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        黃淮平原地下水流場變化及主要環(huán)境地質(zhì)問題

        2012-09-05 01:53:02王喜軍
        地下水 2012年1期
        關鍵詞:濮陽商丘開采量

        王喜軍

        (河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊,河南 鄭州 450053)

        黃淮平原地下水流場變化及主要環(huán)境地質(zhì)問題

        王喜軍

        (河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊,河南 鄭州 450053)

        20世紀90年代,黃淮平原地下水開采量較小,地下水流場基本處于天然狀態(tài),到2010年地下水開采量達到52.32×108m3,地下水流場發(fā)生變化,局部變化明顯,引起相應環(huán)境地質(zhì)問題。本文通過對20年間地下水流場對比,主要論述了地下水流場變化特征和引起的主要環(huán)境地質(zhì)問題,為黃淮平原地下水資源管理提供參考。

        地下水流場;變化;黃淮平原;環(huán)境地質(zhì)問題

        1 黃淮平原自然地理概況

        1.1 位置交通

        黃淮沖積平原區(qū),西北、西南為黃河沖積扇邊界,北部、東部為河南省界,南到河南省淮陽一帶。地理坐標:東經(jīng)113°20'~ 116°06',北緯 33°20'~ 36°12'。行政區(qū)劃分屬鄭州、開封、商丘、周口、焦作、新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽、濮陽市,面積39 812 km2。

        1.2 地形地貌

        黃淮沖積平原,位于河南省的東部。西與太行山、嵩箕山、伏牛山山前傾斜平原相接,北、東、南分別與河北平原、魯西平原、淮北平原相連。地形總趨勢西高東低,地面標高95~40 m之間。黃河由西向東從平原的中部流過,至蘭考東壩頭折向東北,沿豫魯兩省的邊界地帶流出河南。由于黃河高含泥沙,在人工大堤的約束下形成世界上著名的“地上懸河”。河床一般高出堤外平原3~5 m,最高達10 m之多,成為南北平原的分水嶺,南面屬淮河流域;北面屬黃河流域。黃河以北,地勢由西南向東北緩傾斜,地面平均坡降1/4 000~1/7 000。該區(qū)是歷史上黃河決口、改道最頻繁的地區(qū),地表仍有河道變遷的遺跡?,F(xiàn)黃河及明清故道以南,地勢由西北向東南緩傾斜,地面平均坡降約為1/2 000~1/5 000。這一地區(qū)是歷史上黃河決口南泛的主要波及區(qū),決口泛濫所遺留的沙地、沙丘和沙崗、決口洼地、決口扇等均有分布,特別是沙地、沙丘、沙崗分布廣泛。

        2 地下水資源開發(fā)利用歷史

        區(qū)內(nèi)地下水的開發(fā)利用,以開采淺層地下水為主,城鎮(zhèn)區(qū)供水以深層地下水為主。建國初期,只有少量的土井開采地下水用于農(nóng)灌和居民生活;1953年才開始施工機電井,1960年,農(nóng)灌機井數(shù) 0.64萬眼,井灌面積164萬畝,估算地下水開采量為 4.9×108m3,其中淺層地下水的開采量占95%以上;60年代,井灌發(fā)展很快,至1970年底機井總數(shù)達6.65萬眼,井灌面積 445萬畝,估算地下水開采量 11.3×108m3,其中淺層水占95%以上。

        80年代,機井灌溉持續(xù)發(fā)展,地下水開采量隨之增加,到1980年機井總數(shù)達到25.8萬眼,井灌面積753萬畝,當年開采量22.7×108m3,淺層水開采量占95%以上。豫北地區(qū)井灌開采強度較大,局部出現(xiàn)超采現(xiàn)象,地下水位呈區(qū)域性持續(xù)下降趨勢,并逐步形成了漏斗區(qū),如濮陽-清豐-南樂漏斗。

        90年代井灌發(fā)展相對穩(wěn)定,工業(yè)與生活用水開采量逐年增加,從1980年的5.3×108m3增至1989的 18.0×108m3,80年代平均每年開采地下水40.43×108m3,淺層地下水占92%以上。

        進入21世紀00年代,地下水開采呈逐年增加趨勢,從1989年的42.11×108m3增至2010年的52.32×108m3,90年代平均每年開采地下水45×108m3,其中農(nóng)灌用水31.5×108m3,工業(yè)生活用水13.5×108m3,淺層地下水開采量占總開采量的92%。地下水開采量變化情況見表1。

