干旱條件下平谷盆地地下水資源變化與恢復調控措施

馬靜晨，戴國鋒，姜 輝，邢國章，孫少游

（1.北京市地質工程勘察院，北京 100048；2.建設綜合勘察研究設計院，北京 100007）

0 引言

地下水是北京市的重要供水水源，目前供水量占北京市總供水量的2/3以上。自20世紀70年代以來，地下水開采量猛增，近30年來地下水開采量一直維持在 26～28億m3[1]。為解決大旱之年北京市應急供水的水源問題，提高城市供水保證率，2003年始北京市建立了懷柔兩河、平谷王都莊與中橋、昌平馬池口等應急水源地[2～3]，應急水源地的供水為保障北京城區供水安全和維持社會穩定發展作出了突出貢獻。

平谷盆地位于北京市東北部，是北京市重要的生態涵養區[4]，坐擁北京市王都莊與中橋兩個應急水源地，其地下水資源的保護和可持續利用對于平谷和北京市具有戰略性的意義。本文以平谷盆地第四系地下水為研究對象，利用地下水動態、資源評價的數據，評價了第四系地下水資源變化情況，回顧分析了干旱及應急水源地開采對地下水資源的影響，針對其地下水虧損、地下水位下降、生態環境惡化等地質環境問題，提出了地下水回灌、開采布局調整的措施，為平谷區地下水資源合理開發利用和保護，持續安全的發揮地下水供水能力提供了依據。

1 自然地理與水文地質概況

1.1 自然地理

平谷位于北京市東北部地區，可分為山區與平原兩個部分，見圖1。平谷平原習慣稱之為“平谷盆地”，呈倒梯形，東西最長處25km，南北寬14km，面積362.38km2，占全區總面積的38.20%，盆地地形高程由東北部的85m向西南逐漸下降為20m，地形坡度差為2.3%～1.8%，地形低洼處位于馬坊東的泃河河床，海拔高程僅為12m。平谷盆地東、北、西和東南為中、低山與丘陵，西南有一出口與華北平原相連接。山區山勢陡峻、溝谷切割強烈，向平原中心地勢逐漸降低。

圖1 平谷山區平原分區圖

平谷區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風區氣候，區內1959年—2010年多年平均降水量為635.8mm，降水年際差別大、年內80%集中在7～9月份，常出現連續豐水年或枯水年，降水量山區大于平原。區域主要河流為泃河、錯河，河由東北部山區向西南徑流，河流干道及支流上分布有海子水庫、黃松峪水庫；錯河由北向南徑流，支流鎮羅營石河上分布有西峪水庫；泃河、錯河在前芮營匯合，兩河河流沖洪積作用是構成平谷盆地松散地層的主要應力。

1.2 水文地質條件

平谷盆地第四系由河、錯河的沖洪積作用形成。第四系含水層厚度由盆地邊緣到中心逐漸增大，盆地邊緣厚幾十米，盆地中心則超過600m；含水層巖性主要是砂卵礫石，地下水補給條件好，徑流通暢。含水層厚度在韓莊至南獨樂河為100余米，王都莊一帶150m，西部許家務一帶120m，門樓莊一帶為80～100m；王都莊以東和許家務以北為單層巨厚卵石含漂石、礫卵石層，盆地中部地區為多層砂礫卵石層，各含水層間存在著密切的水力聯系。含水層巖性厚度見圖2。

圖2 平谷-海子水庫（A-A’）方向水文地質剖面圖

2 地下水資源與環境地質問題

2.1 地下水資源變化情況

平谷地區為北京市暴雨中心之一，降水量豐富、三面環山的地形條件及優良的水文地質條件形成了平谷盆地豐富的地下水資源：據2002年北京市資源量計算結果，1980—2000年平谷平原地下水平均補給量為2.75億m3，地下水平均消耗量為2.44億m3，地下水資源處于盈余狀態，評價出地下水可采資源2億m3。

1999后北京市遭遇連續枯水年，1999年—2011年平谷平均降水量為544.7mm，比多年平均降水量減少了14.4%，降水量減少，平谷地表水來水量急劇減少，以2004年為例，地表水資源量比多年平均減少了80.7%。為應對干旱，2004年8月北京市啟用平谷王都莊水源地，同年12月啟動中橋應急水源地。連續枯水與應急水源地的啟用對平谷盆地地下水起到了極大的影響作用，地下水資源均衡計算結果顯示，平谷盆地地下水呈逐年虧損狀態，2000年—2009年地下水資源累計虧損4.37億m3，見表1。

2.2 環境地質問題

降水量減少及區域地下水的開發，造成平谷盆地地下水連續虧損，水位持續下降，形成地下水降落漏斗，地質環境開始出現惡化。2005年，應急水源地全面開采后在王都莊地區地下水出現了降落漏斗，漏斗中心水位達10.5m，與2004年相比水位下降了3.2m；2007年，中橋應急水源地出現降落漏斗，漏斗中心水位-6m，與2004年相比降落漏斗水位均下降了11.8m；2011年平谷地區地下水位達到最低值，與2004年相比王都莊、中橋應急水源地水位分別下降了23.5m、18.1m，見圖3。

