水利工程论文-南水北调供水区浅层地下水环境劣变机制及效应.doc

水利工程论文-南水北调供水区浅层地下水环境劣变机制及效应摘要：在海河流域太行山前平原区水资源开发利用中，地下水资源的开发利用占水资源利用总量的70以上，同时山前大规模拦蓄山区径流进入平原区补给地下水的水量，造成地下水补给源大幅度削减，加之近20年来区域降水量的明显减少，导致了研究区地下水环境的严重劣变，引发了诸多环境地质问题，从逆向思维出发，地下水环境劣变的结果为南水北调客水创造了理想的地下调蓄库容，使得区内多源水更好地发挥效益而具备了客观条件。建议：立足于流域水资源的视野，遵循水循环的疏导规律和资源最佳效益的准则，系统研究地表水和地下水间资源互动关系及其在社会、经济发展中和维持生态环境中的自然属性，高度重视太行山前平原地下空间的资源性及其对客水资源效益的时空伸展性。只有这样，才能发挥本地水资源和客水资源的最大效益关键词：南水北调供水区太行山前平原地下水环境劣变南水北调供水区太行山前平原浅层地下水环境已经发生了劣性变化，形成了大范围常年性地下水漏斗区，面积达1.42104km2（图1），第含水层组疏干面积达1.05104km2。在山前平原大部分地区，地下水位埋深已由20世纪60年代的24m下降至10m以下，局部达到40多m（表1）。图119581998年海河流域山前平原地下水位降幅分布太行山前平原地下水位持续下降动因何在？它与气候变化、地表拦蓄和超采地下水之间是何种关系？这是南水北调客水高效、合理利用的重要前期课题。1降水量变化对浅层地下水的影响从表1可见，20世纪50年代至80年代，无论是海河北系或海河南系的年降水量，还是海河全流域的年降水量都呈递减变化，19561989年海河流域降水量平均减少3.85mma，海河北系减少4.68mma，海河南系减少3.95mma。20世纪90年代降水量有所增加，但是与其50年代相比较，海河流域降水量仍然减少81.5mm，海河北系减少116.3mm，海河南系减少104.3mm。历史上曾经进行过19561984年系列和19851998年系列水资源评价。19851998年系列与19561984年系列比较，降水量减少，其中山区平均减少14mma，平原区平均减少34mma。由于陆地水资源的源泉降水量不断减少，势必造成海河流域陆地总水资源量的减少。两个系列比较，山区地下水资源量减少了6.2，为7.88108m3a；平原减少了18.4，为38.6108m3/a。图2不同年代海河流域降水量变化表1海河流域平原区主要浅层地下水位漏斗分布情况注：引自海河水利委员会等，海河流域地下水资源现状评价与环境地质效应分析，2001年4月。从图3可以看出，19851998年期间海河流域三级区浅层地下水资源量减少（Q）与年降水量减少（P）呈正相关关系，即Q1.16P3.64。换言之，从海河全流域来考虑，若以19561984年多年平均地下水资源量和降水量作为基数，当降水量减少1时，导致地下水资源量减少了1.16；当降水量不变时，地表拦蓄和超采地下水等因素，致使地下水减少3.64。图3浅层地下水资源变化量与降水变化量之间关系2地表拦蓄对浅层地下水的影响由于山前平原河道岩土颗粒较粗，渗透能力强，以至河道渗漏成为地下水的重要补给源。1963年大清河系平原地下水补给量40.1108m3a，其中河道渗漏补给占24.81。19561980年海河流域山前平原多年平均地下水补给量66.2108m3a，其中河道渗漏补给占7.29。19802000年河道渗漏补给减少至不足3。河道渗漏补给量占地下水总补给量的比率由20世纪60年代24.81减少至90年代不足3，是河道长期干涸的结果。河道渗漏对河道两岸地下水位的补给影响是显著的。以1996年8月海河南系平原南部地区及上游发生的特大洪水入渗补给为例。受该次洪水入渗补给的影响，石家庄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（图4），漏斗中心水位回升6.58m，同时漏斗封闭面积综合79.50km。图4“968”洪水补给引起的山前平原地下水变化过程“968”暴雨后，海河南系平原区浅层地下水储存量增加34.21108m3（1995年和1996年的降水量分别为656.4mm和654.2mm，地下水开采量分别为79.82108m3和78.30108m3）。本文核算全淡水区与有咸水区2g/L地下水资源增加38.37108m3。由此可见，河道长期干涸，明显地减少了地下水补给源。3超采对浅层地下水的影响20世纪80年代以来，由于社会生产力进一步提高和平原区地表水体进一步减少，对地下水的需求量愈来愈大，造成浅层地下水处于严重超采状态。19851998年海河流域平原累计超采浅层地下水量253.3108m3，超采区多年平均超采量达33.9108m3a。19581975年海河南系平原区平均消耗浅层地下水储存量7.29108m3/a，19751985年平均消耗储存量10.44108m3a，19851998年平均消耗存量11.71108m3/a。长期超采对地下水形成能力产生一定影响。从图5可见，海河流域平原浅层地下水位持续下降与开采能力（机井数）之间为互动关系。从20世纪50年代至90年代，随着开采地下水机井数量的不断增加，埋深大于10m的浅层地下水分布区面积随之扩大。大量超采浅层地下水，不仅使得平原地下水位不断下降（表2），而且，还由于包气带厚度不断增大而导致降水入渗补给地下水周期增长，入渗系数减小。一些地区的降水入渗补给系数已由1984年之前的0.300.40减少为现状年的0.200.30（陈望和等，1999）。图5海河流域平原区浅层地下水变化与开采能力变化之间关系表2海河流域平原不同时期地下水位平均降幅及累计降深4浅层地下水位持续下降的负效应4.1破坏地下水流场自然规律，减少中下游区侧向补给平原浅层地下水位的持续下降，形成了不同规模的地下水位漏斗，破坏了天然地下水流场自然规律，造成漏斗区下游地下水倒流（图6），导致向下游区测向补给地下水量减少。4