泰安市地下水及其生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題研究

張 芹 張秀娟 李 軍 錢麗麗

一、引言

地下水在城市供水、農(nóng)村人畜飲水、農(nóng)田灌溉、工業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮著十分重要的作用。隨著社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，泰安市地下水資源開(kāi)發(fā)、利用與配置、保護(hù)間的矛盾日益突出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)地下水資源質(zhì)與量提出了更高的要求。科學(xué)指導(dǎo)地下水開(kāi)發(fā)、利用、保護(hù)，加強(qiáng)地下水管理，對(duì)保障我國(guó)飲水安全、供水安全、糧食安全和生態(tài)安全，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用具有重要意義，十分必要和緊迫。

二、地下水動(dòng)態(tài)變化及發(fā)展趨勢(shì)

地下水位的變化既受自然因素的影響，也受人為因素的制約，它直接反映著地下水的補(bǔ)給或再生能力，也影響著地下水均衡。泰安地區(qū)地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要包括四個(gè)方面：一是降水入滲補(bǔ)給量；二是灌溉入滲補(bǔ)給量(包括渠系滲漏補(bǔ)給和田間入滲補(bǔ)給)；三是山前側(cè)滲補(bǔ)給量；四是河道滲漏補(bǔ)給量。

泰安市自1975年設(shè)立長(zhǎng)期地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)點(diǎn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化整合，至2017年，全市共有省級(jí)觀測(cè)井70眼，其中重點(diǎn)井12眼，基本井58眼。通過(guò)長(zhǎng)期地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料分析，年地下水動(dòng)態(tài)隨降水量的季節(jié)性變化有以下規(guī)律：1～2月，降水量和開(kāi)采量很小，地下水位升降幅度不大 ；3～6月份，降水量小而開(kāi)采量大，地下水位迅速下降，大部分區(qū)域在6月低前后出現(xiàn)年內(nèi)最低水位；7～9月上旬，是年內(nèi)降雨集中季節(jié)，水位大幅度回升，一般在9月出現(xiàn)年內(nèi)最高水位；9月下旬～10月地下水位又隨著開(kāi)采量的增加呈下降趨勢(shì)；11～12月份，地下水位又恢復(fù)為穩(wěn)定階段。遇特殊年份，地下水位的變化有較大差異：有的年份汛后降水量大，側(cè)滲補(bǔ)給量大，最高水位出現(xiàn)在年底；有的年份汛期和汛后降水量小，最高水位出現(xiàn)在年初。此次選取30眼觀測(cè)井資料，點(diǎn)繪了多年平均降水量引起的水位年變差等值線圖和2018年1月1日埋深等值線圖，見(jiàn)圖1、圖2。

從圖1可以看出，嚴(yán)重缺水的肥城盆地和寧陽(yáng)西南部地區(qū)，多年平均年變差達(dá)-0.30m以上，這些地區(qū)要限制地下水的開(kāi)采。而水源充足的東平縣南部大清河周圍及夏張一帶，年變差值在0.2～0.3m之間，在新泰宮里鎮(zhèn)一帶，年變差值在0.1m左右，說(shuō)明在現(xiàn)狀條件下，這些地區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用還有一定潛力。

從圖2可以看出，2018年初，潛水埋深超過(guò)6m的地區(qū)在寧陽(yáng)縣寧西平原和岱岳區(qū)房村、良莊一帶。

圖1 多年平均降水量引起的水位年變差等值線圖

圖2 泰安市2018年1月1日潛水埋深等值線圖

三、地下水開(kāi)采引起的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題

隨著近代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，地表水資源量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，因此，大面積開(kāi)采地下水來(lái)彌補(bǔ)水資源的不足已成為必然趨勢(shì)。地下水動(dòng)態(tài)變化季節(jié)性較明顯，地下水位和水量的豐枯，均隨著降水的大小和開(kāi)發(fā)程度變化。根據(jù)泰安市歷年平均降水量分析，泰安市降水已連續(xù)多年呈逐步減少趨勢(shì)，地表水可供水量相對(duì)減少，再加上工農(nóng)業(yè)發(fā)展及人民生活水平提高，對(duì)地下水的需求越來(lái)越大，開(kāi)采地下水造成地下水位下降，出現(xiàn)多處地下水漏斗區(qū)，給環(huán)境帶來(lái)許多不利影響。

