晉祠泉域地下水位控制指標及其生態修復研究

尤龍鳳

(太原市水資源管理保護中心，山西 太原 030002)

地下水是太原市的主要供水水源之一，隨著經濟社會的快速發展，在大規模開采地下水和煤礦開采對水資源破壞的雙重作用下，太原市部分地區地下水嚴重超采，引發了區域地下水水位下降、巖溶泉水斷流(蘭村泉1986年斷流、晉祠泉1994年斷流)、地下水水質惡化等一系列水生態環境問題[1]。

晉祠泉域作為太原市的第二巖溶大泉，其巖溶地下水資源是太原市居民生活用水和工農業生產用水的主要供水水源，對太原市的經濟社會發展具有極其重要作用。隨著泉域巖溶地下水資源的大量開發利用，加之泉域內煤礦大規模開采引起的采煤排水量的持續增大等原因，泉域內地下水水位不斷下降，導致泉水出現斷流。為保護和修復晉祠泉域生態系統，山西省委省政府先后采取了汾河清水復流、晉祠泉復流工程、煤礦兼并重組、地下水關井壓采等一系列措施[2]，遏制了泉域水生態環境持續惡化的趨勢。2008年晉祠泉地下水位首次出現回升，到2018年底恢復至距泉口1.61m，但近兩年又出現水位下降的情況，晉祠泉遲遲未復流。本文研究確定晉祠泉域地下水水位控制指標及其生態修復措施，旨在為進一步加強太原市晉祠泉域的地下水管理，防治泉域地下水繼續超采和污染，改善泉域生態環境現狀，實現泉水恢復出流。

1 晉祠泉域概況及主要生態環境問題

1.1 泉域概況

晉祠泉是山西19個巖溶大泉之一，具有重要的歷史文化傳承，泉水出露于太原西山懸甕山下，由難老泉、圣母泉、善利泉組成，出露高程802.59～805m。泉域總面積2030km2，行政區劃以太原市的古交市、清徐縣、晉源區、萬柏林區所轄范圍為主，局部涉及尖草坪區、婁煩縣和交城、靜樂等縣(區)。

根據《山西省第二次水資源調查評價》成果，晉祠泉域1956—2000年系列多年平均巖溶水資源量為7570萬m3/a(2.40m3/s)，可開采資源量為1956萬m3/a(0.62m3/s)。20世紀70年代以來，由于泉域巖溶地下水超采及煤炭開采對巖溶水系統的破壞等原因，導致泉水于1994年斷流。

1.2 晉祠泉巖溶泉水流量及水位動態

1.2.1巖溶泉水流量

20世紀50年代，晉祠泉實測平均流量1.94m3/s且較為穩定，屬穩定型泉水。自20世紀60年代以來，特別是80年代后期泉水流量逐年減少，由60年代年均1.69m3/s，下降至70年代的1.13m3/s，再由80年代年的0.46m3/s，降至90年代初的0.15m3/s，于1994年4月30日泉水斷流。

晉祠泉的流量變化經歷了兩個特征不同的時期。第一個時期為1954—1960年，該時期的泉流量變化比較平穩；第二個時期為1961—1994年，該時期的泉流量迅速衰減，直到斷流，如圖1所示。

1.2.2巖溶地下水位動態

晉祠泉自1994年4月斷流至2008年，泉口地下水水位持續急劇下降，泉口水位埋深在2008年達到最低的27.76m。為改善晉祠泉域生態環境，山西省有關部門積極采取了多種有效的治理措施。先后實施了煤礦兼并重組、汾河清水復流工程、晉祠泉復流工程和泉域地下水超采區綜合治理等[2- 3]。自2008年后，晉祠泉域巖溶地下水位開始止降回升，至2011年斷流10年的清徐縣平泉村“不老泉”(屬于晉祠泉域)復流，2013年底晉祠泉水位回升至高程793.56m，距泉口9.03m。到2018年底恢復至距泉口1.61m。泉口地下水水位動態變化如圖1所示。

圖1 晉祠泉流量與泉口水位變化曲線圖

1.3 泉域現狀存在的主要生態環境問題

1.3.1人工巖溶水井大量開采泉域巖溶地下水

人工開采巖溶地下水是晉祠泉開發利用的主要方式，在1971—1994年間，巖溶水的直接開采已經成為控制晉祠泉流量變化的最重要的因素，甚至可以說是晉祠泉斷流的決定性因素。截止2019年，泉域仍有巖溶水井180眼，巖溶地下水開采量達3252.3萬m3，占泉域水資源量的43%，開采系數為1.66，屬于嚴重超采。

1.3.2清徐邊山自流井排泄晉祠泉巖溶水

晉祠泉與平泉是區域上同一個巖溶水系統的不同排泄點，其泉口水位及泉流量變化受控于整個巖溶水系統補給與開采排泄變化影響。從水位動態、水化學-同位素特征等分析，晉祠泉補給平泉，平泉不老池巖溶水中晉祠泉補給量占73%[4]。2019年清徐縣西邊山有平泉等自流井12處，年徑流量903.6萬m3，大量襲奪晉祠泉流量，影響了晉祠泉復流。

1.3.3煤礦開采對晉祠泉巖溶水影響嚴重

晉祠泉域內現有9座帶壓開采煤礦，其對泉域巖溶水的年影響量達1009.5萬m3，占泉域水資源量的13.3%。煤礦排水量與泉流量之間相關性分析表明，煤礦排水量與泉流量之間存在明顯的相關關系，隨著煤礦排水量的增大，泉流量逐漸減少[5]。