        表1 地下水開采量統(tǒng)計表 108m3

        3 淺層地下水流場變化特征

        3.1 天然狀態(tài)下地下水流場特征

        天然狀態(tài)下(1991年)地下水流場,淺層地下水流場受地形和補給源控制,黃河現(xiàn)河道是下游平原地下水的分水嶺。黃河以北地區(qū),地下水位由南北兩側(cè)高漸變至東西兩側(cè)高,大致沿修武-新鄉(xiāng)-濮陽一線為水位低槽帶,地下水由兩側(cè)向低槽中匯集,總體流向東北,流場形態(tài)為向北偏東開口的箕形。兩側(cè)水力坡度達1/1 000~1/2 000,低槽中水力坡度為1/4 000~1/5 000,地下水位埋深由西南部的1~2 m,漸變至東北部的8~10 m。黃河邊地下水位較淺,一般小于4 m,局部地段小于1 m。黃河以南地區(qū)地下水總體上自西向東逕流,在東部漸變?yōu)橄驏|南流動,水力坡度1/4 000~1/5 000,地下水位埋深除開封、通許-杞縣-寧陵-鹿邑、商丘-虞城一帶大于4 m外,其余地段均小于4 m,局部地段埋深小于2 m。

        3.2 開采條件下地下水流場特征

        開采條件下(2010年)地下水流場,地下水流場形態(tài)與天然狀態(tài)下相差不大,形態(tài)仍為向北東開口的箕形,但在濮陽一帶形成了降落漏斗。黃河以北地區(qū),地下水位的低槽帶位于延津 -濮陽一線,水力坡度1/2 000~1/3 000。滑縣 -濮陽-內(nèi)黃一帶地下水埋深大于15 m,濮陽-清豐一帶大于20 m。黃河以南地區(qū),在開封以西,地下水與地表水一樣,大致沿賈魯河為地下水的匯集低槽帶,通許以東,低槽基本不存在,地下水流向東南。蘭考—杞縣、寧陵—商丘—虞城一帶,地下水埋深大于5 m,其中商丘地下水埋深大于10 m。

        3.3 淺層地下水流場變化特征

        淺層地下水流場形態(tài)沒有大的變化,但是地下水流向有所變化,黃河對地下水的補給作用越來越明顯。黃河以北地區(qū),地下水的低槽帶位于延津-濮陽一線,水力坡度1/2 000~1/3 000。滑縣-濮陽-內(nèi)黃一帶地下水埋深大于15m,濮陽-清豐一帶大于20m。地下水流場形態(tài)仍為向北東開口的箕形,黃河以南地區(qū),在開封以西,地下水與地表水一樣,大致沿賈魯河為地下水的匯集低槽帶,通許以東,低槽基本不存在,地下水流向東南。黃河北大致以淇縣 -封丘-長垣-濮陽-范縣為界,西北為地下水下降區(qū),最大降幅在滑縣-內(nèi)黃之間,降幅大于10 m,一般為2~5 m,東南除新鄉(xiāng)開采區(qū)外,地下水位略有回升,升幅一般小于2 m,黃河以南,地下水位均有下降,下降幅度一般在3m以內(nèi),在鄭州市區(qū)、開封市區(qū)、尉氏縣城、商丘市區(qū),形成降落漏斗,在漏斗區(qū)地下水降幅較大。

        4 深層地下水流場變化特征

        4.1 天然狀態(tài)下地下水流場特征

        深層地下水流場(1981年),形態(tài)與同期的淺層水流場形態(tài)相同,由于黃河影響帶淺層地下水水位較高,淺層地下水對深層地下水越流補給,造成黃河影響帶也是深層地下水的分水嶺。黃河北,深層地下水接受西北部境外的側(cè)向逕流補給,以及黃河影響帶越流補給后形成的側(cè)向逕流,地下水流場中部低兩側(cè)高,形成向北偏東方向開口的箕形。黃河南,地下水接受西部境外的逕流補給,同時受黃河影響帶越流補給影響,在開封以西,大致沿地表水體賈魯河形成低槽,開封以東,地下水流向東南。

        4.2 開采條件下地下水流場特征

        由于近年來,城市大量開采深層地下水,形成以濮陽、鄭州、開封、商丘等為中心的降落漏斗,使城市區(qū)附近流場形態(tài)較天然狀態(tài)有較大改變,黃河影響帶仍是深層水的分水嶺,也是重要的補給源。黃河以北以濮陽為中心,形成開采降落漏斗,地下水位埋深大于30 m。據(jù)商丘市降落漏斗資料,深層地下水每年以2.0~2.5 m的速度下降,漏斗中心現(xiàn)水位埋藏深度已達60 m。外圍水位埋深30~35 m。城市區(qū)外圍的大部分地區(qū)地下水流場變化不大。

