晉祠泉域地下水位控制指標(biāo)及其生態(tài)修復(fù)研究

尤龍鳳

(太原市水資源管理保護(hù)中心，山西 太原 030002)

地下水是太原市的主要供水水源之一，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，在大規(guī)模開采地下水和煤礦開采對水資源破壞的雙重作用下，太原市部分地區(qū)地下水嚴(yán)重超采，引發(fā)了區(qū)域地下水水位下降、巖溶泉水?dāng)嗔?蘭村泉1986年斷流、晉祠泉1994年斷流)、地下水水質(zhì)惡化等一系列水生態(tài)環(huán)境問題[1]。

晉祠泉域作為太原市的第二巖溶大泉，其巖溶地下水資源是太原市居民生活用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的主要供水水源，對太原市的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有極其重要作用。隨著泉域巖溶地下水資源的大量開發(fā)利用，加之泉域內(nèi)煤礦大規(guī)模開采引起的采煤排水量的持續(xù)增大等原因，泉域內(nèi)地下水水位不斷下降，導(dǎo)致泉水出現(xiàn)斷流。為保護(hù)和修復(fù)晉祠泉域生態(tài)系統(tǒng)，山西省委省政府先后采取了汾河清水復(fù)流、晉祠泉復(fù)流工程、煤礦兼并重組、地下水關(guān)井壓采等一系列措施[2]，遏制了泉域水生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化的趨勢。2008年晉祠泉地下水位首次出現(xiàn)回升，到2018年底恢復(fù)至距泉口1.61m，但近兩年又出現(xiàn)水位下降的情況，晉祠泉遲遲未復(fù)流。本文研究確定晉祠泉域地下水水位控制指標(biāo)及其生態(tài)修復(fù)措施，旨在為進(jìn)一步加強(qiáng)太原市晉祠泉域的地下水管理，防治泉域地下水繼續(xù)超采和污染，改善泉域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)泉水恢復(fù)出流。

1 晉祠泉域概況及主要生態(tài)環(huán)境問題

1.1 泉域概況

晉祠泉是山西19個巖溶大泉之一，具有重要的歷史文化傳承，泉水出露于太原西山懸甕山下，由難老泉、圣母泉、善利泉組成，出露高程802.59～805m。泉域總面積2030km2，行政區(qū)劃以太原市的古交市、清徐縣、晉源區(qū)、萬柏林區(qū)所轄范圍為主，局部涉及尖草坪區(qū)、婁煩縣和交城、靜樂等縣(區(qū))。

根據(jù)《山西省第二次水資源調(diào)查評價(jià)》成果，晉祠泉域1956—2000年系列多年平均巖溶水資源量為7570萬m3/a(2.40m3/s)，可開采資源量為1956萬m3/a(0.62m3/s)。20世紀(jì)70年代以來，由于泉域巖溶地下水超采及煤炭開采對巖溶水系統(tǒng)的破壞等原因，導(dǎo)致泉水于1994年斷流。

1.2 晉祠泉巖溶泉水流量及水位動態(tài)

1.2.1巖溶泉水流量

20世紀(jì)50年代，晉祠泉實(shí)測平均流量1.94m3/s且較為穩(wěn)定，屬穩(wěn)定型泉水。自20世紀(jì)60年代以來，特別是80年代后期泉水流量逐年減少，由60年代年均1.69m3/s，下降至70年代的1.13m3/s，再由80年代年的0.46m3/s，降至90年代初的0.15m3/s，于1994年4月30日泉水?dāng)嗔鳌?/p>

晉祠泉的流量變化經(jīng)歷了兩個特征不同的時(shí)期。第一個時(shí)期為1954—1960年，該時(shí)期的泉流量變化比較平穩(wěn)；第二個時(shí)期為1961—1994年，該時(shí)期的泉流量迅速衰減，直到斷流，如圖1所示。

1.2.2巖溶地下水位動態(tài)

晉祠泉自1994年4月斷流至2008年，泉口地下水水位持續(xù)急劇下降，泉口水位埋深在2008年達(dá)到最低的27.76m。為改善晉祠泉域生態(tài)環(huán)境，山西省有關(guān)部門積極采取了多種有效的治理措施。先后實(shí)施了煤礦兼并重組、汾河清水復(fù)流工程、晉祠泉復(fù)流工程和泉域地下水超采區(qū)綜合治理等[2- 3]。自2008年后，晉祠泉域巖溶地下水位開始止降回升，至2011年斷流10年的清徐縣平泉村“不老泉”(屬于晉祠泉域)復(fù)流，2013年底晉祠泉水位回升至高程793.56m，距泉口9.03m。到2018年底恢復(fù)至距泉口1.61m。泉口地下水水位動態(tài)變化如圖1所示。

