龍子祠泉水源地現狀和保護措施研究

張松濤 辛瑞剛 龔 艷

（1.山西省水利發展中心，山西 太原030002；2.太原理工大學環境科學與工程學院，山西 太原030024））

1 基本情況

1.1 概況

龍子祠泉位于呂梁山南段東麓，臨汾盆地西緣龍祠村、晉掌村一帶，距離臨汾市區13 km。泉水出露于臨汾盆地與西山交接處的坡積物中，為構造侵蝕非全排型溢流泉。泉群出露面積0.12 km2，泉水大多以散流形式溢出，由南池、北池和東池等泉組組成，流量大約分別占總流量的40%、10%和50%。泉水有高水和低水之分，高水指的是北池和南池，高程478 m，低水指東池，高程465.2 m，相差13 m[1]。

1.2 水源地現狀

1.2.1 水量

龍子祠泉的最大流量為8.39 m3/s（1965年），最小流量為2.847 m3/s（2002年）[2]。近年來通過實行關井壓采、植樹種草等措施，泉水水量相對穩定。2018-2020年實測平均出流量分別為3.031 m3/s 、2.915 m3/s 和2.937 m3/s。供水保證率達到95%以上。以引沁入汾和企業自備巖溶深井水源作為應急備用水源地[3]。

1.2.2 水質

水質檢測結果顯示，取水口水樣中硫酸鹽、總氮含量不符合《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）的III 類水質標準。泉水經過臨汾市自來水公司凈水廠處理后，檢測項目均符合《生活飲用水衛生標準》GB 5749-2006。

1.3 監測監控情況

南泉、東泉和北泉分別進行封閉管理，周邊安裝有在線監控設備約36 部，水源地取水口基本實現24 h 自動視頻監控。水質、水量定期監測。

1.4 監督管理與制度建設情況

龍祠泉源管理處負責水源地的管理和保護工作，有專人對水源地進行定期巡查。同時，與水利、環保等相關部門建立了水源地安全保障部門聯動機制。針對水源地的實際制定了應對突發性水污染事件、洪水和干旱等特殊情況供水安全保障應急預案。

2 水源地保護工作及其成效

2.1 保護區調整

為了更好地對水源地進行保護和管理，2019年臨汾市政府對龍祠飲用水水源保護區進行了調整。調整后，一級保護區面積增加了2.12 km2為13.12 km2；二級保護區圈定的面積為140.15 km2，較調整前增加0.15 km2；龍祠水源地準保護區范圍不變，準保護區圈定的面積仍為2 250 km2[4]。龍祠泉源管理處對一級保護區實行逐日巡查，二級保護區實行不定期巡查，是水源地安全的重要保障。

2.2 煤礦整改

由于歷史原因，龍子祠泉域保護區長期以來一直存在煤礦開采，不僅影響龍子祠泉水水量，也會對水質產生影響。近年來，臨汾市政府加大整頓力度，對非法開采和不符合政策要求的煤礦進行關停。目前大多采礦企業礦坑水為零排放或達標排放。政府對采煤企業的強化管理一定程度上緩解了采煤對地下水的污染。

2.3 水源地保護工程

臨汾市高度重視水源地保護工作，對龍子祠水源地實施了大量有效的保護工程，截止2020年底，共完成投資1 640 萬元，實施龍祠水源地綜合治理，主要包括污染整治、渠系改造和生態綠化及核心區防護等。

2.3.1 東泉全封閉保護工程

東泉是飲用水的直接供給源，所以對東泉進行全封閉，采用管式鋼桁架結構，封閉結構最大高度8.1 m，封閉面積2 836.2 m2。對東泉泉池進行墻磚裝修及泉池清淤，泉水清澈見底。其次，對東泉進行生態修復，改善了水源地生態環境，包括拆除東泉北部平房，院北部及南部空地進行綠化補植，面積為2000 m2。

2.3.2 南泉、北泉保護工程

近年來，先后完成了南泉、北泉污泥淘涮護砌工程、圍墻、照壁整修及部分綠化工程，南北泉進行鋼化玻璃封閉。這些措施有效改善了泉口環境。

2.3.3 污染整治

龍祠、晉掌兩村的污水、垃圾處理工程是《臨汾市龍子祠水源地生態保護工程規劃報告》的一部分，主要責任部門是堯都區環保局。主要工程有龍祠、晉掌兩村垃圾整治、污水處理、雨水處理、旱廁改造。

