暢金元

(河北省廊坊水文水資源勘測局，河北 廊坊 065000)

廊坊市城區(qū)深層地下水漏斗成因及對策分析

暢金元

(河北省廊坊水文水資源勘測局，河北 廊坊 065000)

河北省廊坊市是河北省唯一沒有地表水源的城市，其工農(nóng)業(yè)及生活用水完全靠開采地下水維持。所以地下水資源是維系廊坊市國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，但由于長期過量開采地下水特別是深層地下水，形成了以城區(qū)為中心的深層地下水降落漏斗。本文分析深層地下水漏斗的現(xiàn)狀、成因，提出了節(jié)約水資源、開發(fā)利用非常規(guī)水資源及外調(diào)水源等緩解漏斗進一步惡化的方法措施。

地下水漏斗;現(xiàn)狀分析;成因分析;對策措施

廊坊市位于華北平原東北部，首都北京與直轄市天津之間，公路、鐵路交通發(fā)達(dá)，通訊便捷。廊坊市區(qū)規(guī)劃面積70 km2，已建成面積54 km2，人口40萬。廊坊市地處北緯中緯度歐亞大陸的東部邊緣，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，具有四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季晴朗氣爽，冬季嚴(yán)寒少雪的特點。多年平均氣溫11.5℃，多年平均年降水量554.2 mm。

1 水文地質(zhì)條件

1.1 地下水的賦存條件

廊坊市地下水為松散巖類孔隙水含水巖組，主要由第四系松散沉積物組成，含水層由亞砂土、砂、卵礫石所組成，粒度粗、厚度大，水動力特征為潛水、微承壓水、承壓水。根據(jù)成因類型可將第四系地層自上而下劃分為四個含水組。

第Ⅰ含水組埋藏深度30～40 m，局部50～60 m，含水層厚度一般5～10 m，局部大于10 m，該層沉積較薄，顆粒較細(xì)。巖性以細(xì)沙、中細(xì)砂為主，單井單位出水量為2.5～5 m3/(h·m)，局部5～10 m3/(h·m)。地下水水力特征為潛水。地下水礦化度一般小于2 g/L。

第Ⅱ含水組深度80～200 m，含水層厚度20～30 m，局部30～50 m，含水層巖性以細(xì)砂及含礫中砂為主。該組全淡水區(qū)單位涌水量10 m3/h·m左右，有咸水區(qū)單位涌水量為2.5～5 m3/h·m。該組地下水水質(zhì)較好，礦化度一般小于1 g/L。水力特征屬微承壓水。

第Ⅲ含水組埋藏深度240～4 000 m，含水層厚度一般40～60 m，局部60～130 m。巖性以細(xì)、中砂及含礫粗砂為主，單井單位出水量為5～15 m3/(h·m)，局部10～30 m3/(h·m)。地下水水質(zhì)良好，礦化度小于1 g/L。水力特征屬承壓水。

第Ⅳ含水組埋藏深度420～520 m，含水層厚度25～60 m。巖性以含礫中砂及細(xì)砂為主，單井單位出水量為5～15 m3/(h·m)。地下水水質(zhì)良好，礦化度小于1 g/L。水力特征屬承壓水。

1.2 地下水補、徑、排條件

地下水的補、徑、排條件主要決定于水文地質(zhì)條件、埋藏條件、開采情況等因素。

本區(qū)地下水按各含水組水力性質(zhì)和開采條件劃分為淺層地下水和深層地下水。淺層水在全淡水區(qū)為Ⅰ+Ⅱ含水組，有咸水分布區(qū)為咸水體頂板以上的淺層淡水和微咸水。深層水在全淡水區(qū)以第Ⅲ含水組為主和部分第Ⅳ含水組，有咸水分布區(qū)即為咸水體以下的深層承壓淡水，包括第Ⅱ含水組下部、第Ⅲ含水組和第Ⅳ含水組，以第Ⅲ含水組為主。

