淺談河北地下水資源開采情況及引發的災害

李發菊,陽建新,張秀麗

(華北有色工程勘察院有限公司,河北 石家莊 050021)

淺談河北地下水資源開采情況及引發的災害

李發菊,陽建新,張秀麗

(華北有色工程勘察院有限公司,河北 石家莊 050021)

河北省是我國水資源供需矛盾最突出的省份之一,由于長期超量開采地下水,造成了諸如地下水位下降、地面沉降及地裂縫、巖溶塌陷、海水入侵、水質污染等一系列環境地質問題。根據河北地下水資源現狀以及超采地下水引發的主要地質災害分析,對進一步開發將引發更加嚴重的地質環境問題進行了預測,并對地下水資源可持續開發利用的措施進行了探討建議。

水資源;地下水;地面沉降;地質災害

0 前言

河北省總面積 18.77萬 km2,總人口 67000萬,現有 11個省轄市,23個縣級市,108個縣,6個自治區,35個市轄區,地下水資源在河北省水資源中占有舉足輕重的地位,在全國算的上是地下水開發利用程度最高的省份,河北省處于水資源短缺的華北地區,隨著社會經濟的發展,特別是 20世紀 80年代以來本省和上游鄰省對地下水水資源開發利用程度越來越高,達到了超常規開發的地步,造成自產地表水資源量明顯減少,入境、出境水量衰竭,入海水量銳減。目前社會經濟的發展主要靠掠奪性開采深層地下水。由于連年的超量開采地下水,已導致河北多處地層下降,形成以各個轄市為中心的多個“漏斗”群。

1 地下水資源開發利用現狀

河北省平原區淺層地下水水位總體穩定,深層地下水呈下降趨勢;冀西北山間盆地地下水水位基本穩定,灤河流域山間盆地地下水水位呈現下降趨勢;燕山地區巖溶地下水水位基本穩定,太行山區呈現下降趨勢;壩上高原潛水水位較穩定。河北省地下水天然補給資源總量為 170.26億 m3,其中地下水可開采資源量為 119.86億 m3,石家莊和保定較為豐富,分別為 24.86億 m3和 22.94億 m3,之后依次是邯鄲、唐山、邢臺、張家口、廊坊、秦皇島、滄州、衡水,承德地下水可開采資源量最小,為 1.25億 m3。省會石家莊市人均水資源量 244m3,是全國乃至全世界缺水最嚴重的地區之一。由于地理位置所限,石家莊市是以地下水供水為主的城市。長期以來,市區 90%的用水依賴地下水。石家莊地下水的合理開采量(非農業)每年為 1.4億 ～1.5億 m3。近年來,地下水年平均開采量為 28.53億 m3,而多年平均地下水可開采資源量為 16.31億 m3,平均每年超采 10多億 m3。

2 地下水超采引發的地質災害問題

在現代化進程中由于人們的環境意識,可持續發展意識遠遠落后于經濟發展意識,所以無節制的盲目過量開采地下水,使地下水位持續下降,引發了一系列嚴重的生態環境惡化與環境地質災害,目前河北省表現較為突出的主要有以下幾點。

2.1 地下水水位下降,形成降落漏斗,導致地面沉降

河北省可供水量持續減少,水資源供需比僅為 0.67,缺水 51.28億 m3、為了滿足各地對水資源的需求,河北省大量開采地下水,地下水位呈持續下降態勢。目前,河北省平原區淺層地下水距地表已達 15.7 m,個別地點埋深已達 50多米,地下水蓄存量逐年減少。其中以唐山市缺水 10.77億m3為最多,省會石家莊缺水居第二位。淺層地下水正以每年1m的速度下降、地下水超采面積已達 5萬多 km2,已經形 21個地下水漏斗成罕見區的“地下漏斗群”,其中滄州漏斗和冀棗衡這兩個深層地下水漏斗為最,嚴重程度世界罕見。河北東部平原已成為全世界超采地下水最嚴重、地下水位降落漏斗面積和地面沉降面積最大的地區;滄州沉降區每年的沉降量高達 83.8mm。河北省有 100多座城市和一些井灌區地下水水位持續下降。在河北滄州超采地下水引起的地面沉降導致的災害最為突出,地面沉降導致建筑、道路和地下管線的破壞,造成嚴重的經濟損失。滄州深層地下水漏斗區的最大水位埋深超過 100m。

