浅谈河北地下水资源开采情况及引发的灾害

李发菊,阳建新,张秀丽

(华北有色工程勘察院有限公司,河北 石家庄 050021)

浅谈河北地下水资源开采情况及引发的灾害

李发菊,阳建新,张秀丽

(华北有色工程勘察院有限公司,河北 石家庄 050021)

河北省是我国水资源供需矛盾最突出的省份之一,由于长期超量开采地下水,造成了诸如地下水位下降、地面沉降及地裂缝、岩溶塌陷、海水入侵、水质污染等一系列环境地质问题。根据河北地下水资源现状以及超采地下水引发的主要地质灾害分析,对进一步开发将引发更加严重的地质环境问题进行了预测,并对地下水资源可持续开发利用的措施进行了探讨建议。

水资源;地下水;地面沉降;地质灾害

0 前言

河北省总面积 18.77万 km2,总人口 67000万,现有 11个省辖市,23个县级市,108个县,6个自治区,35个市辖区,地下水资源在河北省水资源中占有举足轻重的地位,在全国算的上是地下水开发利用程度最高的省份,河北省处于水资源短缺的华北地区,随着社会经济的发展,特别是 20世纪 80年代以来本省和上游邻省对地下水水资源开发利用程度越来越高,达到了超常规开发的地步,造成自产地表水资源量明显减少,入境、出境水量衰竭,入海水量锐减。目前社会经济的发展主要靠掠夺性开采深层地下水。由于连年的超量开采地下水,已导致河北多处地层下降,形成以各个辖市为中心的多个“漏斗”群。

1 地下水资源开发利用现状

河北省平原区浅层地下水水位总体稳定,深层地下水呈下降趋势;冀西北山间盆地地下水水位基本稳定,滦河流域山间盆地地下水水位呈现下降趋势;燕山地区岩溶地下水水位基本稳定,太行山区呈现下降趋势;坝上高原潜水水位较稳定。河北省地下水天然补给资源总量为 170.26亿 m3,其中地下水可开采资源量为 119.86亿 m3,石家庄和保定较为丰富,分别为 24.86亿 m3和 22.94亿 m3,之后依次是邯郸、唐山、邢台、张家口、廊坊、秦皇岛、沧州、衡水,承德地下水可开采资源量最小,为 1.25亿 m3。省会石家庄市人均水资源量 244m3,是全国乃至全世界缺水最严重的地区之一。由于地理位置所限,石家庄市是以地下水供水为主的城市。长期以来,市区 90%的用水依赖地下水。石家庄地下水的合理开采量(非农业)每年为 1.4亿 ～1.5亿 m3。近年来,地下水年平均开采量为 28.53亿 m3,而多年平均地下水可开采资源量为 16.31亿 m3,平均每年超采 10多亿 m3。

2 地下水超采引发的地质灾害问题

在现代化进程中由于人们的环境意识,可持续发展意识远远落后于经济发展意识,所以无节制的盲目过量开采地下水,使地下水位持续下降,引发了一系列严重的生态环境恶化与环境地质灾害,目前河北省表现较为突出的主要有以下几点。

2.1 地下水水位下降,形成降落漏斗,导致地面沉降

河北省可供水量持续减少,水资源供需比仅为 0.67,缺水 51.28亿 m3、为了满足各地对水资源的需求,河北省大量开采地下水,地下水位呈持续下降态势。目前,河北省平原区浅层地下水距地表已达 15.7 m,个别地点埋深已达 50多米,地下水蓄存量逐年减少。其中以唐山市缺水 10.77亿m3为最多,省会石家庄缺水居第二位。浅层地下水正以每年1m的速度下降、地下水超采面积已达 5万多 km2,已经形 21个地下水漏斗成罕见区的“地下漏斗群”,其中沧州漏斗和冀枣衡这两个深层地下水漏斗为最,严重程度世界罕见。河北东部平原已成为全世界超采地下水最严重、地下水位降落漏斗面积和地面沉降面积最大的地区;沧州沉降区每年的沉降量高达 83.8mm。河北省有 100多座城市和一些井灌区地下水水位持续下降。在河北沧州超采地下水引起的地面沉降导致的灾害最为突出,地面沉降导致建筑、道路和地下管线的破坏,造成严重的经济损失。沧州深层地下水漏斗区的最大水位埋深超过 100m。

