郭莊泉域巖溶水資源評價及保護研究

姚淑霞，王紅全，張志祥

（1.臨汾市汾西水利管理局，山西 臨汾 041000；2.太原理工大學，山西 太原 030024）

山西省是我國北方巖溶分布最廣泛的省份之一，有很多流量相對穩定的巖溶泉及泉域，在山西省的供水來源中巖溶水已成為最重要的一項。近年來，由于自然因素及巖溶水資源開發利用程度的不斷提高，山西泉域巖溶水的循環機制發生了很大變化，各巖溶大泉流量衰減，區域巖溶地下水位持續性下降。為此，許多學者開展了泉流量衰減原因分析研究[1-5]，評價了泉域巖溶水資源量[6-10]，為巖溶水資源的開發和管理提供了依據。

郭莊泉是山西省著名的巖溶大泉之一，巖溶水的多年開發為臨汾市、晉中市和呂梁市經濟社會的發展做出了貢獻。近年來，隨著泉域各地市經濟的發展，對巖溶水資源需求的持續增加，如果過量開采郭莊泉域的巖溶水，必然會產生一系列水環境問題。為確保郭莊泉域巖溶水資源的可持續開發利用，進行巖溶水資源評價及保護研究，不僅可為郭莊泉域巖溶水資源合理開發利用提供參考，而且對該地區國民經濟的發展具有重要的現實意義。本文采用理論頻率法對郭莊泉域巖溶水可開采資源量進行評價，并結合泉域實際提出巖溶水保護對策，以期為郭莊泉域巖溶水資源管理和可持續利用提供參考。

1 泉域概況

郭莊泉出露于山西省霍州市南7km的東灣村至郭莊村汾河河谷中，大部分出露于河漫灘上，少部分出露于一級階地，南北長約1.2km，面積約0.5km2。天然狀態下，泉水以沿汾河河谷出露的泉群或散泉形式出露，大小泉眼60余個，泉水出露標高為516~521m。泉域范圍包括臨汾市的汾西、霍州、洪洞，晉中市的靈石、介休，呂梁市的汾陽、文水、孝義、交口等縣（市），總面積5600km2，泉域內多年（1955—2007年）平均降水量498.64mm，主要集中在7—9月，占全年降水量的60%以上。汾河自北而南從泉域穿過，泉域巖溶水主要接受大氣降水和汾河河水滲漏的補給。泉域裸露巖溶區面積l400km2，隱伏巖溶區面積4200km2。泉域共有4個巖溶含水巖組，即寒武系中統含水巖組、寒武系上統含水巖組、奧陶系下統含水巖組和奧陶系中統含水巖組，其中寒武系中統、上統含水巖組與奧陶系下統含水巖組巖溶不發育，富水性較差，屬弱含水巖組，奧陶系中統含水巖組富水性強，為泉域主要含水巖組。

2 巖溶水資源評價

2.1 天然資源量

天然資源量是指在天然條件或人為開采狀態下，巖溶泉域從外界獲得的有補給保證的水量，其數量以巖溶泉域各項補給量總和的多年平均值表示。由于郭莊泉為全排型泉水，泉水在天然狀態下的多年平均流量即代表泉域巖溶水天然資源量。根據1968—2007年郭莊泉流量實測資料以及泉域巖溶水開采量資料，將郭莊泉流量進行還原。經計算求得天然狀態下郭莊泉多年平均流量為6.63m3/s，即郭莊泉域巖溶水天然資源量為6.63m3/s。

2.2 可開采資源量

可開采資源量是指經濟合理、技術可行和利用后不致造成地下水位持續下降、水質惡化等條件下的多年平均地下水可利用量。

本文采用理論頻率法計算郭莊泉域巖溶水可開采資源量。首先將還原后的泉流量系列按照從大到小的順序排列，然后再求出還原泉流量系列的離差系數Cv，并令偏態系數Cs=2～5Cv，查皮爾遜Ⅲ型頻率曲線的模比系數KP值表，即可得出不同保證率下的KP值，乘以天然狀態下多年平均泉流量后，可求得不同保證率下的巖溶水可開采資源量，本次以95%保證率下的泉流量作為郭莊泉域巖溶水可開采資源量。

經計算，求得離差系數 Cv為 0.25，Cs為 0.5～1.25。經過配線后，取Cs=2Cv，然后查皮爾遜Ⅲ型頻率曲線的模比系數KP值表，得出不同保證率下的KP值（見表1），評價得出95%保證率下的郭莊泉域巖溶水可開采資源量為4.18m3/s。

