龍子祠泉水源地現(xiàn)狀和保護措施研究

張松濤 辛瑞剛 龔 艷

（1.山西省水利發(fā)展中心，山西 太原030002；2.太原理工大學環(huán)境科學與工程學院，山西 太原030024））

1 基本情況

1.1 概況

龍子祠泉位于呂梁山南段東麓，臨汾盆地西緣龍祠村、晉掌村一帶，距離臨汾市區(qū)13 km。泉水出露于臨汾盆地與西山交接處的坡積物中，為構造侵蝕非全排型溢流泉。泉群出露面積0.12 km2，泉水大多以散流形式溢出，由南池、北池和東池等泉組組成，流量大約分別占總流量的40%、10%和50%。泉水有高水和低水之分，高水指的是北池和南池，高程478 m，低水指東池，高程465.2 m，相差13 m[1]。

1.2 水源地現(xiàn)狀

1.2.1 水量

龍子祠泉的最大流量為8.39 m3/s（1965年），最小流量為2.847 m3/s（2002年）[2]。近年來通過實行關井壓采、植樹種草等措施，泉水水量相對穩(wěn)定。2018-2020年實測平均出流量分別為3.031 m3/s 、2.915 m3/s 和2.937 m3/s。供水保證率達到95%以上。以引沁入汾和企業(yè)自備巖溶深井水源作為應急備用水源地[3]。

1.2.2 水質

水質檢測結果顯示，取水口水樣中硫酸鹽、總氮含量不符合《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2002）的III 類水質標準。泉水經(jīng)過臨汾市自來水公司凈水廠處理后，檢測項目均符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB 5749-2006。

1.3 監(jiān)測監(jiān)控情況

南泉、東泉和北泉分別進行封閉管理，周邊安裝有在線監(jiān)控設備約36 部，水源地取水口基本實現(xiàn)24 h 自動視頻監(jiān)控。水質、水量定期監(jiān)測。

1.4 監(jiān)督管理與制度建設情況

龍祠泉源管理處負責水源地的管理和保護工作，有專人對水源地進行定期巡查。同時，與水利、環(huán)保等相關部門建立了水源地安全保障部門聯(lián)動機制。針對水源地的實際制定了應對突發(fā)性水污染事件、洪水和干旱等特殊情況供水安全保障應急預案。

2 水源地保護工作及其成效

2.1 保護區(qū)調整

為了更好地對水源地進行保護和管理，2019年臨汾市政府對龍祠飲用水水源保護區(qū)進行了調整。調整后，一級保護區(qū)面積增加了2.12 km2為13.12 km2；二級保護區(qū)圈定的面積為140.15 km2，較調整前增加0.15 km2；龍祠水源地準保護區(qū)范圍不變，準保護區(qū)圈定的面積仍為2 250 km2[4]。龍祠泉源管理處對一級保護區(qū)實行逐日巡查，二級保護區(qū)實行不定期巡查，是水源地安全的重要保障。

2.2 煤礦整改

由于歷史原因，龍子祠泉域保護區(qū)長期以來一直存在煤礦開采，不僅影響龍子祠泉水水量，也會對水質產(chǎn)生影響。近年來，臨汾市政府加大整頓力度，對非法開采和不符合政策要求的煤礦進行關停。目前大多采礦企業(yè)礦坑水為零排放或達標排放。政府對采煤企業(yè)的強化管理一定程度上緩解了采煤對地下水的污染。

2.3 水源地保護工程

臨汾市高度重視水源地保護工作，對龍子祠水源地實施了大量有效的保護工程，截止2020年底，共完成投資1 640 萬元，實施龍祠水源地綜合治理，主要包括污染整治、渠系改造和生態(tài)綠化及核心區(qū)防護等。

2.3.1 東泉全封閉保護工程

東泉是飲用水的直接供給源，所以對東泉進行全封閉，采用管式鋼桁架結構，封閉結構最大高度8.1 m，封閉面積2 836.2 m2。對東泉泉池進行墻磚裝修及泉池清淤，泉水清澈見底。其次，對東泉進行生態(tài)修復，改善了水源地生態(tài)環(huán)境，包括拆除東泉北部平房，院北部及南部空地進行綠化補植，面積為2000 m2。

2.3.2 南泉、北泉保護工程

近年來，先后完成了南泉、北泉污泥淘涮護砌工程、圍墻、照壁整修及部分綠化工程，南北泉進行鋼化玻璃封閉。這些措施有效改善了泉口環(huán)境。

2.3.3 污染整治

龍祠、晉掌兩村的污水、垃圾處理工程是《臨汾市龍子祠水源地生態(tài)保護工程規(guī)劃報告》的一部分，主要責任部門是堯都區(qū)環(huán)保局。主要工程有龍祠、晉掌兩村垃圾整治、污水處理、雨水處理、旱廁改造。