表1 河北主要城市地下水位下降漏斗

2.2 开发地下水引发的地面塌陷,地裂缝灾害

目前河北省平原的地裂缝活动现在仍处于活跃期,多处发现了岩溶塌陷灾害。目前,由于深层地下水超采,河北平原地区已发现地裂缝 482条,最长的达 8 km,最深10m,影响到近 7个地区的近 70个县市。秦皇岛市地面塌陷面积达 34万 km2,较易引起岩溶地面塌陷和地裂缝,河北平原地裂缝规律性分布于太行山和燕山山前倾斜平原和中部低平原,规模大小不一,短的仅仅十余米,长的达到数千米,都具有较强的方向性,同时也具有明显的区域性、成带性和系统性特征。另据调查,沧州、邢台等城市相继出现地面塌陷、地裂缝。当地裂缝发生在有人类活动的地区时,便可成为一种地质灾害,各类地裂缝穿越民居、厂矿、农田,横切道路、水管及各种公共设施,致使建筑物破损、农田毁坏、道路变形、管道破裂、影响人民生活、厂矿生产和安全。

图1 秦皇岛岩溶地面塌陷坑

图2 秦皇岛岩溶地面塌陷坑及地裂缝

图3 河北安平地裂缝

图4 河北柏乡地裂缝

2.3 自然景观、生态环境遭到破坏

由于对地下水量的超采,对自然景观、植被与树木的影响,超量开采地下水,使地下水位大幅度下降,使井泉、河流干涸,土壤水分大量漏失,严重影响地面植被与树木的正常生长,破坏了美好的自然景观。由于超采地下水,地下水位下降,加速了河水的下渗与河流的干涸,不仅使地表草被植物枯干致死,而且使速生喜水的树木如杨树、柳树等生长困难、幼树不勤浇水则不易成活,因而加速了土地沙化。

2.4 超采引发地下水环境的污染

由于对地下水资源超采,地下水水井出水量减少,水质恶化,使深层地下水位持续下降,必然激发浅层一些受工业污染的废水、生活污水(如含磷洗衣粉污水),尤其是医用废水、动物排泄物以及含化肥农业灌溉水等向深层补给,河北省会石家庄市的污染源主要是工业污染源,其次为生活垃圾。地下水污染途径主要有两类:(1)间歇入渗污染,以市区工业和生活固体废弃物及郊区污灌农田的淋滤为主。其中,郊区灌溉始于 1956年,20世纪 70年代末南部郊区污灌逐渐减少,到 1981年全部停止,但污灌的长期影响依然存在。(2)连续入渗污染。以废水产生排放过程中的连续入渗污染为主。工厂污水跑冒漏现象形成一些局部污染源,通过包气带渗透污染含水层,城区废污水绝大部分被排入无防渗设施的明渠泻洪渠,在输送过程中沿途渗漏污染地下水。污染源中的污染物一般在液体介质的作用下经包气带进入地下水。(3)海水入侵,污染地下淡水层;由于持续超量开采地下水且井群集中,不仅造成了地下水位的下降,也使地下水流场发生了巨大变化。河北省沿海城市的区域地下水水位大幅下降,导致海水入侵地下水。海水入侵后,淡水受到不同程度的污染,使淡水水质变咸,破坏了咸淡水天然平衡状态,进一步削弱了原来短缺的淡水资源,还造成土地次生盐碱化,甚至沦为不毛之地。秦皇岛市海水倒灌已有 55 km2,许多工业冷却设备被大量腐蚀。

3 地下水资源进一步开发将引发更加严重的地质环境问题

河北省地下水年开采量将维持在 170亿 m3左右,需求量则要 280亿 m3,缺水量为 110亿 m3。维持目前的地下水开采水平,开采量不再增加,供水区的深、浅层水位仍会继续下降,已无多少地下水层可以再开采。