圖1 晉祠泉流量與泉口水位變化曲線圖

1.3 泉域現(xiàn)狀存在的主要生態(tài)環(huán)境問題

1.3.1人工巖溶水井大量開采泉域巖溶地下水

人工開采巖溶地下水是晉祠泉開發(fā)利用的主要方式，在1971—1994年間，巖溶水的直接開采已經(jīng)成為控制晉祠泉流量變化的最重要的因素，甚至可以說是晉祠泉斷流的決定性因素。截止2019年，泉域仍有巖溶水井180眼，巖溶地下水開采量達(dá)3252.3萬m3，占泉域水資源量的43%，開采系數(shù)為1.66，屬于嚴(yán)重超采。

1.3.2清徐邊山自流井排泄晉祠泉巖溶水

晉祠泉與平泉是區(qū)域上同一個巖溶水系統(tǒng)的不同排泄點(diǎn)，其泉口水位及泉流量變化受控于整個巖溶水系統(tǒng)補(bǔ)給與開采排泄變化影響。從水位動態(tài)、水化學(xué)-同位素特征等分析，晉祠泉補(bǔ)給平泉，平泉不老池巖溶水中晉祠泉補(bǔ)給量占73%[4]。2019年清徐縣西邊山有平泉等自流井12處，年徑流量903.6萬m3，大量襲奪晉祠泉流量，影響了晉祠泉復(fù)流。

1.3.3煤礦開采對晉祠泉巖溶水影響嚴(yán)重

晉祠泉域內(nèi)現(xiàn)有9座帶壓開采煤礦，其對泉域巖溶水的年影響量達(dá)1009.5萬m3，占泉域水資源量的13.3%。煤礦排水量與泉流量之間相關(guān)性分析表明，煤礦排水量與泉流量之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，隨著煤礦排水量的增大，泉流量逐漸減少[5]。

2 泉域地下水水位控制指標(biāo)

晉祠泉域自開展生態(tài)修復(fù)工作以來，水位得到了明顯回升，泉口水位自2008年到2018年累計(jì)回升26.15m。但是2019年和2020年兩年晉祠泉水位出現(xiàn)了下降、回升趨緩的現(xiàn)象。2019年較2018年下降了1.75m，水位埋深距泉口3.36m，2020年水位埋深距泉口3.29m。究其原因主要是泉域巖溶地下水仍處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，加之部分生態(tài)修復(fù)措施沒有落實(shí)到位。當(dāng)前的晉祠泉生態(tài)修復(fù)工作已進(jìn)入攻堅(jiān)階段，需要持續(xù)加大修復(fù)工作力度。因此，確定晉祠泉域地下水水位控制指標(biāo)，在總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究制定其生態(tài)修復(fù)措施是非常必要的。

根據(jù)山西省有關(guān)規(guī)劃和部署，晉祠泉域生態(tài)修復(fù)目標(biāo)為2025年實(shí)現(xiàn)泉水復(fù)流，因此確定2025年晉祠泉泉口地下水水位控制指標(biāo)為802.59m。

3 泉域生態(tài)修復(fù)措施研究

為實(shí)現(xiàn)2025年水位控制目標(biāo)，恢復(fù)晉祠泉水出流，需在晉祠泉域開展以下保護(hù)和生態(tài)修復(fù)措施，以此涵養(yǎng)泉域地下水，恢復(fù)地下水水位。

3.1 配套建設(shè)替代水源工程，進(jìn)行地下水超采治理[6]

配套建設(shè)替代水源工程，實(shí)施泉域巖溶水關(guān)井壓采，壓減巖溶地下水開采量，進(jìn)行晉祠泉域地下水超采治理。利用太原市呼延水廠引黃水、規(guī)劃建設(shè)的太原市西山地表水廠供水工程及太原東西山調(diào)水工程引黃水作為替代水源，關(guān)閉萬柏林區(qū)內(nèi)部分巖溶水井；利用汾河一壩西干渠地表水作為替代水源，置換晉源區(qū)邊山農(nóng)業(yè)灌溉巖溶地下水，關(guān)閉晉源區(qū)內(nèi)部分巖溶水井；利用汾河灌區(qū)灌溉水作為替代水源，置換清徐縣平泉自流井農(nóng)業(yè)灌溉用水，對平泉自流井群進(jìn)行封堵再治理，壓減巖溶地下水外排量。

3.2 實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水工程

3.2.1汾河二庫蓄水位高位運(yùn)行措施

繼續(xù)實(shí)施已有汾河水庫、汾河二庫與萬家寨引黃南干線供水聯(lián)合調(diào)度方案，完善汾河二庫大壩相關(guān)配套工程，將水庫現(xiàn)狀水位提升至設(shè)計(jì)正常蓄水位運(yùn)行，增加汾河二庫庫區(qū)浸潤面積，加大庫區(qū)滲漏量。

