泉以下，出露泉水約20處，其中三姑泉流量最大，是丹河排泄帶的主要泉點(diǎn)，多年平均流量為3.91 m3/s，泉水出露標(biāo)高342 m，出露地層為寒武系中統(tǒng)鮞狀灰?guī)r。在丹河巖溶排泄帶出露的主要泉點(diǎn)還有白洋泉、郭壁泉、土坡泉、圍灘泉等；東丹河和白水河出露的泉點(diǎn)主要有臺(tái)北泉、水掌泉等。天然條件下，泉群多年平均流量7.25 m3/s。

1.4 泉域經(jīng)濟(jì)概況

三姑泉域是晉城市工業(yè)企業(yè)聚集區(qū)，GDP總量占到全市70%以上。2015年泉域范圍內(nèi)總?cè)丝?70.9萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口106.3萬(wàn)人，占總?cè)丝诘?2.2%；鄉(xiāng)村人口64.6萬(wàn)人，占總?cè)丝诘?7.8%。泉域內(nèi)生產(chǎn)總值689.2億元。其中，第一產(chǎn)業(yè)33.6億元；第二產(chǎn)業(yè)354.9億元；第三產(chǎn)業(yè)300.7億元。總耕作面積133.1×103hm2。

2 泉域巖溶水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 水資源量及可開(kāi)采量

根據(jù)第二次《晉城市水資源評(píng)價(jià)》，三姑泉域1956—2000年系列巖溶地下水多年平均排泄量為22628.1 萬(wàn) m3/a（7.18 m3/s），95%保證率下的地下水總排泄量為 15057.6 m3/a（4.77 m3/s）；巖溶地下水可開(kāi)采資源量為 13970.448 萬(wàn) m3/a（4.43 m3/s），占 1956—2000年系列95%保證率下的總排泄量的92.87%，三姑泉域巖溶水資源可開(kāi)采量計(jì)算保證程度較高。

2.2 巖溶水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

2015年三姑泉域巖溶水總?cè)∷?912萬(wàn)m3，其中巖溶泉水908萬(wàn)m3，巖溶地下水9004萬(wàn)m3。按取水用途，生活用水3472萬(wàn)m3，其中城鎮(zhèn)用水2841萬(wàn)m3，農(nóng)村用水631萬(wàn)m3；生產(chǎn)用水6328萬(wàn)m3，其中第一產(chǎn)業(yè)用水1243萬(wàn)m3，第二產(chǎn)業(yè)用水3673萬(wàn)m3，第三產(chǎn)業(yè)用水1412萬(wàn)m3；生態(tài)用水112萬(wàn)m3。按行政區(qū)統(tǒng)計(jì)，城區(qū)用水5107萬(wàn)m3，占巖溶水總開(kāi)采量的51.5%；澤州縣用水2240萬(wàn)m3，占巖溶水總開(kāi)采量的22.6%；高平市用水2287萬(wàn)m3，占巖溶水總開(kāi)采量的23.1%；陵川縣用水278萬(wàn)m3，占巖溶水總開(kāi)采量的2.8%。

2.3 泉域內(nèi)煤礦排水情況

晉城市煤炭資源豐富，形成于二疊系和石炭系，其中山西組和太原組為主要含煤地層。主要采煤層為3#、9#和15#煤層。三姑泉域內(nèi)約有61座煤礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為7050萬(wàn)t/a，礦區(qū)面積874.0 km2。煤礦排水與煤礦開(kāi)采煤層因深度、面積、產(chǎn)量、降水補(bǔ)給量及開(kāi)采形式等條件的不同，具有較大的差別。在2009年，晉城市煤礦進(jìn)行了兼并重組，三姑泉域內(nèi)煤礦由原先的205座煤礦重組為61座煤礦。相關(guān)資料顯示，重組前煤礦開(kāi)采噸煤排水系數(shù)為0.76 m3/t，重組后煤礦的噸煤排水系數(shù)下降為0.68 m3/t，采煤排水量約4794萬(wàn)m3/a。由于近些年煤礦經(jīng)濟(jì)不景氣，大多數(shù)煤礦非滿負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，部分煤礦甚至停產(chǎn)，2015年泉域內(nèi)采煤排水量1205萬(wàn)m3，其中礦坑水利用量為550萬(wàn)m3，排放量655萬(wàn)m3。