地下水位的不合理開(kāi)采會(huì)引起區(qū)域地下水位持續(xù)大幅度下降、含水層被疏干、抽水成本增加等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重的地面裂縫或沉降等嚴(yán)重的地質(zhì)問(wèn)題，具體來(lái)說(shuō)，可導(dǎo)致如下問(wèn)題：

（1）地下水位大幅度下降，改變了地表水與地下水之間及含水層之間的天然補(bǔ)給關(guān)系，使原來(lái)水量工程規(guī)劃的效益降低，區(qū)域地下水位的大幅下降，導(dǎo)致一些天然條件下接受地下水補(bǔ)給的河流，變成了地下水補(bǔ)給源。此次采用山東省泰安市省級(jí)井網(wǎng)優(yōu)化后的地下水潛水井觀測(cè)資料30站年，計(jì)算2012～2017年平均地下水埋深。從地下水埋深、年變差統(tǒng)計(jì)表看，2012～2017年潛水水位六年來(lái)累計(jì)計(jì)算，平均水位下降 0.95m，見(jiàn)表1。

（2）地下水降落漏斗面積增大

地下水位降落漏斗是指在井、孔抽水時(shí)形成的漏斗狀水位下降區(qū)。自泰安市1975年有地下水記錄資料以來(lái)，漏斗區(qū)就一直存在，早期只是零星分布，隨著近代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展及用水量的增加，特別是二十世紀(jì)八九十年代，漏斗區(qū)已經(jīng)連成一片，干旱年份，漏斗區(qū)面積可達(dá)到300～400km2。泰安市漏斗區(qū)面積多分布在泰城城區(qū)、新泰新汶、肥城盆地、寧陽(yáng)西部及華豐等地。

（3）地面沉降時(shí)有發(fā)生

地面沉降主要指巨厚松散沉積物分別區(qū)，人為長(zhǎng)期開(kāi)采地下水引起水位大幅度下降，在上部重力和自重作用下，土體空隙被壓縮變密，造成地面垂直下降的地質(zhì)現(xiàn)象。這種地質(zhì)災(zāi)害的直接原因就是人類大量開(kāi)發(fā)利用地下水，水位持續(xù)下降，使上部土層負(fù)壓增大，最終導(dǎo)致了這一地質(zhì)災(zāi)害的形成。地面沉降危害嚴(yán)重，如地表積水，建筑物斷裂，地下管道報(bào)廢等，而且一旦形成后很難再恢復(fù)原樣，是一種不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程。

（4）大量抽取地下水導(dǎo)致的區(qū)域地下水位的大幅下降，不僅引起含水層水動(dòng)力條件發(fā)生了變化，同時(shí)也將促使含水層水文條件的變化，可導(dǎo)致含水層地下水水質(zhì)的變化。在一些地區(qū)，地下水位常年低于河水位，河水（包括河床潛流）由對(duì)地下水的季節(jié)性補(bǔ)給變成常年補(bǔ)給，河流不再是地下水的排泄渠道。近十幾年來(lái)，地表水體污染日趨嚴(yán)重，全市大多數(shù)主要河道成了排污河道，污廢水中主要污染成分有COD、BOD5、氨氮及五項(xiàng)毒物等，水體污染面積不斷擴(kuò)大，因淺層地下水主要靠地表水體補(bǔ)給，又造成了淺層地下水污染的惡性循環(huán)，有的供水井已不能飲用。

