城市地下水超采區(qū)綜合治理研究

周艷梅

(山東省菏澤市東明縣水務(wù)局，山東 菏澤 274000)

1 城市地下水超采造成的危害

1.1 城市地下水含水層疏干

由于長期對城市地下水進(jìn)行高強(qiáng)度的開采作業(yè)，地下水開采力度逐漸加大，城市地下水資源調(diào)節(jié)以及補(bǔ)充量小于地下水資源的開采量，導(dǎo)致因城市地下水資源不能得到及時(shí)補(bǔ)充，而出現(xiàn)城市地下水水位和水量大幅度下降，甚至某些城市地下水含水層出現(xiàn)疏干現(xiàn)象。

1.2 地面沉降

因大規(guī)模開采地下水資源，導(dǎo)致城市地下水水量逐漸減少，超采區(qū)面積逐漸擴(kuò)大，地下水水壓逐漸降低。由于缺少地下水水壓提供的支撐力，地上物體向下施加的重力無法抵擋，進(jìn)而導(dǎo)致城市地面逐漸下沉[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國已經(jīng)有將近30個(gè)一、二線城市因地下水過度開采而造成地面沉降、地面開裂等災(zāi)害，嚴(yán)重威脅到了城市基礎(chǔ)設(shè)施和城市建筑的安全性和穩(wěn)定性。

1.3 海水入侵和咸水入侵

海水入侵和咸水入侵危害主要出現(xiàn)在一些濱海城市，這是因?yàn)闉I海城市本身地面高度就相對較低，再加上因城市地下水過度開采，使地面沉降到低于海平面以下，進(jìn)而導(dǎo)致城市周邊海水和咸水入侵，致使城市地下水逐漸由淡水資源轉(zhuǎn)變?yōu)橄趟甗2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，山東膠東半島、河北秦皇島及廣西北海均已出現(xiàn)海水入侵現(xiàn)象，海水入侵面積已經(jīng)超過了1800 km2。

1.4 土地荒漠化

在國內(nèi)的西北干旱半干旱地區(qū)，地下水資源嚴(yán)重不足，并且水土資源組合不太均衡，導(dǎo)致大面積綠洲因缺水而枯萎、死亡，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的土地荒漠化和沙漠化，危及當(dāng)?shù)厝藗兊恼Ｉ睢?/p>

1.5 城市地下水污染

城市地下水過度開采還會(huì)引發(fā)地下水資源污染問題，因?yàn)殚_采過程中采用不合理的開采技術(shù)和方法，產(chǎn)生大量的污染物，并且對于污染物不能做到及時(shí)處理，使其污染到城市地下水資源[3]。2012年進(jìn)行的全國城市地下水資源評價(jià)中，出現(xiàn)城市地下水污染問題的城市有120多個(gè)，以一線城市和二線城市為主，因?yàn)楣I(yè)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的城市對水資源的需求比較大，所以城市地下水超采區(qū)面積比較大，全國城市地下水超采區(qū)污染情況省區(qū)分布見表1。

從上述對城市地下水超采造成的危害分析可以看出，從城市長遠(yuǎn)發(fā)展來看，必須要采取相應(yīng)的治理措施，減少城市地下水超采造成的危害，恢復(fù)城市地下水超采區(qū)水資源生態(tài)環(huán)境。

表1 全國城市地下水超采區(qū)污染情況省區(qū)分布

2 城市地下水超采區(qū)綜合治理策略

結(jié)合目前城市地下水超采區(qū)綜合治理需求，為減少城市地下水超采造成的危害，提出相應(yīng)的綜合治理策略。(1)通過在城市河流、湖泊或水庫下游沖積扇扇頂部垂直于城市地下水流向修建地下水回灌場[4]，將城市周圍地表水資源回灌到超采區(qū)，增加超采區(qū)水資源，促使超采區(qū)水資源快速恢復(fù)。(2)在黃河流域的城市實(shí)施引黃供水工程，修建引黃水庫，利用引黃水庫為城市地下水超采區(qū)提供補(bǔ)充水源。(3)采取“三條紅線”控制策略，嚴(yán)格控制城市地下水超采區(qū)開采量。通過實(shí)施以上策略，對恢復(fù)城市地下水超采區(qū)水資源，起到良好的綜合治理效果，以下將對綜合治理策略進(jìn)行詳細(xì)描述。

2.1 建設(shè)地下水回灌場

為解決城市地下水超采問題，減少城市地下水超采區(qū)面積，在保證城市地下水資源供給需求的基礎(chǔ)上，修建地下水回灌場?；毓鄨龅淖饔檬菍⒊鞘兄車恿?、湖泊等地表水資源引入到地下，在汛期時(shí)將洪水引入，對城市地下水進(jìn)行回灌補(bǔ)給，將豐水年回灌的水資源用于枯水年城市地下水超采區(qū)開采利用，這樣既能增加城市地下水超采區(qū)水量，也能實(shí)現(xiàn)對城市洪澇災(zāi)害的治理。

回灌場的建設(shè)地點(diǎn)設(shè)定在城市河流、湖泊或水庫下游沖積扇扇頂部，垂直于城市地下水流向區(qū)域，實(shí)現(xiàn)地表水回灌到城市地下水超采區(qū)主要依靠滲渠，因此滲渠是回灌場建設(shè)的關(guān)鍵[5]。滲渠的長度決定了城市地下水超采區(qū)滲入補(bǔ)給量，因此在修建回灌場時(shí)，要確定科學(xué)合理的滲渠修建長度。不同長度的滲渠在不同補(bǔ)給時(shí)期滲入補(bǔ)給能力是不同的，按降雨量分為平水年和豐水年，通常情況下平水年的補(bǔ)給時(shí)間約120 d，豐水年的補(bǔ)給時(shí)間約150 d，表2豐平年滲渠補(bǔ)給水量。