2.4 水資源超采區(qū)現(xiàn)狀分布

目前，三姑泉域內(nèi)有禁采區(qū)1個(gè)和巖溶水超采區(qū)2個(gè)。禁采區(qū)范圍東起蘭花路，西至西環(huán)路，南起中原西街，北至新市東街-新市西街，面積13.9 km2。小型巖溶水超采區(qū)1個(gè)，分布于高平市區(qū)一帶，以集中開(kāi)采的市區(qū)為中心，屬三姑泉域高平-晉城巖溶地下水系統(tǒng)，面積35 km2，主要涉及高平水源地區(qū)域范圍。中型巖溶水超采區(qū)1個(gè)，分布于晉城市城郊，包括巴公、北石店及市區(qū)三個(gè)水源地，屬三姑泉域高平-晉城和任莊兩個(gè)子系統(tǒng)，面積178 km2，主要涉及巴公水源地、北石店水源地和城區(qū)水源地區(qū)域范圍。經(jīng)對(duì)以上兩個(gè)超采區(qū)評(píng)價(jià)表明，高平巖溶水超采區(qū)、晉城城郊中型巖溶水超采區(qū)均屬嚴(yán)重超采區(qū)，其中晉城城郊中型巖溶水超采區(qū)中的城區(qū)水源地屬一般超采區(qū)。

3 地下水開(kāi)發(fā)利用中存在的問(wèn)題

三姑泉域人口、工業(yè)比較集中，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值約占全市的70%，而水資源量只有全市的26.6%，人均占有水資源量?jī)H289 m3，占全市人均水資源量656 m3的46.2%。長(zhǎng)期以來(lái)，因缺乏地表水利用工程，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鄉(xiāng)生活用水，以過(guò)量開(kāi)采地下水為主要方式，致使局部地區(qū)形成巖溶地下水超采區(qū)，水環(huán)境急劇惡化，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1）水資源量不足

根據(jù)第二次《晉城市水資源評(píng)價(jià)》資料，三姑泉域各類含水層地下水資源量為28260萬(wàn)m3/a（1956-2000年），其中孔隙水3215萬(wàn)m3/a，裂隙水2119萬(wàn)m3/a，巖溶水22926萬(wàn)m3/a；可采資源量為16373萬(wàn)m3/a（其中巖溶水為14128萬(wàn)m3/a）。根據(jù)近幾年水資源開(kāi)發(fā)利用情況，已經(jīng)出現(xiàn)水資源不足的問(wèn)題，這將是制約本區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。

2）地下水嚴(yán)重超采

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水資源供需矛盾日趨突出。泉域內(nèi)淺中層地下水已近疏干，取水主要依靠深層巖溶地下水，隨著地下水開(kāi)采量的增大，造成區(qū)域地下水水位不斷下降，特別是重點(diǎn)水源地長(zhǎng)期超采造成的地下水位下降趨勢(shì)更加明顯。從2000—2015年水井觀測(cè)記錄顯示，水源地中的城區(qū)王臺(tái)礦、澤州巴化長(zhǎng)觀孔的水位分別下降了8.94 m和10.5 m，年平均水位降深分別為0.60 m和0.70 m。

3）泉流量持續(xù)衰減

地下水位的急速下降必然造成泉水流量衰減。三姑泉的流量隨著年代的推移已經(jīng)由1956年的7.08 m3/s逐漸衰減到2000年的2.71 m3/s。郭壁泉與土坡泉水流量在1985年約為0.9～1.2 m3/s，1985年前多年平均1.0 m3/s，目前僅剩 0.25～0.3 m3/s，減少了 60%以上，白洋泉流量減少達(dá)到70%以上。

4）水體污染嚴(yán)重

泉域內(nèi)煤、電、煤化工為主的超重型經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，決定了本區(qū)高能耗、高水耗的重污染型結(jié)構(gòu)。此前，區(qū)內(nèi)工礦業(yè)和城市污水大多未經(jīng)處理直接排向河道，造成了地表水質(zhì)惡化，并進(jìn)一步通過(guò)滲漏補(bǔ)給污染地下水。據(jù)調(diào)查，凡靠近企業(yè)排污口地段的孔隙水、裂隙水均已發(fā)生嚴(yán)重污染，礦化度、總硬度、硫酸鹽、亞硝酸鹽氮等組分含量呈增高趨勢(shì)。

