南水北調(diào)供水區(qū)淺層地下水環(huán)境劣變機(jī)制及效應(yīng)

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摘要：在海河流域太行山前平原區(qū)水資源開發(fā)利用中，地下水資源的開發(fā)利用占水資源利用總量的70％以上，同時(shí)山前大規(guī)模攔蓄山區(qū)徑流進(jìn)入平原區(qū)補(bǔ)給地下水的水量，造成地下水補(bǔ)給源大幅度削減，加之近20年來區(qū)域降水量的明顯減少，導(dǎo)致了研究區(qū)地下水環(huán)境的嚴(yán)重劣變，引發(fā)了諸多環(huán)境地質(zhì)問題，從逆向思維出發(fā)，地下水環(huán)境劣變的結(jié)果為南水北調(diào)客水創(chuàng)造了理想的地下調(diào)蓄庫容，使得區(qū)內(nèi)多源水更好地發(fā)揮效益而具備了客觀條件。建議：立足于流域水資源的視野，遵循水循環(huán)的疏導(dǎo)規(guī)律和資源最佳效益的準(zhǔn)則，系統(tǒng)研究地表水和地下水間資源互動(dòng)關(guān)系及其在社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展中和維持生態(tài)環(huán)境中的自然屬性，高度重視太行山前平原地下空間的資源性及其對客水資源效益的時(shí)空伸展性。只有這樣，才能發(fā)揮本地水資源和客水資源的最大效益。

　　關(guān)鍵詞：南水北調(diào)供水區(qū) 太行山前平原 地下水環(huán)境劣變

　　南水北調(diào)供水區(qū)太行山前平原淺層地下水環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了劣性變化，形成了大范圍常年性地下水漏斗區(qū)，面積達(dá)1.42×104km2（圖1），第Ⅰ含水層組疏干面積達(dá)1.05×104km2.在山前平原大部分地區(qū)，地下水位埋深已由20世紀(jì)60年代的2～4m下降至10m以下，局部達(dá)到40多m。

　　太行山前平原地下水位持續(xù)下降動(dòng)因何在？它與氣候變化、地表攔蓄和超采地下水之間是何種關(guān)系？這是南水北調(diào)客水高效、合理利用的重要前期課題。

　　1 降水量變化對淺層地下水的影響

　　20世紀(jì)50年代至80年代，無論是海河北系或海河南系的年降水量，還是海河全流域的年降水量都呈遞減變化，1956－1989年海河流域降水量平均減少3.85mm／a，海河北系減少4.68mm／a，海河南系減少3.95mm／a.20世紀(jì)90年代降水量有所增加，但是與其50年代相比較，海河流域降水量仍然減少81.5mm，海河北系減少116.3mm，海河南系減少104.3mm.歷史上曾經(jīng)進(jìn)行過1956－1984年系列和1985－1998年系列水資源評價(jià)。1985－1998年系列與1956－1984年系列比較，降水量減少，其中山區(qū)平均減少14mm／a，平原區(qū)平均減少34mm／a.由于陸地水資源的源泉——降水量不斷減少，勢必造成海河流域陸地總水資源量的減少。兩個(gè)系列比較，山區(qū)地下水資源量減少了6.2％，為7.88×108m³／a；平原減少了18.4％，為38.6×108m³/a.

　　注：引自海河水利委員會等，《海河流域地下水資源現(xiàn)狀評價(jià)與環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)分析》，2001年4月。

　　從圖3可以看出，1985－1998年期間海河流域三級區(qū)淺層地下水資源量減少（△Q）與年降水量減少（△P）呈正相關(guān)關(guān)系，即△Q＝1.16△P－3.64.換言之，從海河全流域來考慮，若以1956－1984年多年平均地下水資源量和降水量作為基數(shù)，當(dāng)降水量減少1％時(shí)，導(dǎo)致地下水資源量減少了1.16％；當(dāng)降水量不變時(shí)，地表攔蓄和超采地下水等因素，致使地下水減少3.64％。

　　2　地表攔蓄對淺層地下水的影響

　　由于山前平原河道巖土顆粒較粗，滲透能力強(qiáng)，以至河道滲漏成為地下水的重要補(bǔ)給源。1963年大清河系平原地下水補(bǔ)給量40.1×108m³／a，其中河道滲漏補(bǔ)給占24.81％。1956－1980年海河流域山前平原多年平均地下水補(bǔ)給量66.2×108m³／a，其中河道滲漏補(bǔ)給占7.29％。1980－2000年河道滲漏補(bǔ)給減少至不足3％。

　　河道滲漏補(bǔ)給量占地下水總補(bǔ)給量的比率由20世紀(jì)60年代24.81％減少至90年代不足3％，是河道長期干涸的結(jié)果。

　　河道滲漏對河道兩岸地下水位的補(bǔ)給影響是顯著的。以1996年8月海河南系平原南部地區(qū)及上游發(fā)生的特大洪水入滲補(bǔ)給為例。受該次洪水入滲補(bǔ)給的影響，石家莊漏斗中心地下水位埋深由1996年8月的42.4m，上升到1997年7月的35.9m，漏斗中心水位回升6.58m，同時(shí)漏斗封閉面積綜合79.50km.