表1 郭莊泉流量理論頻率表

3 保護對策

為保證郭莊泉域巖溶水資源的可持續利用，促進泉域經濟可持續發展，結合郭莊泉域的實際情況，對郭莊泉域巖溶水資源采取如下保護對策：

3.1 加強泉域巖溶水資源統一管理

要控制郭莊泉域巖溶水資源的過度開采，必須加強泉域內巖溶水資源的統一管理，建立跨區域的泉域巖溶水資源管理機構。同時加強巖溶水資源的監測工作，對巖溶地下水位、水質及開采量進行監測，獲得必要的數據資料，為巖溶水資源統一管理提供依據。

3.2 建立巖溶水資源合理開發體系

為避免郭莊泉流量趨勢性衰減及巖溶地下水位持續下降，泉域巖溶水資源開發總量必須嚴格限制在巖溶水可開采資源量范圍以內，同時應提高泉域巖溶水資源開發利用效率，開發替代性水資源，如雨水資源及中水回用等。

3.3 加強巖溶水資源合理配置

郭莊泉域各地市的發展規劃和生產力布局要以泉域巖溶水資源的供給與可持續利用為基本前提，在巖溶水資源的開發利用中合理配置工農業、生活用水及生態環境用水，切實做到以供定需。

3.4 加強巖溶水水質保護

為避免郭莊泉域巖溶水水質的進一步惡化，應嚴格要求泉域內各工礦企業的污水達標排放，禁止將未經處理的廢污水直接排入泉域內的河道及溝谷中，同時環境監測部門和水環境監測部門要加大監管力度。

3.5 建設泉域節水型社會

應加強泉域巖溶水取水許可制度的監督管理，杜絕高耗水高污染工業在泉域內發展，以經濟杠桿促進各企業計劃用水和節約用水。在積極培育和強化泉域公眾節水意識的基礎上，通過調整產業結構和推廣新技術、新工藝等措施，建設泉域節水型社會，提高泉域巖溶水資源承載力。

3.6 加強泉域采煤排水管理

采煤排水已對郭莊泉域巖溶水造成一定程度的破壞，必須加強對采煤排水的監督管理。各煤礦區在開采前應查明礦區水文地質條件，結合礦區實際情況制定合理的煤炭開采和水資源保護辦法，在采煤過程中，加強巖溶地下水監測，嚴禁在礦井內打滲井排水污染巖溶含水層，確保巖溶地下水的水質安全。

3.7 加大泉域巖溶水人工補給

根據郭莊泉巖溶水補給條件，加大泉域巖溶水人工補給，在雨季充分利用泉域內分布的陷落柱、落水洞、巖溶漏斗等適宜人工補給的巖溶地貌實施人工補給巖溶地下水，增加泉域巖溶水資源補給量。

[1] 馬騰,王焰新,郝振純.神頭泉流量衰減原因分析及趨勢預測[J].中國巖溶,2001,20（4）:261-267.

[2] 王玉和,張志祥.延河泉域泉流量衰減原因分析[J].科技情報開發與經濟,2005,15（10）:149-150.

[3] 鄧安利.辛安泉流量衰減成因分析及泉流量預測 [J].水資源保護,2007,23（3）:48-51.

[4] 張志祥,劉曉紅,張永波.三姑泉流量動態特征及衰減原因研究[J].科技情報開發與經濟,2010,20（24）:168-170.

[5] 王紅全,張志祥,郭勤芳.龍子祠泉流量動態特征及衰減成因研究[J].科技情報開發與經濟,2010,20（25）:137-139.

[6] 申富生,楊桂蓮.山西省辛安泉域巖溶水資源量評價及合理配置[J].水文,2007,27（3）:78-80.

[7] 張志祥,張永波.延河泉域巖溶地下水資源量評價[J].太原理工大學學報,2008,39（4）:412-415.

[8] 許志峰,張志祥.三姑泉域巖溶地下水資源量評價[J].科技情報開發與經濟,2009,19（10）:144-146.

[9] 張志祥.延河泉域巖溶地下水數值模擬研究 [J].太原理工大學學報,2009,40（3）:319-322.

[10] 王紅全,張志祥.龍子祠泉域巖溶水資源評價及保護研究[J].山西水利,2010,（8）:12-13.