（5）地下水是維持土體應(yīng)力平衡的一個(gè)重要因素。大量開(kāi)采地下水，使水體從含水層空隙中被排出或使地下水水頭壓力降低，改變了土體原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)和平衡條件，從而使土體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定遭到破壞，導(dǎo)致地面沉降、開(kāi)裂及塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。使地下水從承壓狀態(tài)變?yōu)闊o(wú)壓狀態(tài)，從而激發(fā)并加速了地下水的侵蝕作用，使土體的細(xì)小顆粒被地下水沖刷攜帶，長(zhǎng)而久之，便形成了地面塌陷。

四、解決地下水及其生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的對(duì)策

要解決泰安地區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用所帶來(lái)的問(wèn)題，關(guān)鍵是要因地制宜，分區(qū)控制地下水開(kāi)采，改善水文地質(zhì)環(huán)境；運(yùn)用經(jīng)濟(jì)和法律手段限制開(kāi)采量；進(jìn)一步完善地下水管理體制。

根據(jù)地下水超采和造成的危害程度，將地下水開(kāi)采管理劃分為“禁采區(qū)”“限采區(qū)”和“控采區(qū)”。對(duì)淺層地下水嚴(yán)重超采區(qū)實(shí)行禁采，淺層地下水一般超采區(qū)、已引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)和受污染地區(qū)實(shí)行限采，輕微超采區(qū)實(shí)行控制開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)采、補(bǔ)平衡。通過(guò)開(kāi)采控制，使地下水資源得到恢復(fù)。

表1 泰安市2012～2017年年均地下水埋深、年變差統(tǒng)計(jì)表（單位：m）

（1）地下水禁采區(qū)：主要包括泰安市城區(qū)?？刂拼胧┦欠忾]禁采區(qū)內(nèi)所有地下水井，實(shí)行地下水禁采，同時(shí)充分利用本區(qū)地處山前區(qū)，地表水資源條件較好的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)引水入市工程，完善城市地表水供水系統(tǒng)，以地表水代替地下水，推廣中水利用，減小地下水的開(kāi)采量。

（2）地下水限采區(qū)：主要在肥城、新泰等地?？刂拼胧榕鷾?zhǔn)的地下水開(kāi)采量必須低于可開(kāi)采量，逐步恢復(fù)限采區(qū)內(nèi)的地下水儲(chǔ)存量，使地下水位控制在合理埋深范圍之內(nèi)，逐步實(shí)現(xiàn)采、補(bǔ)平衡，改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。有關(guān)水行政主管部門根據(jù)分區(qū)地下水開(kāi)采方案，組織編制限采區(qū)年度開(kāi)采計(jì)劃。

（3）地下水控采區(qū)：包括現(xiàn)狀輕微超采區(qū)和采補(bǔ)平衡區(qū)?？刂茀^(qū)地下水允許開(kāi)采量不得高于可開(kāi)采量，實(shí)現(xiàn)采、補(bǔ)平衡。主要分布在山前平原采補(bǔ)基本平衡區(qū)。泰萊山前平原的采補(bǔ)平衡區(qū)地下水資源條件較好，但也不能過(guò)度開(kāi)發(fā)，以免造成新的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。應(yīng)控制地下水開(kāi)采量，有計(jì)劃、有目標(biāo)地利用，維持較好的水文地質(zhì)環(huán)境。

（4）運(yùn)用經(jīng)濟(jì)和法律手段控制開(kāi)采地下水：提高水資源費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，使地下水水價(jià)和水資源費(fèi)高于地表水供水水價(jià)和水資源費(fèi)，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐乇硭睦?，限制地下水的使用。鼓?lì)利用處理后的污水，在水價(jià)上給予優(yōu)惠，以減少地下水的開(kāi)采量。建立地下水養(yǎng)蓄基金制度，以限制開(kāi)采自備井。嚴(yán)格執(zhí)行取水許可審批制度。嚴(yán)格控制超采區(qū)內(nèi)新增地下水取水項(xiàng)目的審批，對(duì)新建、改建、擴(kuò)建的項(xiàng)目原則上不再增加地下水取水量。對(duì)有特殊要求的取水戶，需對(duì)開(kāi)采方式、取水層位、地下水資源量、對(duì)環(huán)境的影響等作出嚴(yán)格的可行性論證