邢台市平原区地下水环境劣变机理及对策

李根东，韩廷印，李秀丽

(1．河北省水文水资源勘测局，河北 石家庄050031;2．河北省邢台水文水资源勘测局，河北 邢台054000)

邢台市地处河北省南部，东西长185km，南北宽80km，国土面积12456km2，占河北省总面积的7%。市内地势西高东低，西部为山丘区，东部为平原区。平原区面积占全市面积的72%，按照流域水系、地下水埋藏及水文地质条件将平原区分为划分为两个水资源分区，即子牙河平原区和黑龙港平原区，总面积8911km2，其中，子牙河平原区3977km2，黑龙港平原区4934km2。

研究区属于暖温带大陆型季风气候区，四季分明，春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季旱涝不均、冬季寒冷少雪。多年平均气温 12．9℃，多年平均降水量(1956～2009年)471．3mm。降水在年内分配不均、年际变化悬殊，汛期降水量占年降水量的80%左右，丰枯比为4．63，最大年降水量973．6mm(广宗站1973年)，最小年降水量为 210．2mm(广宗站1992年)。区内多年平均蒸发量1100～1300mm。区内水系发育，大小河流有21条，都属于季节性泄洪河道，主要用于引水、排涝、泄洪。近几十年，由于水资源开发利用加大，上游水库蓄水拦截等因素，使平原区河道几乎全年干涸，部分河道仅在大水年的汛期才有少量洪水径流，全区多年平均径流量0．92亿 m3。

1 地下水劣变机理及特征

1.1 地下水水位持续下降

从20世纪70年代起，邢台市平原区开始大规模开发利用地下水，经过近40年的开采导致平原区地下水与20世纪60年代相比，发生了显著变化。2009年与1969年相比，区域内浅层地下水水位普遍下降，黑龙港平原平均水位降幅为11．2m，子牙河平原平均水位降幅为30．2m。深层地下水在20世纪70年代之后也发生水位大幅度下降，平均降幅为53．5m。平原区1960～1969年浅层水平均埋深为3．09m，1970～1979年浅层水平均埋深为4．68m，1980～1989年浅层水平均埋深为9．31m，1990～1999年浅层水平均埋深为16．14m，2000～2009年浅层水平均埋深为 21．93m。多年水位动态，呈波状逐年下降趋势，见图1。相对1975年，浅层地下水埋深大于10m的面积，由782．9km2增至 8487．2 km2;深层地下水埋深大于10m的面积，由211．6km2增加到8911km2，其中，大于40m的面积达到5940．7km2。面积随时间变化状况见图2。

图1 邢台市平原区地下水埋深—时间关系图

图2 浅层地下水埋深大于10m的面积—时间关系图

1.2 含水层疏干空间持续扩大

邢台市平原区地下水水位降落漏斗是随着地下水的开采而产生和发展的。在地下水开采初期(上世纪70年代以前)，地下水排泄量小于地下水有效补给量，基本处于动态平衡状态;上世纪70年代至今，由于用水量大幅增加，平原区普遍出现了超采问题，使区域地下水排泄量超过了区域地下水补给量，形成了以柏乡为中心的宁-柏-隆浅层地下水位降落漏斗和以南宫市为中心的南-巨-威深层地下水位降落漏斗。漏斗区地下水埋深不断增加，含水层被疏干空间持续扩大。截止到2009年年底，宁柏隆浅层地下水漏斗区面积发展到 2470km2，漏斗中水位埋深为 63．82m(水位-24．32m)，下降速率达 1．28m/a;南(宫)巨(鹿)威(县)深层地下水漏斗区面积为4410km2，漏斗区中心水位埋深达 85．28m(水位 -57．29m)，下降速率达 2．08m/a。

表1 地下水降落漏斗统计一览表

目前，邢台市平原区浅层水总超采面积5489km2，占平原区总面积的61．6%，其中超采面积5061km2，超采区主要分布于邢台市市区全部、沙河东部、南和全部、任县西部、柏乡大部、临西东南部、宁晋大部、内丘东部、隆尧中南部、巨鹿中西部、平乡大部、清河西部;严重超采区分布于邢台市宁晋西南部、柏乡东部、隆尧北部、临西县童村乡，面积428km2，占总超采的7．8%。深层地下水超采总面积5495km2，其中，超采区面积1330km2，占总超采面积的24．2%，主要分布于宁晋东部、平乡西部、隆尧东部、威县南部、任县东部、广宗中部、临西西部、新河西部;严重超采区面积4165km2，占总超采面积的75．8%，主要分布于宁晋东南部、新河东部、隆尧东北部、南宫全部、巨鹿全部、平乡东北部、广宗北部、临西东北部、清河全部、威县大部，形成了河北中南部平原区深浅层地下水复合漏斗区。

1.3 地下水流场发生变化

邢台市平原区地下水开采引发了地下水流场变化:20世纪60年代以前，开采初期的浅层地下水流场，地下水补径排过程强烈，流向是从太行山前汇流向东部平原地区;20世纪60年代至80年代初期，主要受农田打井影响，地下水水位普遍下降，局部出现季节性漏斗但不明显，地下水流场的汇流方向没有改变;20世纪80年代中期至21世纪初期，在受农业开采影响的基础上加上受城镇和工业发展的影响，地下水水位大幅度下降，区域性地下水降落漏斗成为最主要的特征并引起地下水流场变异，地下水汇流方向主要是流向漏斗中心。以不同年代地下水水位(埋深)数据进行分析可知，在地下水未被大量开采的情况下，子牙河平原浅层地下水(第一、第二含水层组)，黑龙港平原咸水体较薄的第一、第二含水层组的多年水位动态变化基本上与降水过程有同步变化趋势，属于降水入渗补给——蒸发径流排泄型;在地下水被大量开采情况下，子牙河平原与黑龙港平原浅层地下水属于降水入渗——径流开采型;第三、第四含水组动态类型属于径流越流补给——开采型。

