馮亞輝，李書(shū)友

(1.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300202； 2.南水北調(diào)中線實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100176)

1 概 述

水神堂泉位于山西省大同市廣靈縣境內(nèi)，泉域總面積518 km2，其中碳酸鹽巖裸露面積148 km2，主要包括以散泉形式出露于壺流河河漫灘及其支流地帶的諸多泉水，分別為出露于縣城南部的枕頭泉、百步坑泉、水神堂泉；出露于作疃鄉(xiāng)西北部海坡山前的作疃泉、華山泉；出露于莎泉鄉(xiāng)西部堂坡山前的莎泉；出露于斗泉鄉(xiāng)西北部桃子梁半山腰的一斗泉。泉域大部分泉水為孔隙水與巖溶水共同補(bǔ)給的泉水，僅有百步坑泉、作疃泉和水神堂泉為巖溶泉水。

目前，水神堂泉原14處泉水，除位于集中排泄帶的水神堂泉、百步坑泉尚有出流，其它泉眼均已斷流。據(jù)1987年開(kāi)始進(jìn)行水神堂泉水監(jiān)測(cè)至今的資料顯示，監(jiān)測(cè)初期泉水流量0.5 m3/s左右，現(xiàn)在已減少為0.2 m3/s左右，2001-2019年較1987-2001年共減少46.9%。2011年7月，泉水流量為0.091 m3/s；2012年7月，泉水流量?jī)H為0.009 m3/s，水神堂泉衰減趨勢(shì)顯著。在灌溉取水量較大的夏季，泉水流量的減少更為明顯。

2 泉水流量變化分析

根據(jù)水神堂泉1987-2019年南口和北口實(shí)測(cè)流量統(tǒng)計(jì)，水神堂泉多年平均流量0.331 m3/s，多年平均徑流量1 044×104m3。從實(shí)測(cè)徑流系列來(lái)看，徑流年內(nèi)分配較均勻，年際變比大。最大年徑流量為1 579.1×104m3(1988年)，最小年徑流量為169.6×104m3(2015年)，極值比9.3。徑流年內(nèi)分配過(guò)程見(jiàn)圖1；歷年徑流量見(jiàn)圖2；不同年代泉水流量及徑流對(duì)比見(jiàn)表1。

圖1 水神堂泉多年平均各月流量

圖2 水神堂泉?dú)v年徑流量

表1 水神堂泉不同年代泉水流量、徑流對(duì)比

從水神堂泉流量系列資料來(lái)看，泉水流量存在明顯的衰減趨勢(shì)，2001-2019年較1987-2001年共減少46.9%，較多年平均減少27.2%。

3 水位動(dòng)態(tài)分析

3.1 地下水位年際變化特征

根據(jù)歷史資料，當(dāng)?shù)卦?007年水位普測(cè)，自2015年建立地下水位動(dòng)態(tài)長(zhǎng)觀點(diǎn)，因此地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律僅能依據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。2016年水文地質(zhì)調(diào)查與2007年水位對(duì)比下降3～7 m，年均下降0.3～0.7 m。

近年來(lái)，廣靈縣水務(wù)局在本區(qū)建立長(zhǎng)觀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為分析本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)特征，特選取廣靈縣加斗鄉(xiāng)西加斗村委會(huì)內(nèi)監(jiān)測(cè)井為代表，監(jiān)測(cè)井編號(hào)ATW083，井口高程為965 m，井深120 m。從2012年1月1日起，該地區(qū)地下水位呈逐年下降趨勢(shì)，2012-2016年最高水位為2012年4月1日的933.16 m，最低水位為2016年7月18日的920.96 m，變幅12.20 m，下降幅度較大。廣靈西加斗鄉(xiāng)監(jiān)測(cè)井多年水位動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖3。

圖3 廣靈西加斗鄉(xiāng)監(jiān)測(cè)井多年水位動(dòng)態(tài)變化

3.2 地下水位年內(nèi)變化特征

由圖4分析得出，縣區(qū)內(nèi)地下水位年內(nèi)呈季節(jié)性波動(dòng)，水位最高值出現(xiàn)在每年的3月份，水位最低出現(xiàn)在7月份。水位曲線有兩個(gè)陡坎，表明水位有兩次驟降過(guò)程，分別出現(xiàn)在每年的3月下旬和6月下旬。經(jīng)調(diào)查分析，水位驟降過(guò)程應(yīng)該是春季和夏季的集中澆地所致。7月下旬隨著集中灌溉的結(jié)束，用水量在秋冬季逐漸明顯減少，導(dǎo)致地下水位持續(xù)上升，直到第二年3月份下一次春澆，地下水位再次驟降。隨后水位有所上升，6月下旬再驟降，隨后再回升，周而復(fù)始。

圖4 西加斗ATW01083監(jiān)測(cè)井水位曲線圖

4 巖溶水動(dòng)態(tài)變化影響因素分析

4.1 大氣降水對(duì)泉流量的影響

大氣降水是泉域地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，其入滲途徑不僅包括碳酸鹽巖裸露區(qū)，同時(shí)也包括松散層分布區(qū)。地下水接受大氣降水補(bǔ)給后，由北部山區(qū)沿北西、北東向構(gòu)造節(jié)理向壺流河河谷運(yùn)移，并儲(chǔ)存于盆地下部的碳酸鹽巖裂隙含水層和沖洪積孔隙含水層中。在地下水徑流過(guò)程中，遇地勢(shì)低洼地帶或基巖切割帶，尤其是含水層天窗地帶，則以泉水的形式排泄。如水神堂泉即為典型的通過(guò)石灰?guī)r孤峰天窗的溢流泉。