受大量污水排放影響，相當(dāng)比例的河流水體已基本喪失納污、自凈能力，污水排入后河流直接變?yōu)槲鬯疁希渲兄饕廴疚镆杂袡C(jī)類為主。淺層地下水也遭到大面積污染，深層地下水出現(xiàn)水質(zhì)變差現(xiàn)象，給晉城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展埋下了隱患。

4 泉域巖溶水資源變化影響因素分析

1）大氣降水影響

大氣降水是泉域巖溶水的主要補(bǔ)給來(lái)源，但由于該巖溶水系統(tǒng)范圍廣闊且?guī)r溶形態(tài)復(fù)雜，降水量對(duì)泉流量的影響在某種程度上表現(xiàn)為滯后效應(yīng)。在含水介質(zhì)的調(diào)節(jié)作用下，一次降水需要經(jīng)過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間，泉流量才能做出反應(yīng)，因此，大氣降水量的多年變化規(guī)律對(duì)泉流量具有重要影響。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，三姑泉域在20世紀(jì)50—90年代的平均降水量分別為688.8 mm，666 mm，610 mm，590.5 mm，581 mm，其下降趨勢(shì)比較明顯。大氣降水的減少意味著三姑泉域補(bǔ)給量的減少，是泉流量衰減的諸多原因之一。

2）地表水補(bǔ)給影響

三姑泉域地表水補(bǔ)給主要接受丹河流域河流和任莊水庫(kù)水體的下滲補(bǔ)給。

丹河及其支流流經(jīng)灰?guī)r裸露區(qū)、半裸露區(qū)時(shí)，河水大量漏失。滲漏段共計(jì)有九處：即丹河流經(jīng)高平市一帶、丹河支流許河在康營(yíng)-河西鎮(zhèn)段、野川河野川鄉(xiāng)南部、馬村河的陳村東部、丹河支流東倉(cāng)河經(jīng)陳米山一帶、東大河申莊-河底、丹河的任莊水庫(kù)-小會(huì)泉一帶、白洋泉河臺(tái)北泉-白洋泉一帶及白水河在南河西-水掌泉一帶。根據(jù)1999年4月山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院的實(shí)測(cè)資料，其滲漏量為747.4萬(wàn)m3/a（0.237 m3/s）。

任莊水庫(kù)地處灰?guī)r區(qū)，庫(kù)水隨巖石孔隙裂隙向地下滲漏。據(jù)第二次《晉城市水資源評(píng)價(jià)》的計(jì)算結(jié)果，任莊水庫(kù)流域面積1298.6 km2，總庫(kù)容8050萬(wàn)m3。根據(jù)任莊水庫(kù)1986年逐日水位、蓄水量變化量、水庫(kù)集水面積﹑蒸發(fā)量﹑來(lái)水量﹑放水量資料，計(jì)算得水庫(kù)滲漏量為 216 萬(wàn) m3/a（0.068 m3/s）。

近年來(lái)，由于河流來(lái)水、水庫(kù)蓄水減少，滲漏量也隨之減少。

3）人工開(kāi)采影響

近年來(lái)非天然因素對(duì)泉流量的影響已日趨明顯。三姑泉域在1980年以前基本無(wú)巖溶水開(kāi)采，這一時(shí)期泉流量的變化不受人類活動(dòng)的干擾，可視為天然狀態(tài)下的自然波動(dòng)。而自1980年起，巖溶水開(kāi)采漸趨增加，三姑泉流量與降水量之間變化趨勢(shì)的不協(xié)調(diào)越來(lái)越明顯。而自1980年起，巖溶水開(kāi)采漸趨增加，三姑泉流量與降水量之間的變化趨勢(shì)的不協(xié)調(diào)，越來(lái)越明顯。特別是1995年以后，開(kāi)采量變大，并且每年的增長(zhǎng)幅度較大，在此階段，泉流量持續(xù)下降，這說(shuō)明了開(kāi)采量已成為泉流量減小的主要影響因素。從整體上看，巖溶水開(kāi)采對(duì)泉流量的影響呈逐漸增大的趨勢(shì)。