表1 河北主要城市地下水位下降漏斗

2.2 開發地下水引發的地面塌陷,地裂縫災害

目前河北省平原的地裂縫活動現在仍處于活躍期,多處發現了巖溶塌陷災害。目前,由于深層地下水超采,河北平原地區已發現地裂縫 482條,最長的達 8 km,最深10m,影響到近 7個地區的近 70個縣市。秦皇島市地面塌陷面積達 34萬 km2,較易引起巖溶地面塌陷和地裂縫,河北平原地裂縫規律性分布于太行山和燕山山前傾斜平原和中部低平原,規模大小不一,短的僅僅十余米,長的達到數千米,都具有較強的方向性,同時也具有明顯的區域性、成帶性和系統性特征。另據調查,滄州、邢臺等城市相繼出現地面塌陷、地裂縫。當地裂縫發生在有人類活動的地區時,便可成為一種地質災害,各類地裂縫穿越民居、廠礦、農田,橫切道路、水管及各種公共設施,致使建筑物破損、農田毀壞、道路變形、管道破裂、影響人民生活、廠礦生產和安全。

圖1 秦皇島巖溶地面塌陷坑

圖2 秦皇島巖溶地面塌陷坑及地裂縫

圖3 河北安平地裂縫

圖4 河北柏鄉地裂縫

2.3 自然景觀、生態環境遭到破壞

由于對地下水量的超采,對自然景觀、植被與樹木的影響,超量開采地下水,使地下水位大幅度下降,使井泉、河流干涸,土壤水分大量漏失,嚴重影響地面植被與樹木的正常生長,破壞了美好的自然景觀。由于超采地下水,地下水位下降,加速了河水的下滲與河流的干涸,不僅使地表草被植物枯干致死,而且使速生喜水的樹木如楊樹、柳樹等生長困難、幼樹不勤澆水則不易成活,因而加速了土地沙化。

2.4 超采引發地下水環境的污染

由于對地下水資源超采,地下水水井出水量減少,水質惡化,使深層地下水位持續下降,必然激發淺層一些受工業污染的廢水、生活污水(如含磷洗衣粉污水),尤其是醫用廢水、動物排泄物以及含化肥農業灌溉水等向深層補給,河北省會石家莊市的污染源主要是工業污染源,其次為生活垃圾。地下水污染途徑主要有兩類:(1)間歇入滲污染,以市區工業和生活固體廢棄物及郊區污灌農田的淋濾為主。其中,郊區灌溉始于 1956年,20世紀 70年代末南部郊區污灌逐漸減少,到 1981年全部停止,但污灌的長期影響依然存在。(2)連續入滲污染。以廢水產生排放過程中的連續入滲污染為主。工廠污水跑冒漏現象形成一些局部污染源,通過包氣帶滲透污染含水層,城區廢污水絕大部分被排入無防滲設施的明渠瀉洪渠,在輸送過程中沿途滲漏污染地下水。污染源中的污染物一般在液體介質的作用下經包氣帶進入地下水。(3)海水入侵,污染地下淡水層;由于持續超量開采地下水且井群集中,不僅造成了地下水位的下降,也使地下水流場發生了巨大變化。河北省沿海城市的區域地下水水位大幅下降,導致海水入侵地下水。海水入侵后,淡水受到不同程度的污染,使淡水水質變咸,破壞了咸淡水天然平衡狀態,進一步削弱了原來短缺的淡水資源,還造成土地次生鹽堿化,甚至淪為不毛之地。秦皇島市海水倒灌已有 55 km2,許多工業冷卻設備被大量腐蝕。

3 地下水資源進一步開發將引發更加嚴重的地質環境問題

河北省地下水年開采量將維持在 170億 m3左右,需求量則要 280億 m3,缺水量為 110億 m3。維持目前的地下水開采水平,開采量不再增加,供水區的深、淺層水位仍會繼續下降,已無多少地下水層可以再開采。

