泰安市地下水及其生態與環境問題研究

張 芹 張秀娟 李 軍 錢麗麗

一、引言

地下水在城市供水、農村人畜飲水、農田灌溉、工業生產等方面發揮著十分重要的作用。隨著社會和國民經濟的迅速發展，泰安市地下水資源開發、利用與配置、保護間的矛盾日益突出，社會經濟對地下水資源質與量提出了更高的要求?？茖W指導地下水開發、利用、保護，加強地下水管理，對保障我國飲水安全、供水安全、糧食安全和生態安全，促進區域經濟社會與資源環境協調發展，實現地下水資源的可持續利用具有重要意義，十分必要和緊迫。

二、地下水動態變化及發展趨勢

地下水位的變化既受自然因素的影響，也受人為因素的制約，它直接反映著地下水的補給或再生能力，也影響著地下水均衡。泰安地區地下水的補給來源主要包括四個方面：一是降水入滲補給量；二是灌溉入滲補給量(包括渠系滲漏補給和田間入滲補給)；三是山前側滲補給量；四是河道滲漏補給量。

泰安市自1975年設立長期地下水動態觀測點以來，經過多次優化整合，至2017年，全市共有省級觀測井70眼，其中重點井12眼，基本井58眼。通過長期地下水動態觀測資料分析，年地下水動態隨降水量的季節性變化有以下規律：1～2月，降水量和開采量很小，地下水位升降幅度不大 ；3～6月份，降水量小而開采量大，地下水位迅速下降，大部分區域在6月低前后出現年內最低水位；7～9月上旬，是年內降雨集中季節，水位大幅度回升，一般在9月出現年內最高水位；9月下旬～10月地下水位又隨著開采量的增加呈下降趨勢；11～12月份，地下水位又恢復為穩定階段。遇特殊年份，地下水位的變化有較大差異：有的年份汛后降水量大，側滲補給量大，最高水位出現在年底；有的年份汛期和汛后降水量小，最高水位出現在年初。此次選取30眼觀測井資料，點繪了多年平均降水量引起的水位年變差等值線圖和2018年1月1日埋深等值線圖，見圖1、圖2。

從圖1可以看出，嚴重缺水的肥城盆地和寧陽西南部地區，多年平均年變差達-0.30m以上，這些地區要限制地下水的開采。而水源充足的東平縣南部大清河周圍及夏張一帶，年變差值在0.2～0.3m之間，在新泰宮里鎮一帶，年變差值在0.1m左右，說明在現狀條件下，這些地區地下水開發利用還有一定潛力。

從圖2可以看出，2018年初，潛水埋深超過6m的地區在寧陽縣寧西平原和岱岳區房村、良莊一帶。

圖1 多年平均降水量引起的水位年變差等值線圖

圖2 泰安市2018年1月1日潛水埋深等值線圖

三、地下水開采引起的環境地質問題

隨著近代工農業的發展，地表水資源量已遠遠不能滿足需要，因此，大面積開采地下水來彌補水資源的不足已成為必然趨勢。地下水動態變化季節性較明顯，地下水位和水量的豐枯，均隨著降水的大小和開發程度變化。根據泰安市歷年平均降水量分析，泰安市降水已連續多年呈逐步減少趨勢，地表水可供水量相對減少，再加上工農業發展及人民生活水平提高，對地下水的需求越來越大，開采地下水造成地下水位下降，出現多處地下水漏斗區，給環境帶來許多不利影響。

地下水位的不合理開采會引起區域地下水位持續大幅度下降、含水層被疏干、抽水成本增加等一系列問題，嚴重的地面裂縫或沉降等嚴重的地質問題，具體來說，可導致如下問題：

（1）地下水位大幅度下降，改變了地表水與地下水之間及含水層之間的天然補給關系，使原來水量工程規劃的效益降低，區域地下水位的大幅下降，導致一些天然條件下接受地下水補給的河流，變成了地下水補給源。此次采用山東省泰安市省級井網優化后的地下水潛水井觀測資料30站年，計算2012～2017年平均地下水埋深。從地下水埋深、年變差統計表看，2012～2017年潛水水位六年來累計計算，平均水位下降 0.95m，見表1。

（2）地下水降落漏斗面積增大

地下水位降落漏斗是指在井、孔抽水時形成的漏斗狀水位下降區。自泰安市1975年有地下水記錄資料以來，漏斗區就一直存在，早期只是零星分布，隨著近代工農業的發展及用水量的增加，特別是二十世紀八九十年代，漏斗區已經連成一片，干旱年份，漏斗區面積可達到300～400km2。泰安市漏斗區面積多分布在泰城城區、新泰新汶、肥城盆地、寧陽西部及華豐等地。