3 存在的問題及成因分析

3.1 水量

通過在泉域范圍內實行的有效保護措施，泉水水量近幾年來比較穩(wěn)定，據(jù)龍子祠泉水流量監(jiān)測結果，2011年泉水出流量平均達到3.001m3/s，2018年為3.031 m3/s，2019年為2.915m3/s，保證了城市居民正常用水。但是，龍子祠泉水水量安全仍然面臨嚴重挑戰(zhàn)，如圖1 所示。

圖1 龍子祠泉水流量變化趨勢

1955-2019年年均流量呈現(xiàn)總體下降趨勢，特別是上世紀70年代到本世紀初衰減速率最大。與龍子祠泉水流量衰減趨勢對比明顯的是日益增長的水資需求量，供求矛盾突出，已威脅到水資源的可持續(xù)利用。龍子祠泉域作為相對獨立完整的巖溶水循環(huán)系統(tǒng)，水量衰減、補排關系失衡的主要原因是補給量的減少、人工排泄量的增加，表現(xiàn)在以下幾方面。

3.1.1 氣候變化影響

龍子祠泉域巖溶水的補給主要來源于大氣降水。雨量大小、氣溫以及植被覆蓋等引起的陸面蒸發(fā)量變化，最終會在巖溶泉域系統(tǒng)的輸出量中體現(xiàn)出來。龍子祠泉域降水量總體表現(xiàn)為下降趨勢。以1954-1983年和1984-2013年前后2 個階段降水量比較，前階段的平均降水量為558.99 mm，后階段平均降水量為517.20 mm，所以降水量減少是引起泉水流量衰減的原因之一[2]。另外，龍子祠氣溫在上世紀50年代以后表現(xiàn)出趨勢性增長的態(tài)勢，特別進入80年代中后期，增長速率尤為明顯。氣溫增加無疑會引起地表水和陸面蒸發(fā)量的增加，進而對龍子祠泉域巖溶水補給產(chǎn)生影響，也是泉水流量衰減的重要原因。

3.1.2 人工開采影響

1984年之前，龍子祠泉域不存在人工管井開采，對泉流量沒有影響。1990年后開始打深井取巖溶水，2000年井采量為359 萬m3（0.114 m3/s），2010年水利普查結果表明泉域內機井數(shù)量上升為（包括巖溶井以及泉域內山前松散層井）87 眼（實際開采的71 眼），總開采量320 萬m3（0.102 m3/s），較2000年略有下降。2019年臨汾市水資辦調查資料顯示泉域內機井為113 眼（取水層位：松散巖類孔隙水、砂巖裂隙水和巖溶水），總取水量合計487.44 萬m3。除此之外，在泉域外山前巖溶水潛流區(qū)，還有松散層孔隙地下大量水開采。特別在2003年臨汾市自來水的土門水源地投入運行后，開采量更是逐年增加，成為影響泉水流量的重要原因。

3.1.3 采煤對水量的影響

煤炭開采過程中會產(chǎn)生大量排（涌）水，正常情況這部分水量排出地表進入下游碳酸鹽巖區(qū)后滲漏補給巖溶水，并不會引起巖溶水資源量的減少，但實際的情況并非如此。煤礦開采不同時期，礦井排水量變化很大，多數(shù)煤礦都是利用積水倉進行不定時排水，積水倉蓄滿后進行集中排水，使得天然條件下長期緩慢的排水變?yōu)槎唐趦燃信潘?。采煤改變地表產(chǎn)流的動態(tài)將響應到下游碳酸鹽巖河段對巖溶水的滲漏補給。

此外，泉域北翼河谷結構為典型的向斜構造，軸部為煤系碎屑巖地層，兩側為碳酸鹽巖地層。其中發(fā)育的3 條河流在煤礦開采后對巖溶水的滲漏補給量形成了負面影響，分別是發(fā)育在向斜軸部的昕水河、東川河和發(fā)育在東側煤系地層較低的三交河[4]。三條河流是泉域內流經(jīng)碳酸鹽巖區(qū)的常年性河流，而且礦坑排水是基流量的主要組成部分。這三條河流的分布格局，造成了采煤對巖溶水補給不利的局面。故采煤排水也是龍子祠泉流量衰減因素之一[2]。

3.2 水質

龍子祠泉水中SO42-、總硬度和溶解性總固體長期以來一直偏高。1985年以前，泉域內的煤炭開采規(guī)模較小，認為當時龍子祠泉水受采煤影響較小，其檢測值可視為巖溶水的環(huán)境本底值，其SO42-、總硬度和溶解性總固體含量分別為338 mg/L、493.1 mg/L和632 mg/L[5]。后期各項指標呈現(xiàn)上升趨勢，至2013年三項指標分別增加到443 mg/L、642 mg/L 和831 mg/L。之后幾年有所回落，2020年三項水質指標含量分別為SO42-369 mg/L，總硬度599 mg/L，溶解性總固體800 mg/L。龍子祠泉水中NO3--N 含量在上世紀80年代中后期約3-4 mg/L，本世紀初減低至1.0 mg/L 以下，此后又出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，在2013年達到峰值，近幾年含量穩(wěn)定在1.4 mg/L 左右。此外泉水中COD 濃度、細菌菌落總數(shù)和糞大腸菌群數(shù)量也相對偏高。就泉域巖溶水水質污染的原因，可歸結為自然和人為兩個方面。龍子祠泉域規(guī)模大，地下水水循環(huán)周期較長，水與巖石具有充分的反應時間，受地球化學背景的影響，泉域巖溶地下水的原生污染問題比較嚴重。成為原生污染源的主要層位有：煤層與硫鐵礦、黃土、碳酸鹽巖、石膏等。唐春雷等[6]利用同位素識別研究區(qū)地下水中SO42-的來源，結果表明龍子祠泉水中SO42-源于FeS2氧化的比例為20.2%（2019年），高于2004年的SO42-(14.4%)所占比例[6]。所以，采煤活動對巖溶水的影響不容忽視。此外，龍子祠泉一級保護區(qū)內，因居民污水、垃圾的存在，也是影響水質的原因之一。