4）采煤排水影響

三姑泉域西北部煤炭資源豐富，煤礦眾多，主要分布在高平市的北部、澤州縣的中部及西北部、城區(qū)及陵川的西北部，采煤排水對(duì)巖溶水補(bǔ)給帶來(lái)了一定程度的影響。在正常條件下，煤系地層（石炭、二疊系）含水層中的地下水，沿裂隙向深部巖溶含水層產(chǎn)生越流補(bǔ)給。煤層開(kāi)采后頂板發(fā)生垮落，形成垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶。受其影響含水層與開(kāi)采煤層之間的隔水層被破壞，導(dǎo)致各類含水層地下水快速滲漏和外排，疏干了煤系地層和上覆巖系中的孔隙裂隙地下水，影響了下伏的奧陶系巖溶水，形成了以礦井為中心的大面積降落漏斗，區(qū)域地下水資源量減少，地下水位下降、泉流量減小。

根據(jù)晉城市煤礦資源兼并重組資料統(tǒng)計(jì)得到，三姑泉域內(nèi)共有61座煤礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為7050萬(wàn)t/a，礦區(qū)面積874 km2。根據(jù)兼并重組后煤礦開(kāi)采的噸煤排水系數(shù)分析，三姑泉域現(xiàn)有煤礦滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，采煤排水總量達(dá)2465.7萬(wàn)m3/a。

5 泉域地下水生態(tài)修復(fù)對(duì)策與建議

1）大水網(wǎng)置換工程

在“十二五”期間，晉城市依托張峰水庫(kù)，實(shí)施大水網(wǎng)工程，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)地表水、地下水、巖溶泉水等多水源的合理調(diào)配、高效利用和有效管理，從而遏制超采區(qū)地下水位的不斷下降，扭轉(zhuǎn)被動(dòng)的生態(tài)局面。目前，晉城大水網(wǎng)主要供水管線大部分已經(jīng)建成，為三姑泉域地下水超采區(qū)提供了良好的水源置換工程。根據(jù)水利部批復(fù)的張峰水庫(kù)初設(shè)報(bào)告，2020水平年張峰水庫(kù)工程可供水20541萬(wàn)m3/a，其中向澤州盆地城市生活和工業(yè)供水7250萬(wàn)m3/a，而澤州盆地7250萬(wàn)m3/a供水指標(biāo)中包括高平市城市生活、工業(yè)供水量1577萬(wàn)m3/a。高平市于2012年9月12日舉行“關(guān)井壓采”暨張峰水庫(kù)供水啟動(dòng)儀式，實(shí)現(xiàn)張峰水庫(kù)向高平市西部工業(yè)園區(qū)化工項(xiàng)目供水。該輸水干渠工程供水配套全部完成后，張峰水庫(kù)供水水量在滿足高平市、澤州縣巴公一帶經(jīng)濟(jì)發(fā)展用水的同時(shí)，可以向高平小型巖溶水超采區(qū)、巴公水源地巖溶水超采區(qū)以及管網(wǎng)覆蓋區(qū)未超采區(qū)提供關(guān)井壓采的替代水量需求。

2）郭壁水源地置換工程

郭壁水源地位于晉城市市區(qū)東南的郭壁村東，行政區(qū)劃隸屬于澤州縣金村鎮(zhèn)管轄。該水源地目前主要擔(dān)負(fù)晉城市區(qū)東部開(kāi)發(fā)區(qū)供水任務(wù)，同時(shí)兼顧沿途農(nóng)村人畜吃水和農(nóng)業(yè)灌溉。郭壁供水改擴(kuò)建工程建成后，向晉城市市區(qū)城市生活提供發(fā)展用水的同時(shí)，可以向北石店水源地和城區(qū)水源地提供關(guān)井壓采替代水量需求。

3）關(guān)井壓采措施

根據(jù)泉域內(nèi)各個(gè)水源地的可開(kāi)采量，確定壓采目標(biāo)，制定關(guān)井壓采方案，并以硬性任務(wù)指標(biāo)考核行政首長(zhǎng)。為加強(qiáng)巖溶水資源保護(hù)，晉城市水務(wù)局先后下達(dá)了“十二五”期間關(guān)井壓采任務(wù)及暫停巖溶深井審批的通知。2014—2016年，晉城市地下水實(shí)施地下水水源置換及關(guān)井壓采等措施，其中，2014年關(guān)閉水井總數(shù)16眼，壓采水量1575萬(wàn)m3；2015年關(guān)閉水井總數(shù)21眼，壓采水量1510萬(wàn)m3；2016年關(guān)閉水井總數(shù)15眼，壓采水量879.6萬(wàn)m3，合計(jì)關(guān)閉水井總數(shù)52眼，可壓采水量3964.6萬(wàn)m3。