表1 平谷盆地地下水資源均衡計算統計表

圖3 平谷典型地區地下水水位動態變化曲線圖

降水量減少，地下水水位下降，2000年后平谷地區的西瀝津—龍家務泃河溢出帶和許家務—中橋錯河的地下水溢出帶溢出量消失，區域濕地退化，生態環境出現了惡化。

3 地下水資源可持續開發利用措施

平谷盆地地下水是平谷當地基礎資源和北京市應急水源，關系到平谷區域發展與北京市供水安全，水資源虧損、地下水位持續下降不利于該區地下水資源的可持續發展，對北京市應急供水構成威脅。2014年底南水北調水全面向北京供水，平谷地區可利用南水北調的契機進行水資源的調蓄，調整開采格局，恢復地下水資源量，改善地質環境狀況。

3.1 地下水調蓄

平谷地區具備優良的水文地質條件，可以利用泃、錯河沖洪積扇的頂部地帶建立地下水庫進行水資源調蓄[5]。2014年南水北調進京后，將代替部分地下水開采量，可將平谷海子、黃松峪、西峪等水庫水回灌地下，補充地下水；另外據北京市水務局規劃，極豐水年或其他極端情況，南水北調水可調3～4m3/s入平谷進行回灌。根據野外調查結果，平谷地下水庫建設區砂石坑較少、面積小、分散獨立，但泃、錯河上游河床砂礫石裸露，河道寬、深度大，可以配合橡膠壩攔蓄，利用新開北干渠、南干渠、三八干渠等區域密布的渠道、河道引水進行回灌，具體回灌場地為翟各莊-許家務錯河河道、海子村-西瀝津泃河河道，兩河河道入滲能力可達5～6m3/s，地下水庫及入滲工程分布圖4。水資源回灌可極大恢復該區地下水資源虧損情況，同時河道輸水入滲工程可與城市生態整治工程、休閑公園等結合形成調蓄、治景治貌和改善生態環境的有機結合，改善區域生態環境。

圖4 平谷地下水庫入滲工程分布圖

3.2 調整開采格局

王都莊、中橋應急水源地的開采是平谷地下水資源虧損的人為因素，平谷地區地下水開采格局調整可從兩個方面著手。

調整方案一、2014年南水北調進京后，應關?；蛘邷p少應急水源地開采量，進行地下水資源的涵養，可圍繞南水北調供水和區域水資源變化情況，制定停采、減采方案，在一定程度可將王都莊水源地改向平谷縣城供水，確保平谷地區發展。

調整方案二、平谷地區山區及平原分布大量碳酸鹽巖地層，富含豐富的巖溶水，其中在平谷南部山區裸露型及馬坊隱伏型巖溶水開采程度小，勘查結果顯示巖溶水出水量在2.5萬m3/d，可以考慮進一步勘查開發巖溶水，代替第四系地下水的開采，以涵養平谷盆地地下水。

3.3 數值模擬

根據提出的地下水調蓄和開采調整措施，結合南水北調規劃，設計在平谷翟各莊—許家務錯河河道、海子村—西瀝津泃河河道進行回灌，回灌水源為本地地表水庫水和南水北調水，回灌量分別為1.5m3/s、4.5m3/s，回灌時間為8個月。同時，中橋水源地停止開采、平谷縣城自來水公司水源地和區域自備井停采，停采量為5.6萬m3/d、0.72萬m3/d；王都莊水源地減采并向縣城供水，開采量為9.5萬m3/d。根據平谷盆地的水文地質條件，建設平谷區地下水數值模型，將上述各量輸入模型，以2013年12月地下水位作為初始水位，進行1年后地下水流場的預測，預測措施實施后地下水位的變化，結果見圖5。

圖5 地下水位變化預測圖

圖5及水資源均衡結果顯示，在進行水資源回灌與調整水源地開采措施下，平谷盆地沖洪積扇中上部地區地下水位出現回升，最大升幅達10～12m，經計算盆地內部地下水儲量增加了1.34億m3，可持續開發利用措施起到了良好的作用。

4 結論

持續干旱和應急開采對平谷地區地下水造成了極大影響，平谷盆地地下水出現了資源虧損、水位下降、降落漏斗擴展等地下水環境問題。鑒于平谷盆地地下水的重要性，可以利用地表水調蓄回灌地下水、停采減采水源地開采、適度開發巖溶水的措施，恢復地下水資源，改善環境，提高北京市應急供水能力。

[1]張安京,葉 超等.北京地下水[M].中國大地出版社,2008.9,2～3,175～186.

[2]葉 超,劉文臣等.北京城市備用水源勘查評價平谷盆地第四系地下水資源綜合評價報告[R].北京市水文地質工程地質大隊,2004.

[3]李 宇.北京市懷柔應急水源地開采動態初步研究[J].北京水利,2005(5).

[4]北京市平谷區水資源綜合規劃[R].北京平谷水務局,2007.12.

[5]李志萍，謝振華等.北京平谷盆地地下水庫建庫條件分析[J].上海國土資源,2011年第32卷第1期,20～23.