清徐縣白石河洪積扇地下水位動態特征研究

孔春梅,陳軍鋒,寧顯林 ,金芳義

(太原理工大學 水利科學與工程學院,山西太原 030024)

清徐縣是太原市的近郊縣,也是太原市的水果蔬菜基地。境內地表水匱乏,地下水資源在國民經濟、社會發展以及環境建設等方面占有十分重要的地位。邊山洪積扇區地下水是清徐縣縣城及周邊地區的主要供水水源。近十幾年來,隨著人口的增長,農業、工業以及城市建設的迅速發展,地下水資源開發利用水平不斷提高,在白石河洪積扇區出現了地下水水位持續下降、水量減少、水質惡化等一系列水環境問題。水資源、水環境已成為縣域可持續發展的瓶頸,合理解決這一問題迫在眉睫。

1 研究區概況

清徐縣位于太原市南端,洪積扇區位于清徐縣西邊山,由 9～10個扇形組成,面積約 52 km2,是清徐縣政治、經濟、文化中心。其中白石河洪積扇面積大、富水性好,是縣城居民生活飲用水的重要供水水源。

清徐縣屬溫帶半干旱大陸性氣候區,春季干旱多風,夏季雨量集中。清徐縣多年平均降雨量為 432mm(見圖 1),西邊山區一帶降水量較大,山前到平原區降雨量較小,多年平均水面蒸發量為 1 086.3mm。

圖1 清徐縣 1951-2008年均降水量統計圖

邊山洪積扇裙區內沉積了一整套較厚的新生界地層,其中第四系厚 130～470 m。區內鉆孔揭露地層有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、第三系、第四系。白石河洪積扇地下水一般埋藏深度 10～20m,由扇裙前緣至頂部逐漸增大。含水層在 0～40 m主要有 3～4層,一般層厚 4～8m,總厚 20～30m。其含水層為全新統,上更新統沖洪積砂礫卵石層,由于它和山區發育有過渡型的黃土丘陵,山區內碎屑物在洪流作用下直接堆積于山口之外,形成粗顆粒的含水層,在平面上較穩定,其粒度與厚度沿軸部、中上部向側部及中下部由粗變細,厚度變薄,富水性也相對減弱。本區主要接受來自山區的地下水、降水及地表徑流補給。水力坡度 1/100～2/100,徑流暢通,水量豐富,一般民井單位涌水量：q=3～10m3/h?m。由于接受山前斷裂帶煤系地層地下水的補給,其水化學類型為 SO4?HCO3-Ca?Mg型水,礦化度一般小于3g/L。

2 地下水資源開發利用情況

白石河洪積扇區地下水主要開采單位為清徐縣自來水一、二和三廠,屬清徐縣城區供水水源地,主要開采第四系中更新統含水層。取水用于城市居民生活用水、部分工業企業用水、城市綠地、道路灑水以及建筑業、洗車業、洗衣業等第三產業用水。根據清徐縣城區用水現狀及水資源可承載力,縣自來水一、二、三廠已不能滿足清徐城市發展用水需求。2007年,白石河洪積扇區孔隙地下水可采量為 210萬 m3/a,區內現有開采井 155眼,實際開采量 589萬 m3,開采系數達2.80。近 10年來,地下水位持續下降,使白石河洪積扇區形成了較大范圍的地下水位降落漏斗,并與邊山地區其它洪積扇漏斗連為一體,導致上部淺層含水層疏干,單井出水量減少,已遠超過當地水資源承載能力。

3 地下水水位動態特征

白石河洪積扇是清徐縣地下水相對較為豐富的地帶,單井出水量大,所以開發較早。1980年以前,主要為淺層水開采。之后,深井開采量增加,水位標高一般在 770 m,水位埋深 17～25m;到 2001年水源地的水位埋深已增加到 40～50m,水位降至 740～750m。地下水水位動態的調查分析結果表明,該水源地的地下水位處于持續下降狀態,平均下降速率為 1.0～1.5m/a,而且下降速率有加快的趨勢。目前,地下水超采區面積大約為 15 km2。

3.1 淺層潛水

淺層潛水動態主要受氣象、水文、水位埋深、包氣帶巖性及人為因素的影響。由于本區處于清徐縣縣城,城市人口密集、工農業發達,因此地下水開采量很大,淺層潛水含水層地下水已基本疏干。

3.2 中深層承壓水

白石河洪積扇中深層承壓水含水層埋深在 50～200m之間,含水層 4～7層,總厚 35～60 m,一般為 40 m,主要接受邊山河流入滲、山前側向補給和上伏含水層的越流補給,天然狀態下單井涌水量 40～80m3/h,現狀條件下單井涌水量40～ 60m3/h。

圖 2為清徐縣白石河洪積扇自來水一水廠深層井歷年水位動態變化曲線。由圖可知,2000年地下水水位為 726 m,2006年地下水位為 711 m,地下水位處于持續下降狀態,下降速率 2.5m/a;2007年水位略有回升,上升為 712 m;2007年 ～2009年,地下水位又處于下降階段,到 2009年,水位下降至 705m。總體上來看,2000～2009年一水廠深層地下水水位下降約 21m,平均每年下降 2.3m。水位快速下降導致含水層大面積疏干,這將直接影響到清徐縣未來經濟社會的可持續發展。