（3）地面沉降時有發生

地面沉降主要指巨厚松散沉積物分別區，人為長期開采地下水引起水位大幅度下降，在上部重力和自重作用下，土體空隙被壓縮變密，造成地面垂直下降的地質現象。這種地質災害的直接原因就是人類大量開發利用地下水，水位持續下降，使上部土層負壓增大，最終導致了這一地質災害的形成。地面沉降危害嚴重，如地表積水，建筑物斷裂，地下管道報廢等，而且一旦形成后很難再恢復原樣，是一種不可逆轉的過程。

（4）大量抽取地下水導致的區域地下水位的大幅下降，不僅引起含水層水動力條件發生了變化，同時也將促使含水層水文條件的變化，可導致含水層地下水水質的變化。在一些地區，地下水位常年低于河水位，河水（包括河床潛流）由對地下水的季節性補給變成常年補給，河流不再是地下水的排泄渠道。近十幾年來，地表水體污染日趨嚴重，全市大多數主要河道成了排污河道，污廢水中主要污染成分有COD、BOD5、氨氮及五項毒物等，水體污染面積不斷擴大，因淺層地下水主要靠地表水體補給，又造成了淺層地下水污染的惡性循環，有的供水井已不能飲用。

（5）地下水是維持土體應力平衡的一個重要因素。大量開采地下水，使水體從含水層空隙中被排出或使地下水水頭壓力降低，改變了土體原來的應力狀態和平衡條件，從而使土體結構和穩定遭到破壞，導致地面沉降、開裂及塌陷等地質災害的發生。使地下水從承壓狀態變為無壓狀態，從而激發并加速了地下水的侵蝕作用，使土體的細小顆粒被地下水沖刷攜帶，長而久之，便形成了地面塌陷。

四、解決地下水及其生態環境問題的對策

要解決泰安地區地下水開發利用所帶來的問題，關鍵是要因地制宜，分區控制地下水開采，改善水文地質環境；運用經濟和法律手段限制開采量；進一步完善地下水管理體制。

根據地下水超采和造成的危害程度，將地下水開采管理劃分為“禁采區”“限采區”和“控采區”。對淺層地下水嚴重超采區實行禁采，淺層地下水一般超采區、已引發地質災害地區和受污染地區實行限采，輕微超采區實行控制開采，實現采、補平衡。通過開采控制，使地下水資源得到恢復。

表1 泰安市2012～2017年年均地下水埋深、年變差統計表（單位：m）

（1）地下水禁采區：主要包括泰安市城區。控制措施是封閉禁采區內所有地下水井，實行地下水禁采，同時充分利用本區地處山前區，地表水資源條件較好的特點，開發引水入市工程，完善城市地表水供水系統，以地表水代替地下水，推廣中水利用，減小地下水的開采量。

（2）地下水限采區：主要在肥城、新泰等地?？刂拼胧榕鷾实牡叵滤_采量必須低于可開采量，逐步恢復限采區內的地下水儲存量，使地下水位控制在合理埋深范圍之內，逐步實現采、補平衡，改善和保護生態環境。有關水行政主管部門根據分區地下水開采方案，組織編制限采區年度開采計劃。

（3）地下水控采區：包括現狀輕微超采區和采補平衡區。控制區地下水允許開采量不得高于可開采量，實現采、補平衡。主要分布在山前平原采補基本平衡區。泰萊山前平原的采補平衡區地下水資源條件較好，但也不能過度開發，以免造成新的環境地質問題。應控制地下水開采量，有計劃、有目標地利用，維持較好的水文地質環境。

（4）運用經濟和法律手段控制開采地下水：提高水資源費標準，使地下水水價和水資源費高于地表水供水水價和水資源費，促進當地地表水的利用，限制地下水的使用。鼓勵利用處理后的污水，在水價上給予優惠，以減少地下水的開采量。建立地下水養蓄基金制度，以限制開采自備井。嚴格執行取水許可審批制度。嚴格控制超采區內新增地下水取水項目的審批，對新建、改建、擴建的項目原則上不再增加地下水取水量。對有特殊要求的取水戶，需對開采方式、取水層位、地下水資源量、對環境的影響等作出嚴格的可行性論證