淺層地下水埋藏淺，主要接受大氣降水補給，其次為地表水入滲補給。淺層地下水以人工開采消耗為主，其次為潛水蒸發(fā)消耗和側(cè)向徑流排泄。全淡區(qū)地下水埋深均在4 m以上，蒸發(fā)微弱，淺層地下水主要消耗于人工開采，地下水動態(tài)類型屬降水入滲補給—開采消耗型;有咸水分布區(qū)的東部、東南部地下水埋深較淺，存在潛水蒸發(fā)，為降水入滲—蒸發(fā)開采消耗動態(tài)類型。

深層地下水主要為側(cè)向徑流補給和越流補給，消耗于人工開采。

2 地下水漏斗成因及現(xiàn)狀分析

2.1 漏斗成因分析

廊坊市城區(qū)深層地下水漏斗主要影響因素為人工開采量的增加，同時也受到氣候因素的影響。

上世紀(jì)70年代，廊坊市還是一個小縣城，隨著管道局和原廊坊地委的遷入，使得廊坊人口迅速增加到十幾萬，城鎮(zhèn)工業(yè)也得到不斷發(fā)展，用水量隨之大幅增加，直接造成了深層地下水開采量不斷增加，形成了以市區(qū)為中心的深層地下水漏斗。圖1為1985～2010年廊坊市城區(qū)地下水開采強度曲線。從圖中不難看出，廊坊地下水的開采強度變化和水位漏斗發(fā)展趨勢基本吻合，即開采強度增加，漏斗中心埋深就大，開采強度降低，漏斗中心埋深就小。廊坊市區(qū)范圍內(nèi)日常生活及工業(yè)用水主要開采300～500 m的Ⅲ－Ⅳ含水組，這一層位的地下水具有相對隔水層，水源補充非常困難。廊坊市城區(qū)深層地下水開采量由1985年的2 383萬m3增加到1998年的5 500萬 m3，平均遞增速度為312萬 m3/a，所以導(dǎo)致1985—2000年出現(xiàn)漏斗加速發(fā)展的趨勢。1998－2000年開采強度的高峰區(qū)間，也是漏斗深度和面積達(dá)到高峰的區(qū)間。導(dǎo)致開采量增加的因素很多，其中人口的增加、國民經(jīng)濟的高速發(fā)展以及氣象干旱等都是重要的影響因素。2000年以后，廊坊市開辟了新的水源地，城區(qū)開采量有所減少，所以，城區(qū)深層地下水漏斗中心水位止跌回升，處在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。綜上，地下水在地域上、層位上、時間上的集中開采是廊坊水位降落漏斗形成和發(fā)展的直接因素。

圖1 廊坊市城區(qū)地下水開采強度曲線

2.2 漏斗現(xiàn)狀分析

廊坊漏斗是廊坊供水區(qū)主要的深層地下水水位降落漏斗之一，位于廊坊市城區(qū)及其外圍，為城市工業(yè)、生活開采型漏斗，開采深度200～500 m。該漏斗形成于1978年，隨著城市迅速發(fā)展，深層地下水開采量逐年增加，水位持續(xù)下降，漏斗不斷加深和擴大，至2000年漏斗面積擴大到362 km2，中心水位埋深78.30 m。2010年底，漏斗面積375.5 km2，中心水位埋深75.61 m。

2.3 漏斗中心埋深動態(tài)變化

廊坊市城區(qū)深層地下水主要用于生活及工業(yè)用水，所以廊坊市城區(qū)深層地下水主要受生活及工業(yè)用水量的影響，其變化規(guī)律呈現(xiàn)出與生活、工業(yè)用水量相關(guān)的特征。即生活、工業(yè)用水量大，深層地下水水位就會下降，反之生活、工業(yè)用水量小，深層地下水水位就會上升。具體變化規(guī)律如下:每年冬季，生活、工業(yè)用水量相對較少，所以深層地下水位處于震蕩上升狀態(tài)，一般年初至2、3月份水位呈上升狀態(tài)，出現(xiàn)自然年最高水位，3月中旬以后由于天氣轉(zhuǎn)暖用水量增加，深層地下水位開始呈下降趨勢，加之受農(nóng)業(yè)灌溉集中開采影響，一般5月中旬至6月中旬出現(xiàn)年最低水位。進入夏季，生活工業(yè)用水量處在相對穩(wěn)定的高峰期，所以，深層地下水位也也基本穩(wěn)定在高埋深值區(qū)域。10月份以后，隨著生活、工業(yè)用水量的減少，深層地下水位處于緩慢回升進入相對穩(wěn)定期

