臨清市地下水超采區(qū)水生態(tài)修復(fù)監(jiān)測與評估初步研究

， ，

(1.山東省水文局，山東 濟南 250014；2．山東省臨沂市水文局，山東 臨沂 276001；3.山東省聊城市水文局，山東 聊城 252000)

1 自然地理概況

臨清市位于山東省的西北部，總面積957 km2，總?cè)丝?6.7萬人。城市建成區(qū)面積25.5 km2，城區(qū)人口20萬人。是魯西北地區(qū)的次中心城市，是山東省西出、晉冀東進的重要門戶。由于受黃河歷次決口改道和自然侵蝕的影響，形成了地形局部微度起伏，崗、坡、洼相間的地貌形態(tài)。

多年平均降水量541.1 mm，降水量季節(jié)分配不均勻，降水集中在夏季，汛期6-9月降水量占全年降水量的 73%。多年平均蒸發(fā)量1 069.6 mm。境內(nèi)河流有衛(wèi)運河和馬頰河兩大水系，均屬海河流域。流域面積大于10 km2的支流有26條。

2 地下水水資源開發(fā)利用狀況

根據(jù)《聊城市水資源調(diào)查評價》成果，臨清市多年平均地表水資源量2 017萬 m3，可利用量為1 134萬 m3，年內(nèi)分布不均，降水量主要分布于6-9月；淺層地下水資源量14 198萬 m3，可開采量為11 398萬 m3。淺層地下水以淡水為主，礦化度小于2 g/L的區(qū)域面積913.6 km2，占臨清市總面積的95.5%。

臨清市區(qū)域內(nèi)地下水的開采主要用于非引水季節(jié)農(nóng)田灌溉、人畜飲水、工業(yè)企業(yè)用水。區(qū)域內(nèi)共有機井13 099眼，淺井出水量在30～60 m3/h，深井出水量在60～90 m3/h。分析區(qū)西部面積為520 km2的區(qū)域，地下水開發(fā)利用程度較高，地下水埋深在6～25 m；分析區(qū)東部面積為437 km2的區(qū)域，地下水開發(fā)利用程度較低，地下水埋深一般在2～6 m，部分區(qū)域地下水埋深小于2 m。

3 臨清市地下水超采區(qū)現(xiàn)狀

3.1 超采區(qū)及其危害

臨清市多年平均降水量為541.1 mm，當(dāng)?shù)厮Y源人均占有量僅有165 m3，是一個資源性重度缺水區(qū)，所面臨的水資源供需矛盾是十分嚴峻的。臨清市是衛(wèi)東漏斗區(qū)的中心,起始于上世紀80年代后期，由于淺層地下水的大量超采，已形成以城區(qū)為中心的大面積地下水漏斗區(qū)，中心地下水位已降落到海平面以下，給當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境和生態(tài)帶來較大影響和破壞。

臨清淺層漏斗中心位于市區(qū)，漏斗中心埋深22 m，漏斗面積約654 km2。臨清市地面沉降早已發(fā)生，且沉降量較大，市區(qū)沉降量大于3.22 mm/a。

地下水漏斗區(qū)容易引起地面沉降、地面裂縫、水環(huán)境污染等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害及生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)象，給當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境、人們生產(chǎn)生活帶來不利影響。同時，由于地下水位持續(xù)下降，特別是地下水漏斗區(qū)的形成和不斷擴展，很容易加速地表污水的下滲速度，加劇地下水的污染程度。整體生態(tài)環(huán)境趨于惡化，地下水水質(zhì)下降等問題也日趨嚴重，因此必須加強對地下水的保護，減少對地下水的開發(fā)，研究超采區(qū)水生態(tài)修復(fù)顯得尤為重要。

3.2 修復(fù)工程措施

臨清市委市政府高度重視水生態(tài)修復(fù)工作,近幾年來多方爭取項目、籌措資金,在原有引黃工程的基礎(chǔ)上，先后建設(shè)了南水北調(diào)工程、城南水庫、北大洼水庫、裕民渠人工濕地等引水、蓄水、凈水工程，此外張官屯水庫、車莊溝地下水庫也正在規(guī)劃建設(shè)之中。逐步實現(xiàn)黃河水、長江水、衛(wèi)運河水、當(dāng)?shù)氐乇硭⒌叵滤?、中水、雨洪利用、微咸水等多水源?lián)合調(diào)度，通過配套工程的建設(shè)和水資源的聯(lián)合調(diào)度，使臨清市地下水漏斗區(qū)的水生態(tài)得以徹底修復(fù)成為可能。