2 泉域地下水水位控制指標

晉祠泉域自開展生態修復工作以來，水位得到了明顯回升，泉口水位自2008年到2018年累計回升26.15m。但是2019年和2020年兩年晉祠泉水位出現了下降、回升趨緩的現象。2019年較2018年下降了1.75m，水位埋深距泉口3.36m，2020年水位埋深距泉口3.29m。究其原因主要是泉域巖溶地下水仍處于嚴重超采狀態，加之部分生態修復措施沒有落實到位。當前的晉祠泉生態修復工作已進入攻堅階段，需要持續加大修復工作力度。因此，確定晉祠泉域地下水水位控制指標，在總結以往經驗的基礎上進一步研究制定其生態修復措施是非常必要的。

根據山西省有關規劃和部署，晉祠泉域生態修復目標為2025年實現泉水復流，因此確定2025年晉祠泉泉口地下水水位控制指標為802.59m。

3 泉域生態修復措施研究

為實現2025年水位控制目標，恢復晉祠泉水出流，需在晉祠泉域開展以下保護和生態修復措施，以此涵養泉域地下水，恢復地下水水位。

3.1 配套建設替代水源工程，進行地下水超采治理[6]

配套建設替代水源工程，實施泉域巖溶水關井壓采，壓減巖溶地下水開采量，進行晉祠泉域地下水超采治理。利用太原市呼延水廠引黃水、規劃建設的太原市西山地表水廠供水工程及太原東西山調水工程引黃水作為替代水源，關閉萬柏林區內部分巖溶水井；利用汾河一壩西干渠地表水作為替代水源，置換晉源區邊山農業灌溉巖溶地下水，關閉晉源區內部分巖溶水井；利用汾河灌區灌溉水作為替代水源，置換清徐縣平泉自流井農業灌溉用水，對平泉自流井群進行封堵再治理，壓減巖溶地下水外排量。

3.2 實施生態補水工程

3.2.1汾河二庫蓄水位高位運行措施

繼續實施已有汾河水庫、汾河二庫與萬家寨引黃南干線供水聯合調度方案，完善汾河二庫大壩相關配套工程，將水庫現狀水位提升至設計正常蓄水位運行，增加汾河二庫庫區浸潤面積，加大庫區滲漏量。

3.2.2羅家曲至龍尾頭生態補水工程

在羅家曲村至龍尾頭村強滲漏段河道范圍內規劃建設攔河壩及附屬工程設施，形成一定的水面面積，增加地表水下滲量。

3.3 實施礦山禁采限采工程

3.3.1煤礦禁采工程

對位于晉祠泉域巖溶水徑流—排泄區，存在帶壓開采問題，采煤排水量大，對晉祠泉匯流、出流產生嚴重破壞，直接影響晉祠泉復流的煤礦進行關閉。

3.3.2煤礦保水限排工程

對晉祠泉域內的帶壓開采煤礦實施采煤保水限排，通過修復斷層、加固底板等措施，保護巖溶水不受煤礦開采影響。

3.4 巖溶泉監測工程

建設采煤排水自動監控系統，對晉祠泉域內的煤礦安裝自動監控設施，實時監測煤礦采煤排水及其回用情況。對泉域內的帶壓開采煤礦，建設巖溶水水位監測設備，配套建設遠程巖溶水水位自動監測系統，實時監測煤礦巖溶水位動態變化[7]。同時，完善泉域水位、水質監測系統，為了科學規劃、合理保護晉祠泉域提供基礎數據支撐。

3.5 泉域水質污染綜合治理

對泉域內的“老窯水”污染問題采取“源頭防治+末端治理”的方法，針對不同問題類型，采取相應治理措施[8]；在泉域滲漏段對現有污水處理廠進行提標改造，確保入河水質經處理達到地表水功能區水質目標要求后排放；完善污水收集管網，提高廢污水處理回用率；開展入河排污口整治和農村面源污染治理工程等。

3.6 綜合分析

(1)晉祠泉生態修復是一項重大的系統工程，涉及部門較多。為了確保其生態修復各項工作的順利完成，促進泉水早日恢復出流，應構建“政府主導、多部門聯動”的高效管理體制，加強泉域生態修復工作的統籌協調，把晉祠泉生態修復措施變成行之有效的行動和管理依據。

(2)從玉門河南峪村—杜兒坪煤礦東側—官地礦與白家莊礦交界處—龍山—明仙村東—晉祠泉是晉祠泉域巖溶地下水強徑流帶，該強徑流帶匯集了來自北部汾河二庫滲漏補給及西北古交方向的補給水源，是對晉祠泉水流量影響最敏感的地區[9- 10]，關閉萬柏林區白家莊煤礦等巖溶水井對晉祠泉水復流具有顯著效應。應加快實施太原東西山調水工程及配套凈水廠、管網、附屬設施等替代水源工程的建設，確保2025年晉祠復流目標實現。

(3)實施“五水綜改”方案，建立稅價、水價聯動機制，促進引黃水的利用，減少地下水的開采。

4 結語

晉祠泉是北方有名的巖溶大泉之一，由于過度開發利用，泉水于1994年斷流。本文對泉域現狀存在的生態環境問題進行分析，按照以保護為主、自然修復和工程措施并重，以地下水超采治理、生態補源和煤礦整治為重點，提出泉域生態保護和修復的目標及主要措施。各項修復措施的落實對推進晉祠泉復流工作可起到積極的推動作用，同時也為山西省蘭村、古堆、洪山等千古名泉的復流乃至北方類似斷流巖溶大泉復流和生態修復提供參考和借鑒。但是，泉域地下水的生態修復治理是一個復雜的過程，研究制定其保護和修復措施應著重考慮各項措施的系統聯動性和實施的可行性。