表2 豐平年滲渠補(bǔ)給水量

從表2可以看出，當(dāng)回灌場滲渠長度為15 000 m 時(shí)，無論是在平水年還是豐水年地表水回灌補(bǔ)給量都是最大的，可以使城市地下水超采區(qū)地下水位逐漸恢復(fù)[6]。確定了回灌場的修建區(qū)域和滲渠長度，在修建過程中將滲渠修建于目前城市地下水埋深5.5 m處，滲渠抽水半徑為350 m，修建材料選取混凝土，因?yàn)榛炷辆哂休^長的硬度和強(qiáng)度，修建后的回灌場滲渠不易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，可以長時(shí)期為城市地下水超采區(qū)提供地下水回灌功能，增加城市地下水超采區(qū)水位和水量。

2.2 實(shí)施引黃供水工程

為了滿足農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水需求，降低城市地下水超采區(qū)開采壓力，實(shí)施引黃供水工程，該工程主要對應(yīng)的城市為黃河流域周圍城市，在城市周邊建設(shè)引黃水庫，利用水庫收集黃河汛期時(shí)的水資源，并將其引入城市地下水超采區(qū)域，提高城市地下水超采區(qū)水量[7]。引黃水庫修建的數(shù)量要根據(jù)城市地下水超采區(qū)面積大小而定，當(dāng)城市地下水超采區(qū)面積>10 000 m2，可以修建5個(gè)或 5個(gè) 以上的中大型引黃水庫；當(dāng)城市地下水超采區(qū)面積為5000～10 000 m2，可以修建3～5個(gè)引黃平原水庫；當(dāng)城市地下水超采區(qū)面積<5000 m2，只需修建2～3個(gè)引黃平原水庫[8]。引黃供水工程對城市地下水超采區(qū)綜合治理具有良好的效果和作用。

目前黃河流域周圍大部分城市已經(jīng)實(shí)施了引黃供水工程，例如東明縣，目前有引黃平原水庫兩座，菜園集水庫和洪源水庫。菜園集水庫一期工程已完成，開始供水，目前供水能力9萬m3。該水庫管網(wǎng)鋪設(shè)正在進(jìn)行延伸，已對自來水公司和幾個(gè)地下深層水用水大戶進(jìn)行部分供水，并依托東明縣城鄉(xiāng)供水一體化工程延伸管網(wǎng)鋪設(shè)長度，計(jì)劃利用3～5年時(shí)間，在全縣范圍內(nèi)新建供水管網(wǎng)，構(gòu)筑覆蓋全縣的供水網(wǎng)絡(luò)[9]。洪源水庫初期建設(shè)已完工，主要向東明縣南化工園區(qū)及附近農(nóng)村供水，主管道鋪設(shè)已到達(dá)幾個(gè)主要的工業(yè)用水戶，并準(zhǔn)備開始供水。兩個(gè)水庫設(shè)計(jì)庫容可達(dá)1800萬m3，目前供水能力4000萬m3，可置換深層地下水400多萬m3[10]。農(nóng)村生活用水系村村通深井水工程，其深層井地下水壓采計(jì)劃，主要是依托城鄉(xiāng)供水一體化項(xiàng)目工程。

2.3 采取“三條紅線”控制策略

在城市地下水超采區(qū)實(shí)施“三條紅線”控制策略，“三條紅線”是指城市地下水超采區(qū)開采量、地下水水位、地下水水量三個(gè)指標(biāo)。城市根據(jù)年降雨量和地下水補(bǔ)給量，制定城市地下水超采區(qū)開采量和開采時(shí)間，如果城市地下水超采區(qū)水位和水量都低于近十年的平均值，則要減少城市地下水超采區(qū)開采量，并且將城市地下水超采區(qū)開采時(shí)間向后延遲，使城市地下水超采區(qū)能夠有充足的時(shí)間恢復(fù)和調(diào)節(jié)。對城市地下水超采區(qū)開采進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)劃，控制城市地下水超采區(qū)開采量，時(shí)時(shí)監(jiān)測超采區(qū)地下水水位和水量，當(dāng)城市地下水超采區(qū)的水位和水量逐漸恢復(fù)到正常，可以適當(dāng)增加開采量，但仍不能過度開采。通過“三條紅線”控制策略的實(shí)施和應(yīng)用，促使城市地下水超采區(qū)水資源有計(jì)劃地得到治理，以此完成城市地下水超采區(qū)綜合治理。

3 結(jié) 語

本文結(jié)合目前城市地下水超采區(qū)綜合治理存在的問題，以及城市地下水超采區(qū)治理需求，提出了城市地下水超采區(qū)綜合治理策略，對提高超采區(qū)地下水水位和水量，改善城市地下水環(huán)境，恢復(fù)城市地下水生態(tài)調(diào)節(jié)能力具有良好的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)此次研究還具有一定的參考價(jià)值，為城市地下水超采區(qū)綜合治理策略實(shí)施提供參考依據(jù)，為優(yōu)化和完善城市地下水超采區(qū)綜合治理方案提供參考依據(jù)。