4 水生態(tài)監(jiān)測與評估

4.1 地下水監(jiān)測站網(wǎng)布局

地下水位監(jiān)測，研究區(qū)選取地下水監(jiān)測站網(wǎng)觀測井50眼，其中原有地下水監(jiān)測網(wǎng)觀測井35眼，地表水對地下水漏斗區(qū)補給規(guī)律研究觀測井15眼。全市井網(wǎng)密度平均31.4眼/103km2，各縣(市、區(qū))井網(wǎng)密度中，密度較大的42.7眼/103km2，密度較小的19.7眼/103km2；根據(jù)地下水開采強度和超采區(qū)范圍，突出重點，加密監(jiān)測站點，2013年初劃定淺層地下水超采區(qū)面積2 777 km2，這部分區(qū)域作為地下水監(jiān)測的重點區(qū)域，布設(shè)監(jiān)測井121眼，井網(wǎng)密度達到43.6眼/103km2。未超采區(qū)面積5 938 km2，監(jiān)測井150眼，井網(wǎng)密度25.3眼/103km2。從監(jiān)測功能上分，監(jiān)測站分超采區(qū)監(jiān)測站、縣(市、區(qū))邊界站、區(qū)域控制站、水源地監(jiān)測站。井網(wǎng)密度、分布、功能滿足《地下水監(jiān)測規(guī)范》(SL183-2005)和縣域水資源監(jiān)測要求。

從現(xiàn)有的地下水監(jiān)測網(wǎng)中共選取測井18眼，作為水質(zhì)監(jiān)測井，井網(wǎng)密度平均18.8眼/103km2。井網(wǎng)密度、分布、功能滿足《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(SL219-2013)要求。

4.2 地下水生態(tài)環(huán)境變化趨勢

4.2.1 地下水動態(tài)變化分析

根據(jù)2015-2016年收集的研究區(qū)域地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，2015-2016年臨清市1-5月份受降水偏少、開采量大等因素影響，研究區(qū)域區(qū)域地下水位呈不同程度下降狀態(tài)，2015年1-5月份下降0.81 m；2015年汛期由于降水較少，蒸發(fā)量大，6-9月區(qū)域地下水位仍呈下降趨勢，全市地下水位平均下降1.05 m；10-12月秋冬季用水量較少，降水量大，地下水位呈上升趨勢，全市地下水位平均上升0.57 m。2015年全年全市地下水位平均下降1.05 m。

2016年1-5月份相比去年同期降幅較大，地下水位下降1.86 m；2016年汛期由于降水相對較多，6-9月區(qū)域地下水位仍呈上升趨勢，全市地下水位平均上升1.18 m；10-12月秋冬季用水量較少，降水量大，地下水位仍呈上升趨勢，且趨勢比較大，全市地下水位平均上升2.05 m。2016年全年全市地下水位平均上升1.36 m。動態(tài)變化及降水量對照見圖1。

由于淺層地下水位動態(tài)主要受降雨影響，從地下水監(jiān)測成果及地下水動態(tài)變化看，2016年較2015年降水量總體較多，地下水位變化趨勢合理，亦表明監(jiān)測資料質(zhì)量可靠。

圖1 臨清市2015-2016年地下水位

4.2.2 地下水質(zhì)量變化趨勢分析

水質(zhì)類別評價：根據(jù)2014年-2016年水質(zhì)監(jiān)測資料，分析地下水質(zhì)現(xiàn)狀，以《地下水質(zhì)量分類標準》(GB/T14848-1993)作為評價標準，大部分檢測項目為Ⅰ～Ⅲ類，但氯化物、硫酸鹽、總硬度、鐵和錳為Ⅳ類或Ⅴ類。