3.3 監(jiān)測監(jiān)控和管理

在2020年度安全保障達標建設自評估中，得分為93 分，其中準保護區(qū)綜合治理為零分（滿分2分），特定指標監(jiān)測零分（滿分3 分），信息監(jiān)控系統(tǒng)零分（滿分2 分）[3]。

4 水源地保護措施

4.1 加強水資源合理配置

泉域巖溶地下水取水應實行總量控制，統(tǒng)籌泉水流量與泉域內不同地區(qū)巖溶地下水開采量。開發(fā)利用泉域水資源，須優(yōu)先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水，統(tǒng)籌兼顧農業(yè)、工業(yè)用水和其他用水需要，兼顧地區(qū)之間的利益，保護泉域生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮水資源的綜合效益。由水行政主管部門會同有關部門進行科學考察和調查評價，科學制定泉域水資源開發(fā)利用規(guī)劃，使其成為開發(fā)利用泉域水資源的基本依據(jù)。

4.2 增加巖溶地下水補給

通過分析泉域具體情況，得出泉域內增加巖溶地下水補給的途徑有兩條。一是修建增補工程，在泉域內可開展人工補給工程的河流有昕水河、三交河和東川河，其中三交河適宜修建人工蓄水堤壩，昕水河適宜修建滲渠，東川河適宜建滲池。此外，還可以考慮在大紅峪澗河、中垛河、小峪河、岔口河等季節(jié)性河流的碳酸鹽巖滲漏河段修建攔洪堤壩，增加對巖溶水的滲漏補給。二是采取植樹造林措施，減少陸面蒸發(fā)量以增加對地下水的入滲或地面產(chǎn)流[7]。

4.3 森林水源涵養(yǎng)

在裸地區(qū)域、低覆蓋率的區(qū)域開展植樹造林，有利于對巖溶地下水的補給，部分地區(qū)采取退耕還林等措施。喬木樹種中油松與側柏的林分耗水量較小，是具備良好水源涵養(yǎng)作用的植物[4]。

4.4 加強采煤排水管理

由于現(xiàn)有的采煤方式破壞了原有煤系含水層的地質結構，造成了含水層的疏干，破壞了巖溶水原有的平衡狀態(tài)。因此，要貫徹煤水并重、全面規(guī)劃、統(tǒng)一布局、合理開發(fā)、綜合利用的方針，做到既合理開發(fā)煤炭資源，又保護水資源環(huán)境，把煤炭、水資源、地質環(huán)境與社會經(jīng)濟的研究有機結合起來。

4.5 老窯水治理

隨著關閉礦井的不斷增加，煤礦老窯水問題將日益凸顯，成為嚴重威脅水環(huán)境的重要因素[7]，開展老窯水治理刻不容緩。建議選擇新關閉的煤礦，開展水質（分不同部位）和水位監(jiān)測。在掌握閉坑礦井“老窯水”地下水質量動態(tài)同時，分析研究水質演化的區(qū)段機制。不同水質、水量的老窯水治理，所采取的方法均有不同的要求，為此需選擇典型試點，采取循序漸進的步驟推進。

4.6 水質監(jiān)控體系建設，擴大水質監(jiān)測范圍

為了科學合理地開發(fā)利用和保護泉域巖溶水資源，實現(xiàn)可持續(xù)利用的目的，必須建立健全泉域水資源的質量動態(tài)和環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，加強對泉水資源的系統(tǒng)掌握和科學研究，為合理開發(fā)利用和保護泉域巖溶水資源，提供科學的決策依據(jù)和保護措施。要提高水質監(jiān)測分析能力，建設規(guī)范統(tǒng)一的水質分析室。從泉域總體看，采煤對龍子祠泉域巖溶地下水的水量影響比較突出，在局部地段水質污染明顯。隨著閉坑煤礦增多，特別在排泄區(qū)，水質面臨的問題將非常嚴峻，應加強與釆煤相關的環(huán)境質量監(jiān)測。

5 結語

在保護區(qū)建設方面，一級保護區(qū)內居民污水傾倒、垃圾堆放存在安全隱患，應該盡早對龍祠村、晉掌村進行集中搬遷，徹底消除人為影響水質的這一安全隱患。此外應加強準保護區(qū)的綜合治理。