        4.3 深層地下水流場變化特征

        黃河影響帶淺層地下水水位較高,淺層地下水對深層地下水越流補給,造成黃河影響帶也是深層地下水的分水嶺。黃河北,深層地下水接受西北部境外的側(cè)向逕流補給,以及黃河影響帶越流補給后形成的側(cè)向逕流,地下水流場中部低兩側(cè)高,形成向北偏東方向開口的箕形。黃河南,地下水接受西部境外的逕流補給,同時受黃河影響帶越流補給影響,在開封以西,大致沿地表水體賈魯河形成低槽,開封以東,地下水流向東南。

        近年來,城市區(qū)大量開采深層地下水,形成以濮陽、鄭州、開封、商丘等為中心的降落漏斗,使城市區(qū)附近流場形態(tài)較天然狀態(tài)有較大改變,黃河影響帶仍是深層水的分水嶺,也是重要的補給源。黃河以北以濮陽為中心,形成開采降落漏斗,地下水位埋深大于30 m。據(jù)商丘市降落漏斗資料,深層地下水每年以2.0~2.5 m的速度下降,漏斗中心現(xiàn)水位埋藏深度已達60 m。外圍水位埋深30~35 m。城市區(qū)外圍的大部分地區(qū)地下水流場變化不大。

        深層地下水水位年降幅,大致沿濮陽-長垣-滑縣 -新鄉(xiāng)-武陟 -開封-通許以西,地下水位降幅大于5m,該區(qū)域以東地下水降幅小于5 m,其中在濮陽市區(qū)、新鄉(xiāng)市區(qū)、鄭州市區(qū)、開封市區(qū)、商丘市區(qū)地下水降幅一般大于20 m,降幅最大的商丘,降幅達40 m。

        5 地下水流場變化引起的主要環(huán)境地質(zhì)問題

        5.1 局部地區(qū)地下水位持續(xù)下降

        在開采地下水比較大的城市,如鄭州、商丘、開封、新鄉(xiāng)、濮陽等地,形成了大面積的降落漏斗。如:安陽 -鶴壁 -濮陽漏斗面積為5 648 km2,漏斗中心水位埋深30.65 m。新鄉(xiāng)市淺層地下水降落漏斗位于北站區(qū)一帶,漏斗中心位于周莊至楊九屯一帶,中心水位標高 54.09 m,水位埋深為 17.71 m,漏斗面積200 km2(以68 m水位等值線圈定)。鄭州市淺層漏斗面積225 km2,中心水位埋深 32.9 m;深層漏斗面積491.0 km2,中心水位埋深 74.31 m,多年平均下降速率為2.2 m/a(表2)。漏斗區(qū)形成,水位的快速下降,表明開采大于補給。地下水供不應求,是水資源緊張的表現(xiàn)。目前鄭州、商丘漏斗區(qū)水位埋深分別高達70、50余米,已造成原有水井提水設備報費,水井出水量減小。

        表2 漏斗特征一覽表

        5.2 地面沉降

        地下降落漏斗區(qū)的地面沉降主要是因為水位下降、含水層壓縮引起的,地面沉降主要分布于開封市、新鄉(xiāng)市、濮陽市。開封市累計沉降量大于113 mm,對地面建筑物已有破壞性反映。新鄉(xiāng)1981.1 ~1984.6 月下沉了 450 mm,下沉速率為 13.1 mm/a。濮陽市自1996~2010年以來,沉降中心累計最大沉降量達45mm,年平均沉降量為3.75~12.67 mm。據(jù)多年觀測資料顯示,沉降中心位置基本未改變,沉降范圍在逐年擴大,目前,沉降面積超過100 km2,沉降中心仍位于濮陽市。

        5.3 地表水體及濕地萎縮,導致局部生態(tài)環(huán)境惡化

        區(qū)域地下水位下降對一些地區(qū)有益,如鹽堿地的縮小、消失,擴大了耕地面積,提高了耕地質(zhì)量,此乃一種正面作用,促使環(huán)境向好的方面轉(zhuǎn)化,但是也產(chǎn)生了一定的負面影響,部分地段河水斷流,積水面積縮小或干涸,沼澤地消失,失去了魚類及其它生物的生存條件。如黃河故道兩側(cè),原來地下水位埋藏淺,常年有積水,蘆葦叢生,是鳥類珍惜動物的棲息場所,現(xiàn)在局部地段沼澤和積水消失,形成鹽漬化土地,失去了鳥類和珍惜動物的棲息地。

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        1004-1184(2012)01-0153-02

        2011-11-11

        王喜軍(1963-),男,河南禹縣人,高級工程師,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作。

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