圖2 自來水一廠長觀井水位動態變化曲線

4 地下水位下降的原因及引發的水環境問題

4.1 地下水位下降原因探討

由自來水一廠長觀井歷年水位變化曲線圖可以看出,近十年來地下水位呈現出逐年下降的趨勢。引起地下水位變化的原因有：

人類活動的影響占主要因素。白石河洪積扇區孔隙地下水是清徐縣縣城用水的主要水源地,伴隨著工農業、城市建設的迅猛發展,城鄉居民生活水平的提高,對水資源的需求量也越來越大,近 10年該區地下水處于嚴重超采狀態。根調查,2007年白石河洪積扇地下水實際開采量589萬 m3/a。地下水可采資源量 210萬 m3/a,超采 379萬m3/a。人類對水資源大規模的開發利用也改變了水資源的天然時空分布,加大了蒸發等水分垂向運動,減少了地表與地下徑流的水平運動。

另外,氣候也是影響地下水位變化的原因之一。白石河洪積扇地下水主要受大氣降水補給。由降雨量圖 1可以看出,2000～2008年之間,2007年降雨量達到最大。根據自來水一廠長觀井水位動態變化曲線顯示,2007年地下水位略有回升,因為降雨補給對該區地下水影響的滯后期相對較短。綜合考慮該區干旱少雨,蒸發也相對較大,氣候也在一定程度上影響著地下水位的變化。

4.2 引發的水環境問題

4.2.1 地下水位大幅度下降,降落漏斗范圍擴大

近年來,清徐縣西邊山白石河洪積扇區地下水大量開采,整個地下水系統處于超負荷運行狀態,機井不斷更新加深,井距越來越小,開采強度越來越大,由此導致水位大幅下降,含水層疏干,天然貯水結構遭到破壞。白石河洪積扇區地下水的連續超采,已造成山前白石河洪積扇頂部的白石河漏斗。從 1990年初到 2007年,白石河洪積扇地下水位埋深由 17～25m已降至 70～80 m,水源地水位處于持續下降狀態,而且下降速率有加快的趨勢,地下水位的快速下降導致大范圍漏斗的形成。

4.2.2 地質災害

西邊山洪積扇區地下水連續強度開采以及西山地區煤礦開采,地下水位下降迅速,引發一系列的地質災害,如地面沉降、地裂縫、房屋裂縫甚至倒塌等,嚴重影響人民群眾的生命和財產安全。

4.2.3 水質惡化

包氣帶防污性能較差,淺層水易受污染,降雨將污染物帶進;水位下降,包氣帶厚度增大,水的氧化還原環境變化,硫酸根離子含量增加;水位下降后,導致部分邊山巖溶水補給孔隙水,使得孔隙水硬度、TDS、硫酸根離子含量增加;地面沉降地區潛水嚴重污染,潛水中的有害物質通過越流或通過天窗進入承壓水,使局部地段承壓水受到污染;承壓水位大幅度下降也使地下水的溶濾作用增加,從而使地層中的有害物質進入承壓水中,使承壓水水質惡化。2006年 4月 11日國家城市供水水質監測網太原監測站對清徐縣自來水公司一水廠(位于白石河北岸)的 2#、4#進行水質檢測,結果表明,一水廠 2#井除總硬度、硫酸鹽、溶解性總固體、細菌總數超標;一水廠 4#井除總硬度、錳、硫酸鹽、細菌總數超標。

5 防治對策

(1)關井壓采,尋找新的替代水源。清徐縣主要水源來自地下,地下水的水量變化將直接影響到經濟社會的發展。在地下水已嚴重超采的情況下關井壓采,讓地下水休生養息迫在眉睫,尋找新的替代水源也刻不容緩。從充分利用當地水資源和盡量降低城市污水對環境的壓力的角度考慮,清徐縣應加快城市污水處理廠的速度,充分利用處理后的城市污水進行灌溉;清徐縣對微咸水的開發利用率較低,為提高清徐縣水資源的承載能力,應逐步開發利用這些地下微咸水資源;面對清徐縣的農業種植結構,工業產值增長速度,清徐縣在大力節水、挖掘當地和客水水資源潛力的情況下,其社會經濟發展對水的需求難以滿足,同時考慮到清徐縣在全省和太原市的戰略地位和引用黃河水的可能性,應適當考慮對黃河水的引用。

(2)為保證區域經濟、社會、環境和諧發展,建議對經濟結構與布局進行必要的調整,適當限制高耗水產業的發展,以保障全縣經濟社會全面、協調和可持續發展。把節約用水、提高水資源的利用率作為清徐縣經濟和社會發展的基本方針,加大工業、城縣生活和農業的節水力度。強化水資源的保護和管理,建立和完善地下水資源質量、數量的監控網絡,加大水資源保護和管理系統的數字化和信息化建設力度。

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[2]楊麗麗,謝新民.大武水源地地下水水位變化及其影響因素,地下水,2010-1.

[3]鄭艷軍.邯鄲市平原區淺層地下水動態變化及對策措施,地下水,2010-1.

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