在中西部的山区和平原地区,2010年以前,石家庄市区、邢台市区和永年、磁县等地的地下水将被疏干,无地下水可用,面积将达 1 863 km2。可预测 2020年以前,邯郸市区也将成为地下无水区。到 2030年,河北将有大面积的地下水被疏干,只好开采深度在百米以下的第三含水区,由于该区富水性差,地下水位下降速度将明显加快。

而东部地下水的继续开采,将会造成不可挽回的损失,一是海水入侵造成含水层的永久性破坏,使子孙后代彻底失去宝贵的后备水源;二是地面沉降迅速发展,危害加重。可预测,到 2030年,沉降量大于 700 mm的面积将达 28 836 km2,接近平原区总面积的二分之一,造成极为严重环境地质灾害。

推测,到 2030年,河北省地面累计沉降量大于 700mm的面积将达到 28 000 km2。沧州、任丘两个沉降区将连成一体。沧州沉降中心累计沉降量将达到 5 000多毫米,沉降速率将达到每年 96.2mm。

4 地下水资源可持续开发利用的措施

河北省水资源缺乏,在工农业和城市又需要大量水资源,因过量开采已经造成了众多的地质灾害,在这现实矛盾的情况下,为了可以持续利用地下水作为社会经济发展的支撑,应采取以下几个方面的措施:

4.1 控制地下水超采和推广节水农业双管齐下

在节水农业的推广方面,河北省各级政府、科研教学单位、有关社会团体都曾做了大量的工作,但是从地下水超采的情况看,没有看出缓解的迹象。根本的问题是该区地下水资源管理的不够明确。因此,要解决节水农业的普及与推广问题还需从建立地下水管理制度和立法着手,把这两者结合起来,双管齐下方能见到实效。

4.2 建立和完善超采区地下水动态监测

按流域,地域连续观测和分析典型地下水水位、水质的变动实态,为地下水的开发利用和保护提供科学的决策依据。

4.3 划定地下水超采区,严格地下水超采区取水许可管理

水行政主管部门应会同有关部门划定地下水超采区。对严重超采地区,应划定地下水禁止开采区或限制开采区。

禁止开采区内应严格禁止建设项目取用地下水;已建地下水取水工程应结合地表水等替代水源工程建设,按照治理目标限期封闭。限制开采区内新建、改建、扩建的建设项目,要按照《建设项目水资源论证管理办法》,进行严格的水资源论证,避免高耗水建设项目取用地下水;限制开采区内已有的地下水取水工程,要根据水源替代工程建设情况、水资源条件、节水潜力,逐步削减取水量。

4.4 启动地下水保护行动计划

根据地下水超采区治理规划确定的治理目标,水行政主管部门要先行选择部分地下水严重超采地区或地下水超采严重的城市,开展地下水保护行动试点。通过节水、治污,增加污水处理回用量,合理开发利用地表水,充分利用雨洪资源,适当采取跨流域调水等措施,实行地表水、地下水统一调度,逐年压缩和调整地下水开采量。对地下水饮用水源地和主要供水水源地要建立水源保护区,防止水源枯竭和水体污染。对城市深层地下水超采区应提出积极的回灌措施。

4.5 搞好地下水科研工作

要加强有关地下水的形成、运动等基础性问题的科学研究。保护和管理好地下水资源,采取天然补给和南水北调人工回灌等措施,补充地下水。

[1]马玉信.河北省地下水开发利用现状与潜力,地下水 1900年第一期

[2]邹继兴.河北省水资源开发引起的环境地质问题,中国地质灾害与防治学报 1992(3)

[3]王保民.河北省地质灾害调查与区划报告,2003(4)

X 45

B

1004-1184(2011)01-0036-03

2010-10-12

国土资源大调查项目(NO.1212010611402)

李发菊(1977-),女,青海西宁人,助理工程师,主要从事水文地质、工程地质、勘察设计工作。