在中西部的山區和平原地區,2010年以前,石家莊市區、邢臺市區和永年、磁縣等地的地下水將被疏干,無地下水可用,面積將達 1 863 km2。可預測 2020年以前,邯鄲市區也將成為地下無水區。到 2030年,河北將有大面積的地下水被疏干,只好開采深度在百米以下的第三含水區,由于該區富水性差,地下水位下降速度將明顯加快。

而東部地下水的繼續開采,將會造成不可挽回的損失,一是海水入侵造成含水層的永久性破壞,使子孫后代徹底失去寶貴的后備水源;二是地面沉降迅速發展,危害加重。可預測,到 2030年,沉降量大于 700 mm的面積將達 28 836 km2,接近平原區總面積的二分之一,造成極為嚴重環境地質災害。

推測,到 2030年,河北省地面累計沉降量大于 700mm的面積將達到 28 000 km2。滄州、任丘兩個沉降區將連成一體。滄州沉降中心累計沉降量將達到 5 000多毫米,沉降速率將達到每年 96.2mm。

4 地下水資源可持續開發利用的措施

河北省水資源缺乏,在工農業和城市又需要大量水資源,因過量開采已經造成了眾多的地質災害,在這現實矛盾的情況下,為了可以持續利用地下水作為社會經濟發展的支撐,應采取以下幾個方面的措施:

4.1 控制地下水超采和推廣節水農業雙管齊下

在節水農業的推廣方面,河北省各級政府、科研教學單位、有關社會團體都曾做了大量的工作,但是從地下水超采的情況看,沒有看出緩解的跡象。根本的問題是該區地下水資源管理的不夠明確。因此,要解決節水農業的普及與推廣問題還需從建立地下水管理制度和立法著手,把這兩者結合起來,雙管齊下方能見到實效。

4.2 建立和完善超采區地下水動態監測

按流域,地域連續觀測和分析典型地下水水位、水質的變動實態,為地下水的開發利用和保護提供科學的決策依據。

4.3 劃定地下水超采區,嚴格地下水超采區取水許可管理

水行政主管部門應會同有關部門劃定地下水超采區。對嚴重超采地區,應劃定地下水禁止開采區或限制開采區。

禁止開采區內應嚴格禁止建設項目取用地下水;已建地下水取水工程應結合地表水等替代水源工程建設,按照治理目標限期封閉。限制開采區內新建、改建、擴建的建設項目,要按照《建設項目水資源論證管理辦法》,進行嚴格的水資源論證,避免高耗水建設項目取用地下水;限制開采區內已有的地下水取水工程,要根據水源替代工程建設情況、水資源條件、節水潛力,逐步削減取水量。

4.4 啟動地下水保護行動計劃

根據地下水超采區治理規劃確定的治理目標,水行政主管部門要先行選擇部分地下水嚴重超采地區或地下水超采嚴重的城市,開展地下水保護行動試點。通過節水、治污,增加污水處理回用量,合理開發利用地表水,充分利用雨洪資源,適當采取跨流域調水等措施,實行地表水、地下水統一調度,逐年壓縮和調整地下水開采量。對地下水飲用水源地和主要供水水源地要建立水源保護區,防止水源枯竭和水體污染。對城市深層地下水超采區應提出積極的回灌措施。

4.5 搞好地下水科研工作

要加強有關地下水的形成、運動等基礎性問題的科學研究。保護和管理好地下水資源,采取天然補給和南水北調人工回灌等措施,補充地下水。

[1]馬玉信.河北省地下水開發利用現狀與潛力,地下水 1900年第一期

[2]鄒繼興.河北省水資源開發引起的環境地質問題,中國地質災害與防治學報 1992(3)

[3]王保民.河北省地質災害調查與區劃報告,2003(4)

X 45

B

1004-1184(2011)01-0036-03

2010-10-12

國土資源大調查項目(NO.1212010611402)

李發菊(1977-),女,青海西寧人,助理工程師,主要從事水文地質、工程地質、勘察設計工作。