3 存在的問題及成因分析

3.1 水量

通過在泉域范圍內實行的有效保護措施，泉水水量近幾年來比較穩定，據龍子祠泉水流量監測結果，2011年泉水出流量平均達到3.001m3/s，2018年為3.031 m3/s，2019年為2.915m3/s，保證了城市居民正常用水。但是，龍子祠泉水水量安全仍然面臨嚴重挑戰，如圖1 所示。

圖1 龍子祠泉水流量變化趨勢

1955-2019年年均流量呈現總體下降趨勢，特別是上世紀70年代到本世紀初衰減速率最大。與龍子祠泉水流量衰減趨勢對比明顯的是日益增長的水資需求量，供求矛盾突出，已威脅到水資源的可持續利用。龍子祠泉域作為相對獨立完整的巖溶水循環系統，水量衰減、補排關系失衡的主要原因是補給量的減少、人工排泄量的增加，表現在以下幾方面。

3.1.1 氣候變化影響

龍子祠泉域巖溶水的補給主要來源于大氣降水。雨量大小、氣溫以及植被覆蓋等引起的陸面蒸發量變化，最終會在巖溶泉域系統的輸出量中體現出來。龍子祠泉域降水量總體表現為下降趨勢。以1954-1983年和1984-2013年前后2 個階段降水量比較，前階段的平均降水量為558.99 mm，后階段平均降水量為517.20 mm，所以降水量減少是引起泉水流量衰減的原因之一[2]。另外，龍子祠氣溫在上世紀50年代以后表現出趨勢性增長的態勢，特別進入80年代中后期，增長速率尤為明顯。氣溫增加無疑會引起地表水和陸面蒸發量的增加，進而對龍子祠泉域巖溶水補給產生影響，也是泉水流量衰減的重要原因。

3.1.2 人工開采影響

1984年之前，龍子祠泉域不存在人工管井開采，對泉流量沒有影響。1990年后開始打深井取巖溶水，2000年井采量為359 萬m3（0.114 m3/s），2010年水利普查結果表明泉域內機井數量上升為（包括巖溶井以及泉域內山前松散層井）87 眼（實際開采的71 眼），總開采量320 萬m3（0.102 m3/s），較2000年略有下降。2019年臨汾市水資辦調查資料顯示泉域內機井為113 眼（取水層位：松散巖類孔隙水、砂巖裂隙水和巖溶水），總取水量合計487.44 萬m3。除此之外，在泉域外山前巖溶水潛流區，還有松散層孔隙地下大量水開采。特別在2003年臨汾市自來水的土門水源地投入運行后，開采量更是逐年增加，成為影響泉水流量的重要原因。

3.1.3 采煤對水量的影響

煤炭開采過程中會產生大量排（涌）水，正常情況這部分水量排出地表進入下游碳酸鹽巖區后滲漏補給巖溶水，并不會引起巖溶水資源量的減少，但實際的情況并非如此。煤礦開采不同時期，礦井排水量變化很大，多數煤礦都是利用積水倉進行不定時排水，積水倉蓄滿后進行集中排水，使得天然條件下長期緩慢的排水變為短期內集中排水。采煤改變地表產流的動態將響應到下游碳酸鹽巖河段對巖溶水的滲漏補給。

此外，泉域北翼河谷結構為典型的向斜構造，軸部為煤系碎屑巖地層，兩側為碳酸鹽巖地層。其中發育的3 條河流在煤礦開采后對巖溶水的滲漏補給量形成了負面影響，分別是發育在向斜軸部的昕水河、東川河和發育在東側煤系地層較低的三交河[4]。三條河流是泉域內流經碳酸鹽巖區的常年性河流，而且礦坑排水是基流量的主要組成部分。這三條河流的分布格局，造成了采煤對巖溶水補給不利的局面。故采煤排水也是龍子祠泉流量衰減因素之一[2]。