綜合指數(shù)評價：

1)評價參數(shù)：選取在水體中起主導(dǎo)作用，能反映整體水質(zhì)狀況的色度、渾濁度、臭和味、肉眼可見物、pH值、總硬度、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)性酚類、硝酸鹽氮、氨氮、氟化物、氰化物、砷、汞、鎘、鉻(六價)、鉛等共22個項目。

2)首先對照地下水質(zhì)量分類指標表(表1)進行各單項組分評價，劃分組分所屬質(zhì)量類別。

3)基于內(nèi)梅羅指數(shù)方法,對各類別按下列規(guī)定(表2)分別確定單項組分評價分值Fi。

按式(1)和式(2)計算綜合評價分值F。

(1)

(2)

按照單項組分評價分指標表和地下水質(zhì)量級別表計算綜合分值，水質(zhì)總體評價為較差。18眼水質(zhì)監(jiān)測井2014年水質(zhì)與2016年水質(zhì)變化不大。

4.3 地表水生態(tài)環(huán)境變化分析

4.3.1 主要河道水量動態(tài)變化趨勢分析

提水工程指利用揚水泵站從河道、湖泊等提水的工程(不包括從蓄水工程、引水工程中提水的工程)，聊城市共有固定揚水站213處，均屬小型揚水站，其中東昌府區(qū)37處、臨清市80處、冠縣55處、東阿縣8處、茌平縣2處、高唐縣5處。沿衛(wèi)運河提水工程5處(臨清市3處，冠縣2處)，總設(shè)計提水能力42.2 m3/s，設(shè)計灌溉面積109.4萬畝，提衛(wèi)運河水量作為入境水量監(jiān)測。

對2015、2016年各主要河道徑流量進行統(tǒng)計分析，南運河、衛(wèi)河徑流量年際變化較大，徑流量變化明顯，且2016年全年徑流量分別是2015年徑流量的5.8倍、15.8倍。王莊干渠、長順渠、頭閘口干渠等河流動態(tài)變化不明顯。

4.3.2 地表水對地下水的補給規(guī)律分析

選擇朱莊、朱唐、唐莊、鴨廠等自動監(jiān)測井逐日水位監(jiān)測資料，由于以上監(jiān)測井所在區(qū)域主要是受臨清友誼渠對地下水補給，因此重點收集了友誼揚水站開機引水情況監(jiān)測資料，集中選取了友誼渠開機提水時間段提水量資料和監(jiān)測井地下水位數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)資料數(shù)據(jù)分析地表水對地下水的補給規(guī)律。地下水補給規(guī)律分析詳見圖2。2016年地表水對地下水補給規(guī)律分析詳見圖3。

分析表明，友誼渠開機提水前附近區(qū)域的地下水水位相比提水后的水位要低，并且通過數(shù)字分析可知，提水后地下水水位的上漲情況要推遲一段時間，這與地表水對地下水的補給需要滲透的時間是一致的。2015年的相比2016年的提水量時間跨度長，總量也多，監(jiān)測井的地下水位2015年相比2016年來說偏高一些；同一年度的2、3月份雖然引水量也不小，但是因為春灌的緣故，地表水對地下水的補給影響程度不明顯。

4.4 主要河道水環(huán)境質(zhì)量動態(tài)變化分析

根據(jù)本區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測資料，分析地表水水質(zhì)現(xiàn)狀，德王東支以Ⅲ類、Ⅳ類水為主，水質(zhì)較好；德王河以Ⅲ類、Ⅳ類水為主，個別月份為劣Ⅴ；王坊分干以Ⅲ類、Ⅳ類水為主，部分月份為劣Ⅴ類水；友誼渠以劣Ⅴ為主，部分月份為Ⅲ類或Ⅳ類水；裕民渠以劣Ⅴ為主，部分月份為Ⅳ類或Ⅴ類水；長順渠以劣Ⅴ為主，水質(zhì)較差。

從2015-2016年度水質(zhì)監(jiān)測資料中選取具有代表性的水質(zhì)站點6處，采用氨氮、COD和高錳酸鹽指數(shù)等指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行動態(tài)變化分析，監(jiān)測頻次為每年6次。