廊坊市深層地下水漏斗區(qū)長系列動態(tài)變化為年際間有小的起伏，但總的趨勢成波狀型下降。

圖2 廊坊市城區(qū)深層地下水漏斗中心埋深年內(nèi)變化曲線圖

圖3 廊坊市城區(qū)深層地下水漏斗中心埋深年際變化曲線圖

2.4 漏斗發(fā)展過程

廊坊漏斗位于城區(qū)，1978年開始出現(xiàn)漏斗區(qū)，其面積為18 km2，中心水位14.55 m，從1978年到2010年間，漏斗發(fā)展過程可分為:

(1)加速發(fā)展階段(1978－1983):1978年，城區(qū)深層地下水漏斗中心埋深為14.55 m，面積為18 km2，至1983年，中心埋深為42.00 m，面積增加到255 km2。中心水位平均每年下降5.49 m，面積平均每年增大47.4 km2。

(2)發(fā)展階段(1984－2000):1984年以后，地下水位漏斗發(fā)展速度減緩，但中心水位下降速率仍處于一個較高水平。至2000年，漏斗中心埋深為78.30 m，漏斗面積為362 km2，。中心水位下降速率為2.12m/a，面積平均每年增大7.88 km2。

(3)穩(wěn)定階段(2001－2010)2001年以后，漏斗中心水位基本穩(wěn)定在75 m左右，至2010年，水位有升有降，但基本趨勢是穩(wěn)中帶升。但值得注意的是漏斗面積有擴大的趨勢，從城區(qū)擴展到了周圍郊區(qū)。中心水位從2010年起也有小幅的下降。

3 地下水漏斗對生態(tài)環(huán)境的影響

3.1 地面沉降

地面沉降是漏斗區(qū)主要的環(huán)境地質(zhì)問題之一，因其范圍廣，沉降速率小，不易察覺而被忽視。據(jù)國家地震局第一地形形變監(jiān)測中心對天津及其臨近地區(qū)地面沉降監(jiān)測資料，自六十年代中期廊坊供水區(qū)開始出現(xiàn)地面沉降，沉降面積和沉降速率逐漸增大，且地面沉降中心與深層地下水水位漏斗基本吻合。這充分說明深層地下水嚴(yán)重超采是造成地面沉降的主要原因。廊坊漏斗區(qū)地面沉降造成的地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)在地面標(biāo)高降低，出現(xiàn)鉆孔井管抬生、城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)受到損害等現(xiàn)象。

3.2 機井報廢

由于地下水漏斗區(qū)水位持續(xù)下降，造成機井單井出水量減少，甚至無水可抽直至機井報廢。七十年代至今，農(nóng)用機井經(jīng)歷了離心泵更換成30～50 m揚程的深井泵或潛水泵，后又改配60～80 m繼而90～100 m揚程潛水泵過程，耗資以億元計。

3.3 水資源緊缺進一步加劇

由于長期大面積開采地下水，造成地下漏斗急劇擴展，淺層地下水形成大面積含水層疏干，深層地下水埋深急劇下降，水源地產(chǎn)量急劇減少，致使工業(yè)用水、農(nóng)田灌溉用水緊缺，造成工業(yè)停產(chǎn)、農(nóng)作物減產(chǎn)，一些工業(yè)項目因用水問題不能上馬，也給部分地區(qū)居民群眾飲水造成困難。

3.4 其他影響

地下水漏斗區(qū)水位不斷下降，還會造成海水入侵、淡水咸化、地下水污染等一系列的生態(tài)問題，使得本來就很脆弱的生態(tài)環(huán)境進一步惡化。