　　“96·8”暴雨后，海河南系平原區(qū)淺層地下水儲存量增加34.21×108m³（1995年和1996年的降水量分別為656.4mm和654.2mm，地下水開采量分別為79.82×108m³和78.30×108m³）。本文核算全淡水區(qū)與有咸水區(qū)2g/L地下水資源增加38.37×108m³.由此可見，河道長期干涸，明顯地減少了地下水補(bǔ)給源。

　　3 超采對淺層地下水的影響

　　20世紀(jì)80年代以來，由于社會生產(chǎn)力進(jìn)一步提高和平原區(qū)地表水體進(jìn)一步減少，對地下水的需求量愈來愈大，造成淺層地下水處于嚴(yán)重超采狀態(tài)。1985－1998年海河流域平原累計(jì)超采淺層地下水量253.3×108m³，超采區(qū)多年平均超采量達(dá)33.9×108m³／a.1958－1975年海河南系平原區(qū)平均消耗淺層地下水儲存量7.29×108m³/a，1975－1985年平均消耗儲存量10.44×108m³／a，1985－1998年平均消耗存量11.71×108m³/a.

　　長期超采對地下水形成能力產(chǎn)生一定影響。海河流域平原淺層地下水位持續(xù)下降與開采能力（機(jī)井?dāng)?shù)）之間為互動(dòng)關(guān)系。從20世紀(jì)50年代至90年代，隨著開采地下水機(jī)井?dāng)?shù)量的不斷增加，埋深大于10m的淺層地下水分布區(qū)面積隨之?dāng)U大。大量超采淺層地下水，不僅使得平原地下水位不斷下降，而且，還由于包氣帶厚度不斷增大而導(dǎo)致降水入滲補(bǔ)給地下水周期增長，入滲系數(shù)減小。一些地區(qū)的降水入滲補(bǔ)給系數(shù)已由1984年之前的0.30～0.40減少為現(xiàn)狀年的0.20～0.30（陳望和等，1999）。

　　4 淺層地下水位持續(xù)下降的負(fù)效應(yīng)

　　4.1 破壞地下水流場自然規(guī)律，減少中下游區(qū)側(cè)向補(bǔ)給

　　平原淺層地下水位的持續(xù)下降，形成了不同規(guī)模的地下水位漏斗，破壞了天然地下水流場自然規(guī)律，造成漏斗區(qū)下游地下水倒流，導(dǎo)致向下游區(qū)測向補(bǔ)給地下水量減少。

　　4.2 山前平原含水層被疏干，引起水質(zhì)惡化

　　實(shí)測結(jié)果表明，淺層地下水中NO-3濃度隨地下水埋深增大而增加，變化率為4.86mg／L·m.山前平原地下水中NO-3濃度從20世紀(jì)70年代0.5～9mg／L，最高達(dá)130多mg／L.

　　4.3 儲量資源不斷減少，削弱了地下水資源可持續(xù)利用性

　　淺層地下水的持續(xù)下降，不僅增加了開采利用地下水資源的成本，而且由于超采規(guī)模不斷加大，導(dǎo)致地下水儲存量被大量消耗，在一定程度上影響了地下水資源可持續(xù)利用性。若從警告性預(yù)測角度分析，南水北調(diào)供水區(qū)——太行山前平原淺層地下水儲量資源的可持續(xù)利用性已經(jīng)窘迫。

　　5 結(jié)論與建議

　　近30年以來海河南系平原區(qū)地下水位持續(xù)下降的主要機(jī)制是：20世紀(jì)60年代開始實(shí)施山前大規(guī)模攔蓄地表水，引起河道干涸，造成山區(qū)進(jìn)入平原的地表徑流水資源銳減，導(dǎo)致沿河道線狀補(bǔ)給源對地下水的補(bǔ)給大幅度減少，同時(shí)致使平原區(qū)生產(chǎn)和生活用水對開采地下水的依賴性增強(qiáng)，以至地下水開采量迅猛增加，在較短時(shí)間內(nèi)突破100×108m³/a，并在20世紀(jì)80年代超過了地下水資源形成能力，出現(xiàn)嚴(yán)重的超采問題。

　　近幾十年來海河流域降水量減少，對地下水位持續(xù)下降產(chǎn)生一定影響。

　　總之，地表攔蓄和超采是地下水位持續(xù)下降的主導(dǎo)因素，氣候旱化發(fā)揮了催化作用，為3.14∶1的比重關(guān)系。

　　淺層地下水位持續(xù)下降的環(huán)境副效應(yīng)是多方面的，不僅減弱了地下水補(bǔ)給能力，改變了地下水流場天然規(guī)律和流域上、中、下游水資源均衡關(guān)系，加上中、下游區(qū)水資源供需矛盾，而且還造成了山前平原含水層大面積被疏干，引起水質(zhì)惡化，提高開采地下水成本，影響淺層地下水資源的可持續(xù)利用性。

　　建議，從可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，系統(tǒng)開展南水北調(diào)供水區(qū)流域尺度水資源利用互動(dòng)關(guān)系及其環(huán)境效應(yīng)的基礎(chǔ)研究，高度重視太行山前平原地下空間的資源性及其對客水資源效益的時(shí)空伸展性，為南水北調(diào)客水和本地各種水資源的高效與合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

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