3.2.2羅家曲至龍尾頭生態(tài)補(bǔ)水工程

在羅家曲村至龍尾頭村強(qiáng)滲漏段河道范圍內(nèi)規(guī)劃建設(shè)攔河壩及附屬工程設(shè)施，形成一定的水面面積，增加地表水下滲量。

3.3 實(shí)施礦山禁采限采工程

3.3.1煤礦禁采工程

對位于晉祠泉域巖溶水徑流—排泄區(qū)，存在帶壓開采問題，采煤排水量大，對晉祠泉匯流、出流產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，直接影響晉祠泉復(fù)流的煤礦進(jìn)行關(guān)閉。

3.3.2煤礦保水限排工程

對晉祠泉域內(nèi)的帶壓開采煤礦實(shí)施采煤保水限排，通過修復(fù)斷層、加固底板等措施，保護(hù)巖溶水不受煤礦開采影響。

3.4 巖溶泉監(jiān)測工程

建設(shè)采煤排水自動監(jiān)控系統(tǒng)，對晉祠泉域內(nèi)的煤礦安裝自動監(jiān)控設(shè)施，實(shí)時(shí)監(jiān)測煤礦采煤排水及其回用情況。對泉域內(nèi)的帶壓開采煤礦，建設(shè)巖溶水水位監(jiān)測設(shè)備，配套建設(shè)遠(yuǎn)程巖溶水水位自動監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測煤礦巖溶水位動態(tài)變化[7]。同時(shí)，完善泉域水位、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，為了科學(xué)規(guī)劃、合理保護(hù)晉祠泉域提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

3.5 泉域水質(zhì)污染綜合治理

對泉域內(nèi)的“老窯水”污染問題采取“源頭防治+末端治理”的方法，針對不同問題類型，采取相應(yīng)治理措施[8]；在泉域滲漏段對現(xiàn)有污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，確保入河水質(zhì)經(jīng)處理達(dá)到地表水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)要求后排放；完善污水收集管網(wǎng)，提高廢污水處理回用率；開展入河排污口整治和農(nóng)村面源污染治理工程等。

3.6 綜合分析

(1)晉祠泉生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)重大的系統(tǒng)工程，涉及部門較多。為了確保其生態(tài)修復(fù)各項(xiàng)工作的順利完成，促進(jìn)泉水早日恢復(fù)出流，應(yīng)構(gòu)建“政府主導(dǎo)、多部門聯(lián)動”的高效管理體制，加強(qiáng)泉域生態(tài)修復(fù)工作的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，把晉祠泉生態(tài)修復(fù)措施變成行之有效的行動和管理依據(jù)。

(2)從玉門河南峪村—杜兒坪煤礦東側(cè)—官地礦與白家莊礦交界處—龍山—明仙村東—晉祠泉是晉祠泉域巖溶地下水強(qiáng)徑流帶，該強(qiáng)徑流帶匯集了來自北部汾河二庫滲漏補(bǔ)給及西北古交方向的補(bǔ)給水源，是對晉祠泉水流量影響最敏感的地區(qū)[9- 10]，關(guān)閉萬柏林區(qū)白家莊煤礦等巖溶水井對晉祠泉水復(fù)流具有顯著效應(yīng)。應(yīng)加快實(shí)施太原東西山調(diào)水工程及配套凈水廠、管網(wǎng)、附屬設(shè)施等替代水源工程的建設(shè)，確保2025年晉祠復(fù)流目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

(3)實(shí)施“五水綜改”方案，建立稅價(jià)、水價(jià)聯(lián)動機(jī)制，促進(jìn)引黃水的利用，減少地下水的開采。

4 結(jié)語

晉祠泉是北方有名的巖溶大泉之一，由于過度開發(fā)利用，泉水于1994年斷流。本文對泉域現(xiàn)狀存在的生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行分析，按照以保護(hù)為主、自然修復(fù)和工程措施并重，以地下水超采治理、生態(tài)補(bǔ)源和煤礦整治為重點(diǎn)，提出泉域生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的目標(biāo)及主要措施。各項(xiàng)修復(fù)措施的落實(shí)對推進(jìn)晉祠泉復(fù)流工作可起到積極的推動作用，同時(shí)也為山西省蘭村、古堆、洪山等千古名泉的復(fù)流乃至北方類似斷流巖溶大泉復(fù)流和生態(tài)修復(fù)提供參考和借鑒。但是，泉域地下水的生態(tài)修復(fù)治理是一個復(fù)雜的過程，研究制定其保護(hù)和修復(fù)措施應(yīng)著重考慮各項(xiàng)措施的系統(tǒng)聯(lián)動性和實(shí)施的可行性。