3.2 水質

龍子祠泉水中SO42-、總硬度和溶解性總固體長期以來一直偏高。1985年以前，泉域內的煤炭開采規模較小，認為當時龍子祠泉水受采煤影響較小，其檢測值可視為巖溶水的環境本底值，其SO42-、總硬度和溶解性總固體含量分別為338 mg/L、493.1 mg/L和632 mg/L[5]。后期各項指標呈現上升趨勢，至2013年三項指標分別增加到443 mg/L、642 mg/L 和831 mg/L。之后幾年有所回落，2020年三項水質指標含量分別為SO42-369 mg/L，總硬度599 mg/L，溶解性總固體800 mg/L。龍子祠泉水中NO3--N 含量在上世紀80年代中后期約3-4 mg/L，本世紀初減低至1.0 mg/L 以下，此后又出現升高的現象，在2013年達到峰值，近幾年含量穩定在1.4 mg/L 左右。此外泉水中COD 濃度、細菌菌落總數和糞大腸菌群數量也相對偏高。就泉域巖溶水水質污染的原因，可歸結為自然和人為兩個方面。龍子祠泉域規模大，地下水水循環周期較長，水與巖石具有充分的反應時間，受地球化學背景的影響，泉域巖溶地下水的原生污染問題比較嚴重。成為原生污染源的主要層位有：煤層與硫鐵礦、黃土、碳酸鹽巖、石膏等。唐春雷等[6]利用同位素識別研究區地下水中SO42-的來源，結果表明龍子祠泉水中SO42-源于FeS2氧化的比例為20.2%（2019年），高于2004年的SO42-(14.4%)所占比例[6]。所以，采煤活動對巖溶水的影響不容忽視。此外，龍子祠泉一級保護區內，因居民污水、垃圾的存在，也是影響水質的原因之一。

3.3 監測監控和管理

在2020年度安全保障達標建設自評估中，得分為93 分，其中準保護區綜合治理為零分（滿分2分），特定指標監測零分（滿分3 分），信息監控系統零分（滿分2 分）[3]。

4 水源地保護措施

4.1 加強水資源合理配置

泉域巖溶地下水取水應實行總量控制，統籌泉水流量與泉域內不同地區巖溶地下水開采量。開發利用泉域水資源，須優先滿足城鄉居民生活用水，統籌兼顧農業、工業用水和其他用水需要，兼顧地區之間的利益，保護泉域生態環境，發揮水資源的綜合效益。由水行政主管部門會同有關部門進行科學考察和調查評價，科學制定泉域水資源開發利用規劃，使其成為開發利用泉域水資源的基本依據。

4.2 增加巖溶地下水補給

通過分析泉域具體情況，得出泉域內增加巖溶地下水補給的途徑有兩條。一是修建增補工程，在泉域內可開展人工補給工程的河流有昕水河、三交河和東川河，其中三交河適宜修建人工蓄水堤壩，昕水河適宜修建滲渠，東川河適宜建滲池。此外，還可以考慮在大紅峪澗河、中垛河、小峪河、岔口河等季節性河流的碳酸鹽巖滲漏河段修建攔洪堤壩，增加對巖溶水的滲漏補給。二是采取植樹造林措施，減少陸面蒸發量以增加對地下水的入滲或地面產流[7]。

4.3 森林水源涵養

在裸地區域、低覆蓋率的區域開展植樹造林，有利于對巖溶地下水的補給，部分地區采取退耕還林等措施。喬木樹種中油松與側柏的林分耗水量較小，是具備良好水源涵養作用的植物[4]。

4.4 加強采煤排水管理

由于現有的采煤方式破壞了原有煤系含水層的地質結構，造成了含水層的疏干，破壞了巖溶水原有的平衡狀態。因此，要貫徹煤水并重、全面規劃、統一布局、合理開發、綜合利用的方針，做到既合理開發煤炭資源，又保護水資源環境，把煤炭、水資源、地質環境與社會經濟的研究有機結合起來。

4.5 老窯水治理

隨著關閉礦井的不斷增加，煤礦老窯水問題將日益凸顯，成為嚴重威脅水環境的重要因素[7]，開展老窯水治理刻不容緩。建議選擇新關閉的煤礦，開展水質（分不同部位）和水位監測。在掌握閉坑礦井“老窯水”地下水質量動態同時，分析研究水質演化的區段機制。不同水質、水量的老窯水治理，所采取的方法均有不同的要求，為此需選擇典型試點，采取循序漸進的步驟推進。

4.6 水質監控體系建設，擴大水質監測范圍

為了科學合理地開發利用和保護泉域巖溶水資源，實現可持續利用的目的，必須建立健全泉域水資源的質量動態和環境監測網，加強對泉水資源的系統掌握和科學研究，為合理開發利用和保護泉域巖溶水資源，提供科學的決策依據和保護措施。要提高水質監測分析能力，建設規范統一的水質分析室。從泉域總體看，采煤對龍子祠泉域巖溶地下水的水量影響比較突出，在局部地段水質污染明顯。隨著閉坑煤礦增多，特別在排泄區，水質面臨的問題將非常嚴峻，應加強與釆煤相關的環境質量監測。

5 結語

在保護區建設方面，一級保護區內居民污水傾倒、垃圾堆放存在安全隱患，應該盡早對龍祠村、晉掌村進行集中搬遷，徹底消除人為影響水質的這一安全隱患。此外應加強準保護區的綜合治理。