尤龍鳳

(太原市水資源管理保護(hù)中心，山西 太原 030002)

地下水是太原市的主要供水水源之一，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，在大規(guī)模開采地下水和煤礦開采對水資源破壞的雙重作用下，太原市部分地區(qū)地下水嚴(yán)重超采，引發(fā)了區(qū)域地下水水位下降、巖溶泉水?dāng)嗔?蘭村泉1986年斷流、晉祠泉1994年斷流)、地下水水質(zhì)惡化等一系列水生態(tài)環(huán)境問題[1]。

晉祠泉域作為太原市的第二巖溶大泉，其巖溶地下水資源是太原市居民生活用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的主要供水水源，對太原市的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有極其重要作用。隨著泉域巖溶地下水資源的大量開發(fā)利用，加之泉域內(nèi)煤礦大規(guī)模開采引起的采煤排水量的持續(xù)增大等原因，泉域內(nèi)地下水水位不斷下降，導(dǎo)致泉水出現(xiàn)斷流。為保護(hù)和修復(fù)晉祠泉域生態(tài)系統(tǒng)，山西省委省政府先后采取了汾河清水復(fù)流、晉祠泉復(fù)流工程、煤礦兼并重組、地下水關(guān)井壓采等一系列措施[2]，遏制了泉域水生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化的趨勢。2008年晉祠泉地下水位首次出現(xiàn)回升，到2018年底恢復(fù)至距泉口1.61m，但近兩年又出現(xiàn)水位下降的情況，晉祠泉遲遲未復(fù)流。本文研究確定晉祠泉域地下水水位控制指標(biāo)及其生態(tài)修復(fù)措施，旨在為進(jìn)一步加強太原市晉祠泉域的地下水管理，防治泉域地下水繼續(xù)超采和污染，改善泉域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，實現(xiàn)泉水恢復(fù)出流。

1 晉祠泉域概況及主要生態(tài)環(huán)境問題

1.1 泉域概況

晉祠泉是山西19個巖溶大泉之一，具有重要的歷史文化傳承，泉水出露于太原西山懸甕山下，由難老泉、圣母泉、善利泉組成，出露高程802.59～805m。泉域總面積2030km2，行政區(qū)劃以太原市的古交市、清徐縣、晉源區(qū)、萬柏林區(qū)所轄范圍為主，局部涉及尖草坪區(qū)、婁煩縣和交城、靜樂等縣(區(qū))。

根據(jù)《山西省第二次水資源調(diào)查評價》成果，晉祠泉域1956—2000年系列多年平均巖溶水資源量為7570萬m3/a(2.40m3/s)，可開采資源量為1956萬m3/a(0.62m3/s)。20世紀(jì)70年代以來，由于泉域巖溶地下水超采及煤炭開采對巖溶水系統(tǒng)的破壞等原因，導(dǎo)致泉水于1994年斷流。

1.2 晉祠泉巖溶泉水流量及水位動態(tài)

1.2.1巖溶泉水流量

20世紀(jì)50年代，晉祠泉實測平均流量1.94m3/s且較為穩(wěn)定，屬穩(wěn)定型泉水。自20世紀(jì)60年代以來，特別是80年代后期泉水流量逐年減少，由60年代年均1.69m3/s，下降至70年代的1.13m3/s，再由80年代年的0.46m3/s，降至90年代初的0.15m3/s，于1994年4月30日泉水?dāng)嗔鳌?/p>

晉祠泉的流量變化經(jīng)歷了兩個特征不同的時期。第一個時期為1954—1960年，該時期的泉流量變化比較平穩(wěn)；第二個時期為1961—1994年，該時期的泉流量迅速衰減，直到斷流，如圖1所示。

1.2.2巖溶地下水位動態(tài)

晉祠泉自1994年4月斷流至2008年，泉口地下水水位持續(xù)急劇下降，泉口水位埋深在2008年達(dá)到最低的27.76m。為改善晉祠泉域生態(tài)環(huán)境，山西省有關(guān)部門積極采取了多種有效的治理措施。先后實施了煤礦兼并重組、汾河清水復(fù)流工程、晉祠泉復(fù)流工程和泉域地下水超采區(qū)綜合治理等[2- 3]。自2008年后，晉祠泉域巖溶地下水位開始止降回升，至2011年斷流10年的清徐縣平泉村“不老泉”(屬于晉祠泉域)復(fù)流，2013年底晉祠泉水位回升至高程793.56m，距泉口9.03m。到2018年底恢復(fù)至距泉口1.61m。泉口地下水水位動態(tài)變化如圖1所示。