水神堂泉泉水流量從上世紀(jì)60年代至今總體呈下降趨勢(shì)。上世紀(jì)1961-1990年，平均流量達(dá) 0.758 m3/s；1991-2000年，平均流量0.439 m3/s；2001-2010年，平均流量0.339 m3/s；2011-2015年，平均流量0.157 m3/s。在2014年7月，水神堂泉出現(xiàn)干涸現(xiàn)象，整個(gè)水池全部干涸，干涸狀況持續(xù)到2015年。2015年當(dāng)年泉水平均流量0.085 m3/s，有7個(gè)月泉水?dāng)嗔?。?jīng)廣靈縣水務(wù)局及相關(guān)部門(mén)全力補(bǔ)救，將泉口附近第四系水井全部關(guān)停后，泉水才又重新出露。2015-2019年，泉水平均流量0.105 m3/s。 歷史年份泉水流量變化情況見(jiàn)圖5。

圖5 歷史年份泉水流量變化情況

通過(guò)表2對(duì)比分析相應(yīng)年段系列泉流量發(fā)現(xiàn)，泉流量減小與降水量減少基本一致。通過(guò)1991-2000年系列與1961-1990年系列進(jìn)行對(duì)比，1991-2000年系列較1961-1990年系列多年平均降水量減小5.7%，與之相應(yīng)的系列年平均泉流量減少42%。通過(guò)2001-2010年系列與1961-1990年系列進(jìn)行對(duì)比，2001-2010年系列較1961-1990年系列多年平均降水量減小14.7%，與之相應(yīng)的系列年平均泉流量減少55.2%。通過(guò)2011-2015年系列與1961-1990年系列進(jìn)行對(duì)比，2011-2015年系列較1961-1990年系列多年平均降水量減小10.8%，與之相應(yīng)的系列年平均泉流量減少33%。降水量的減少是泉流量衰減的主要原因之一。

表2 水神堂泉泉域分時(shí)段降雨量與泉流量統(tǒng)計(jì)表

大氣降水具有一定的周期性和隨機(jī)性，泉水出露作為泉域地下水系統(tǒng)的排泄方式之一，其流量動(dòng)態(tài)變化與大氣降水在時(shí)間上存在一定程度的滯后性，但與其變化趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)，見(jiàn)圖6。

圖6 降雨量變化與泉水流量變化關(guān)系圖

4.2 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)泉流量的影響

經(jīng)調(diào)查表明，廣靈地區(qū)主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，且一年有兩次集中澆地，分別在春天和夏天。根據(jù)泉域水資源開(kāi)發(fā)利用調(diào)查分析，農(nóng)業(yè)灌溉取用地下水量占取水總量的70%以上，并且灌溉用水具有季節(jié)性和用水量集中的特點(diǎn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)業(yè)灌溉主要集中在兩個(gè)時(shí)段，一是3月下旬至4月下旬(春灌)，二是7、8月份作物生長(zhǎng)期灌溉。從泉水逐月流量變化分析，泉流量從3月份春灌開(kāi)始減少，在7、8月份之間出現(xiàn)一個(gè)低谷，一直持續(xù)到9月份以后泉流量逐漸回升，在次年1、2月份泉水流量達(dá)到峰值。這一流量過(guò)程也表明泉流量變化的另一個(gè)主要原因是由于地下水的開(kāi)采所致。水神堂泉流量隨灌溉季節(jié)變化圖見(jiàn)圖7。

圖7 水神堂泉流量隨灌溉季節(jié)變化圖

雖然說(shuō)降雨量的減少是泉流量衰減的主要原因之一，但由表2也可以看出，2015年以后泉域降雨量有所回升，但泉年平均流量仍處于衰減趨勢(shì)。如2015-2019年系列對(duì)比2011-2015年系列，2015-2019年平均降雨量較后者增加4.3%，而泉流量卻減少33%。泉水流量隨降雨量變化趨勢(shì)的拐點(diǎn)發(fā)生在2000年以后，人們生產(chǎn)、生活對(duì)地下水的開(kāi)采規(guī)模增大，雖然降水量有增大趨勢(shì)，但泉流量依然逐年減少。2014、2015年水神堂泉水部分月份干枯，說(shuō)明泉流量變化與地下水開(kāi)采有關(guān)，即人類(lèi)活動(dòng)一定程度上加速了泉流量的衰減。見(jiàn)圖8。

圖8 水神堂降雨量與泉水流量動(dòng)態(tài)比較圖

5 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)水神堂泉?dú)v史流量、水位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，歸納總結(jié)出水神堂泉泉水流量的變化趨勢(shì)、水位的升降動(dòng)態(tài)，并對(duì)泉水動(dòng)態(tài)變化的影響因素進(jìn)行合理性分析，為實(shí)施泉域水資源保護(hù)、水生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)支撐，對(duì)保證泉域水資源的可持續(xù)利用、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。