總體來看，各河流很多站點水質(zhì)仍然處于劣Ⅴ類，其中長順渠、裕民渠和友誼渠水質(zhì)較差，主要是COD和氨氮污染較重；德王東支、德王河、王坊分干大部分時段水質(zhì)尚可，但有時水質(zhì)較差；各河流非汛期水質(zhì)差，汛期水質(zhì)尚可。水質(zhì)類別變化顯著的有德王河、王坊分干、友誼渠、裕民渠；長順渠氨氮、COD變化顯著，高錳酸鹽指數(shù)變化較小。河流水環(huán)境質(zhì)量動態(tài)變化詳見表1。

圖2 2015年地表水對地下水補給規(guī)律分析圖

圖3 2016年地表水對地下水補給規(guī)律分析圖

表1 2015-2016年市轄河流水環(huán)境質(zhì)量動態(tài)變化表

4.5 引黃工程對研究區(qū)水生態(tài)環(huán)境影響評價

4.5.1 引黃工程對地下水補給規(guī)律分析

研究區(qū)域客水資源主要是引黃河水，選取水務(wù)探礦公司、小王子食品公司、大學(xué)、機械廠等地下水自動監(jiān)測井，根據(jù)引黃水量與監(jiān)測井的地下水位監(jiān)測資料，對2015年至2016年的地下水位與引黃水量的關(guān)系進行分析。分析結(jié)果表明，引黃工程對地下水有一定的補給影響，引水量越大，后期補給作用越強，對研究區(qū)地下水生態(tài)功能修復(fù)起到積極作用。補給規(guī)律分析見圖4。

圖4 2015-2016年引黃工程對地下水補給規(guī)律分析圖

4.5.2 引黃灌溉供水對水生態(tài)環(huán)境影響

在位山三干渠入臨清界處南環(huán)橋設(shè)置取水?dāng)嗝?，監(jiān)測資料取自2015-2016年份水質(zhì)監(jiān)測成果。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)標準和單指標水質(zhì)評價方法對位山三干渠水質(zhì)進行評價。

通過評價可知，臨清引黃水水質(zhì)主要介于Ⅱ～Ⅲ類間，以Ⅲ類為主，有的監(jiān)測月份達到了Ⅱ類水，臨清引黃良好的水質(zhì)將極大地改善了臨清市地表水及地下水環(huán)境，但其作用是滯后的，后期作用將更加明顯和突出?？傮w來看，引黃灌溉供水通過滲透作用對于改善當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境有很大的積極影響。但也存在滲透層污染物下滲對地下水水質(zhì)帶來的短暫負面影響，提高河流、灌區(qū)下墊面(底質(zhì))環(huán)境質(zhì)量，有助于提升當(dāng)?shù)氐叵滤鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量。

5 結(jié)語

在收集臨清市自然地理、社會經(jīng)濟、氣象水文以及河流水資源開發(fā)利用等資料的基礎(chǔ)上，圍繞地表水、降水、引黃工程對地下水的補給、水體質(zhì)量影響進行了較全面的分析評價，做了有益的探索。研究表明，降水、地表水、引黃工程等對臨清市地下水水位的提升產(chǎn)生了不同程度的影響，且大氣降水及引黃工程對地下水水質(zhì)的改善起到了積極的作用。為進一步提高超采區(qū)水生態(tài)修復(fù)監(jiān)測與評估效果，建議如下：

(1)水生態(tài)監(jiān)測與修復(fù)是一項長期工程，延長系列資料監(jiān)測時間，獲得更長時間的監(jiān)測資料更有利于地表引水回補地下水水量、改善地下水水質(zhì)滯后期等生態(tài)修復(fù)的研究。

(2)加大監(jiān)測井、雨量站布置密度，科學(xué)布置監(jiān)測井位置。

(3)有待于對河流、灌區(qū)河床底質(zhì)進行底泥監(jiān)測和污染物評價，探討污染物補給地下水下滲機理。

(4)借鑒國內(nèi)外先進的水生態(tài)評估理論和方法，探討地下水超采區(qū)水生態(tài)修復(fù)技術(shù)和方法，制定水生態(tài)修復(fù)措施、方案，加強區(qū)域地下水保護性的開發(fā)利用。