圖1 晉祠泉流量與泉口水位變化曲線圖

1.3 泉域現(xiàn)狀存在的主要生態(tài)環(huán)境問題

1.3.1人工巖溶水井大量開采泉域巖溶地下水

人工開采巖溶地下水是晉祠泉開發(fā)利用的主要方式，在1971—1994年間，巖溶水的直接開采已經(jīng)成為控制晉祠泉流量變化的最重要的因素，甚至可以說是晉祠泉斷流的決定性因素。截止2019年，泉域仍有巖溶水井180眼，巖溶地下水開采量達(dá)3252.3萬m3，占泉域水資源量的43%，開采系數(shù)為1.66，屬于嚴(yán)重超采。

1.3.2清徐邊山自流井排泄晉祠泉巖溶水

晉祠泉與平泉是區(qū)域上同一個巖溶水系統(tǒng)的不同排泄點，其泉口水位及泉流量變化受控于整個巖溶水系統(tǒng)補給與開采排泄變化影響。從水位動態(tài)、水化學(xué)-同位素特征等分析，晉祠泉補給平泉，平泉不老池巖溶水中晉祠泉補給量占73%[4]。2019年清徐縣西邊山有平泉等自流井12處，年徑流量903.6萬m3，大量襲奪晉祠泉流量，影響了晉祠泉復(fù)流。

1.3.3煤礦開采對晉祠泉巖溶水影響嚴(yán)重

晉祠泉域內(nèi)現(xiàn)有9座帶壓開采煤礦，其對泉域巖溶水的年影響量達(dá)1009.5萬m3，占泉域水資源量的13.3%。煤礦排水量與泉流量之間相關(guān)性分析表明，煤礦排水量與泉流量之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，隨著煤礦排水量的增大，泉流量逐漸減少[5]。

2 泉域地下水水位控制指標(biāo)

晉祠泉域自開展生態(tài)修復(fù)工作以來，水位得到了明顯回升，泉口水位自2008年到2018年累計回升26.15m。但是2019年和2020年兩年晉祠泉水位出現(xiàn)了下降、回升趨緩的現(xiàn)象。2019年較2018年下降了1.75m，水位埋深距泉口3.36m，2020年水位埋深距泉口3.29m。究其原因主要是泉域巖溶地下水仍處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，加之部分生態(tài)修復(fù)措施沒有落實到位。當(dāng)前的晉祠泉生態(tài)修復(fù)工作已進(jìn)入攻堅階段，需要持續(xù)加大修復(fù)工作力度。因此，確定晉祠泉域地下水水位控制指標(biāo)，在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究制定其生態(tài)修復(fù)措施是非常必要的。

根據(jù)山西省有關(guān)規(guī)劃和部署，晉祠泉域生態(tài)修復(fù)目標(biāo)為2025年實現(xiàn)泉水復(fù)流，因此確定2025年晉祠泉泉口地下水水位控制指標(biāo)為802.59m。

3 泉域生態(tài)修復(fù)措施研究

為實現(xiàn)2025年水位控制目標(biāo)，恢復(fù)晉祠泉水出流，需在晉祠泉域開展以下保護(hù)和生態(tài)修復(fù)措施，以此涵養(yǎng)泉域地下水，恢復(fù)地下水水位。

3.1 配套建設(shè)替代水源工程，進(jìn)行地下水超采治理[6]

配套建設(shè)替代水源工程，實施泉域巖溶水關(guān)井壓采，壓減巖溶地下水開采量，進(jìn)行晉祠泉域地下水超采治理。利用太原市呼延水廠引黃水、規(guī)劃建設(shè)的太原市西山地表水廠供水工程及太原東西山調(diào)水工程引黃水作為替代水源，關(guān)閉萬柏林區(qū)內(nèi)部分巖溶水井；利用汾河一壩西干渠地表水作為替代水源，置換晉源區(qū)邊山農(nóng)業(yè)灌溉巖溶地下水，關(guān)閉晉源區(qū)內(nèi)部分巖溶水井；利用汾河灌區(qū)灌溉水作為替代水源，置換清徐縣平泉自流井農(nóng)業(yè)灌溉用水，對平泉自流井群進(jìn)行封堵再治理，壓減巖溶地下水外排量。

3.2 實施生態(tài)補水工程

3.2.1汾河二庫蓄水位高位運行措施

繼續(xù)實施已有汾河水庫、汾河二庫與萬家寨引黃南干線供水聯(lián)合調(diào)度方案，完善汾河二庫大壩相關(guān)配套工程，將水庫現(xiàn)狀水位提升至設(shè)計正常蓄水位運行，增加汾河二庫庫區(qū)浸潤面積，加大庫區(qū)滲漏量。