4 對策措施

廊坊市城區(qū)深層地下水漏斗的形成主要是由于高強度開采深層地下水造成的，所以要使地下水漏斗減小甚至消失，防止對生態(tài)環(huán)境更進一步的破壞影響，必須減少開采量。但人口的增加和經(jīng)濟的增長對水的需求是不斷增長的，要滿足用水需求，還要減少對深層地下水的開采，就必須從開源和節(jié)約水資源方面入手，使水資源的開發(fā)利用走上可持續(xù)之路。

4.1 開源方面

所謂開源也就是開發(fā)新的水源。廊坊市水資源短缺已是定局，所以要滿足用水需求，開發(fā)利用新水源主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

1)開發(fā)引江水源:南水北調(diào)工程已經(jīng)開工，根據(jù)工程規(guī)劃，南水北調(diào)中線工程于2014年全部建成通水。工程完工后，可通過廊坊干渠給廊坊市區(qū)供水。年供廊坊市區(qū)水量約1.4億 m3，可適當(dāng)緩解當(dāng)前廊坊市水資源供需緊張的現(xiàn)狀。今后還應(yīng)繼續(xù)爭取用水指標(biāo)，增加引江水量。

2)充分利用過境水量分析:廊坊市北運河、潮白河、泃河常年有水。2000年以前，過境水量水質(zhì)極差，不能作為資源量利用。2000年后北京市加大污水治理力度，北三河入境水水質(zhì)得到明顯改善。盡管仍為Ⅴ類水，但污染指數(shù)明顯降低，污染物類別減少，主要污染物為氨氮、總磷等，基本可以作為景觀用水或農(nóng)用水。根據(jù)現(xiàn)狀資料統(tǒng)計，廊坊市年均入境水量7.84 m3，年均引水量1.27億 m3，引水量只占入境水量的16%，所以在利用過境水量方面有潛力可挖?？梢钥紤]建設(shè)引水工程，充分利用河道過境水量。

3)開發(fā)利用非常規(guī)水資源:開發(fā)利用非常規(guī)水資源，是增加水資源可利用量，緩解水資源供需矛盾的一個重要途徑。在廊坊市，非常規(guī)水資源主要有雨洪資源、再生水資源等。隨著廊坊市城區(qū)面積的不斷擴大，由雨水產(chǎn)生的地面徑流量越來越大。根據(jù)《廊坊市城區(qū)降水產(chǎn)流分析》，廊坊市城區(qū)每年約有400萬 m3的雨洪資源，但因沒有設(shè)施，這部分水資源都白白的流掉了。所以應(yīng)加大雨洪資源利用投入力度，建設(shè)集雨設(shè)施、雨污分流等雨水利用工程，最大限度地開發(fā)利用雨洪資源，有效緩解水資源短缺壓力。據(jù)統(tǒng)計，廊坊市2008年污水排放量為9 500萬 m3，再生水利用量為1 650萬m3，污水處理回用率不足20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家60%回用率水平。按現(xiàn)狀污水處理量分析，如果污水處理回用率達(dá)到30%，可減少地下水開采量1 200萬 m3;如果污水處理回用率達(dá)到60%，可減少地下水開采量4 050萬 m3。

4.2 節(jié)約水資源方面

一是要制定水資源開發(fā)利用與保護政策，理順體制，加強管理。二是通過建立節(jié)水機構(gòu)，加強對節(jié)水的宣傳教育，并采取征收水費、調(diào)整水價等行政、法律和經(jīng)濟手段，大力開展節(jié)水活動，提高節(jié)水效果。三是通過使用節(jié)水器具、提高工業(yè)用水的重復(fù)利用率等措施，推動節(jié)水工作向前發(fā)展。另外，加強水環(huán)境保護，減少污水排放量也是節(jié)約水資源的一項重要途徑。

總之，根據(jù)廊坊市水資源特點，加強對廊坊市水資源的管理，不斷開源節(jié)流，減少深層地下水開采量是緩解城區(qū)深層地下水漏斗進一步惡化的主要辦法，也是解決廊坊市水資源供需矛盾的重要措施。

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2012－03－12

暢金元(1963－)，男，河北文安人，高級工程師，主要從事水文水資源工作。