4）采煤排水利用

采煤排水利用主要由煤礦所在地的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水的需求情況和各種用水的供水成本所決定?？捎糜诿禾科髽I(yè)生產(chǎn)用水、煤礦附近工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、日常生活用水等。

5）中水回用

中水指各種排水經(jīng)處理后，達(dá)到特定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，又循環(huán)用于特定用水領(lǐng)域的非飲用水。中水利用可促進(jìn)污水處理，減少對(duì)環(huán)境的污染，改善水生態(tài)環(huán)境，增加水資源的可利用量。中水主要運(yùn)用于農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)冷卻用水、城鎮(zhèn)生活雜用水、環(huán)境生態(tài)用水等。

6）煤礦禁限采措施

對(duì)泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)實(shí)行禁采措施。根據(jù)山西省人民政府和山西省水資源管理委員會(huì)辦公室有關(guān)規(guī)定，禁止在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)開(kāi)采煤層，同時(shí)要求已建設(shè)單位應(yīng)與三姑泉域管理部門對(duì)其采區(qū)布置的北邊界勘察劃界，確定明確地理坐標(biāo)，并在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)邊界按有關(guān)規(guī)范留設(shè)足夠保安煤柱；對(duì)泉域帶壓開(kāi)采區(qū)限采措施。帶壓開(kāi)采區(qū)煤礦開(kāi)采時(shí)，礦方應(yīng)委托資質(zhì)單位，進(jìn)行專門水文地質(zhì)勘探，分析評(píng)價(jià)煤礦及其帶壓區(qū)開(kāi)采對(duì)泉域巖溶地下水的影響程度，嚴(yán)防對(duì)三姑泉域巖溶水造成影響。對(duì)泉域飲用水水源地保護(hù)區(qū)限采措施。根據(jù)《山西省水資源管理?xiàng)l例》第二十條規(guī)定，在重要水源地和泉域開(kāi)采礦藏或者建設(shè)地下工程，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行水環(huán)境影響評(píng)價(jià)。造成水位下降、水源枯竭的，應(yīng)當(dāng)采取補(bǔ)救措施；造成嚴(yán)重后果的，經(jīng)省人民政府批準(zhǔn)，可以采取限采、封堵或者停止工程建設(shè)等措施；對(duì)他人生活和生產(chǎn)造成損失的，依法給予補(bǔ)償。按照條例規(guī)定，要求煤礦在開(kāi)采煤層時(shí)，應(yīng)進(jìn)行水環(huán)境影響評(píng)價(jià)，分析評(píng)價(jià)煤礦開(kāi)采對(duì)集中式地下水飲用水水源地的影響程度，嚴(yán)防對(duì)地下水水源地造成影響。

7）人工增補(bǔ)措施

巖溶水是指賦存和運(yùn)移在可溶巖石（即石灰?guī)r）中的水，三姑泉域目前主要開(kāi)采中奧陶巖溶水。巖溶水的補(bǔ)給方式包括大氣降水的入滲補(bǔ)給、河道和水庫(kù)滲漏補(bǔ)給以及上覆含水層的越流補(bǔ)給。根據(jù)泉域現(xiàn)狀調(diào)查，泉域東部灰?guī)r裸露區(qū)沒(méi)有建設(shè)工礦化工企業(yè)，植被大部分為灌木叢，水土資源沒(méi)有發(fā)生大的擾動(dòng)，生態(tài)環(huán)境較優(yōu)，其徑流水質(zhì)良好，適宜補(bǔ)給地下水。因此，可在泉域灰?guī)r裸露、半裸露區(qū)及河道滲漏段規(guī)劃修建滲漏回灌水庫(kù)。同時(shí)，在補(bǔ)給區(qū)加快水土保持建設(shè)，提高降雨入滲率，涵養(yǎng)水源，增大水資源的補(bǔ)給量。植樹(shù)造林保護(hù)水土流失是涵養(yǎng)水源的根本措施，應(yīng)按照先治坡、后治溝的原則，采取生物措施與工程措施相結(jié)合的辦法，進(jìn)行以小流域?yàn)閱卧乃春B(yǎng)綜合治理，改善生態(tài)條件，涵養(yǎng)水源。