3.2.2羅家曲至龍尾頭生態(tài)補水工程

在羅家曲村至龍尾頭村強滲漏段河道范圍內(nèi)規(guī)劃建設(shè)攔河壩及附屬工程設(shè)施，形成一定的水面面積，增加地表水下滲量。

3.3 實施礦山禁采限采工程

3.3.1煤礦禁采工程

對位于晉祠泉域巖溶水徑流—排泄區(qū)，存在帶壓開采問題，采煤排水量大，對晉祠泉匯流、出流產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，直接影響晉祠泉復(fù)流的煤礦進(jìn)行關(guān)閉。

3.3.2煤礦保水限排工程

對晉祠泉域內(nèi)的帶壓開采煤礦實施采煤保水限排，通過修復(fù)斷層、加固底板等措施，保護(hù)巖溶水不受煤礦開采影響。

3.4 巖溶泉監(jiān)測工程

建設(shè)采煤排水自動監(jiān)控系統(tǒng)，對晉祠泉域內(nèi)的煤礦安裝自動監(jiān)控設(shè)施，實時監(jiān)測煤礦采煤排水及其回用情況。對泉域內(nèi)的帶壓開采煤礦，建設(shè)巖溶水水位監(jiān)測設(shè)備，配套建設(shè)遠(yuǎn)程巖溶水水位自動監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測煤礦巖溶水位動態(tài)變化[7]。同時，完善泉域水位、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，為了科學(xué)規(guī)劃、合理保護(hù)晉祠泉域提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

3.5 泉域水質(zhì)污染綜合治理

對泉域內(nèi)的“老窯水”污染問題采取“源頭防治+末端治理”的方法，針對不同問題類型，采取相應(yīng)治理措施[8]；在泉域滲漏段對現(xiàn)有污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，確保入河水質(zhì)經(jīng)處理達(dá)到地表水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)要求后排放；完善污水收集管網(wǎng)，提高廢污水處理回用率；開展入河排污口整治和農(nóng)村面源污染治理工程等。

3.6 綜合分析

(1)晉祠泉生態(tài)修復(fù)是一項重大的系統(tǒng)工程，涉及部門較多。為了確保其生態(tài)修復(fù)各項工作的順利完成，促進(jìn)泉水早日恢復(fù)出流，應(yīng)構(gòu)建“政府主導(dǎo)、多部門聯(lián)動”的高效管理體制，加強泉域生態(tài)修復(fù)工作的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，把晉祠泉生態(tài)修復(fù)措施變成行之有效的行動和管理依據(jù)。

(2)從玉門河南峪村—杜兒坪煤礦東側(cè)—官地礦與白家莊礦交界處—龍山—明仙村東—晉祠泉是晉祠泉域巖溶地下水強徑流帶，該強徑流帶匯集了來自北部汾河二庫滲漏補給及西北古交方向的補給水源，是對晉祠泉水流量影響最敏感的地區(qū)[9- 10]，關(guān)閉萬柏林區(qū)白家莊煤礦等巖溶水井對晉祠泉水復(fù)流具有顯著效應(yīng)。應(yīng)加快實施太原東西山調(diào)水工程及配套凈水廠、管網(wǎng)、附屬設(shè)施等替代水源工程的建設(shè)，確保2025年晉祠復(fù)流目標(biāo)實現(xiàn)。

(3)實施“五水綜改”方案，建立稅價、水價聯(lián)動機(jī)制，促進(jìn)引黃水的利用，減少地下水的開采。

4 結(jié)語

晉祠泉是北方有名的巖溶大泉之一，由于過度開發(fā)利用，泉水于1994年斷流。本文對泉域現(xiàn)狀存在的生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行分析，按照以保護(hù)為主、自然修復(fù)和工程措施并重，以地下水超采治理、生態(tài)補源和煤礦整治為重點，提出泉域生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的目標(biāo)及主要措施。各項修復(fù)措施的落實對推進(jìn)晉祠泉復(fù)流工作可起到積極的推動作用，同時也為山西省蘭村、古堆、洪山等千古名泉的復(fù)流乃至北方類似斷流巖溶大泉復(fù)流和生態(tài)修復(fù)提供參考和借鑒。但是，泉域地下水的生態(tài)修復(fù)治理是一個復(fù)雜的過程，研究制定其保護(hù)和修復(fù)措施應(yīng)著重考慮各項措施的系統(tǒng)聯(lián)動性和實施的可行性。