1.4 地质环境危害效应加剧

1．4．1 地面沉降

地下水的超采，在导致平原区部分区域含水层接近疏干的同时，还引发了一系列的地质灾害。地下水含水层被疏干，特别是深层水的疏干，必然导致相关的粘性夹层塑性形变，造成地面沉降。区域性地面沉降包括地裂缝和地面塌陷。地面沉降的分布与地下水位降落漏斗范围相同，地下水位下降漏斗发展越迅速，漏斗面积越大，则该区域地面沉降越显著。根据研究区观测资料分析，以南宫为中心的地面沉降带，与深层地下水水位降落漏斗中心一致，地面沉降涉及的县市有南宫市、新河县、广宗县、威县、清河县、临西县等6个县市，总面积3778km2。截止至2009年底，南宫市地面累计沉降量大于0．9m，深层水开采区地面平均沉降0．32m。

在深层水超采区产生地面沉降的同时，平原区浅层地下水的超采，亦引发了一系列地质环境问题，如2006年6月30日和8月31日柏乡及隆尧两县分别出现了长约8km和长约2．5km的地裂缝，使附近的地面建筑物受到不同程度的破坏。

1．4．2 咸水入侵

近几十年来，随着河流干涸化的不断发展和淡水利用量的不断增加，地下水位急剧下降，在有咸水分布区导致了淡水水头低于附近咸水水头，从而引起咸水入侵，随着咸水体不断浸染淡水体，使淡水分布面积明显缩小，咸水面积不断扩大。据统计，邢台市有咸水分布区1984年浅层淡水分布面积为 6265km2，1997 年减少到 4984．1km2，年均缩减98．5km2;相应地咸水分布面积则由1984年的2646km2，增加到1997年的3926．9km2，平均每年有98．5km2的淡水为咸水浸染。咸水入侵是一个不可逆的过程，一旦入侵，就很难恢复原来的地下水质。

1．4．3 咸水界面下移

在邢台市咸水分布区，深层地下水的长期超采，改变了深层地下水水流的补给、排泄的自然状态。原始状态下的深层承压水的补给区、径流区、排泄区消失，地下水水流从补、径、排的循环型承压水流变为开采条件下的下渗、消耗型承压水流。在上世纪70年代深层地下水开采初期，开采量较小，深层水头和浅层水头基本接近，深层水水流的流场的补给区、径流区、排泄区基本保持自然状态。机井开采量基本以截取水平径流、削减自然排泄为主。随着大规模开采地下水，原来地下水流的侧向径流不能满足开采需求，造成深层地下水位大规模持续下降，深层地下水与浅层地下水的水位差不断加大(深层水头低于浅层咸水水头几十米)，为上部咸水补给深层地下水提供了必要的动力条件，从而浅层地下水向深层地下水的越流量有逐年增多的趋势，使咸水底界面整体缓慢下移，经计算黑龙港咸水区每年咸水底界面下移量为0．84～1．06m。根据地下水观测资料分析，从1984年深层淡水与浅层咸水水头差明显增大，咸水界面按1984年开始计算，到2009年，黑龙港咸水区底界面下移量为12～16m。随着深层淡水开采量增大，浅层咸水位与深层淡水位逐渐增大，导致咸淡水界面下移，在南宫、威县、新河一带，下移界面超过机井对上层咸水封闭层的深度，使原来的淡水井变成咸水井，影响居民生活用水。如新河县苏章村1998年6月化验结果为:溶解性总固体870mg/L，氯化物为180mg/L;2002年10月对地下水化验结果为:溶解性总固体1200mg/L，氯化物为424mg/L，咸水界面下移对水质影响明显。

2 地下水环境劣变原因

2.1 入境水量减少

由于各河道上游对地表水资源的开发利用增加，地表水资源得到了充分的积蓄和利用，相应地影响到下游河道的输水、补给等功能。从年代平均入境水量统计看，20世纪50年代 30．97 亿 m3，60 年代 23．38 亿 m3，70 年代 13．70 亿 m3，衰减幅度分别为24．6%、55．8%;80年代入境水量急剧减少，由70年代的13．70亿 m3，减少到80年代的6．60亿 m3，衰减幅度达51．8%;90年代入境水量7．34亿 m3(包括引黄过境水量3．9亿 m3)，与80年代基本持平，2001～2009年平均入境水量为4．75亿 m3，全区入境水量呈明显衰减趋势，见图3。

图3

2.2 自产水量减少

由于下垫面等因素的改变，邢台市自产水量亦出现了明显的减少趋势。地表水资源量20世纪50年代平均为7．18亿 m3，60年代平均为8．24亿 m3，比 1956～2000年系列均值分别偏多32．4%和51．8%;70年代至90年代分别偏少13．3% 、40．7% 和 32．3% ，本世纪初偏少 43．1% ，见表 2。

表2 邢台市地表水资源量年代变化统计表

自产和入境水量的减少，使得邢台市平原区所有河道，除个别丰水年份的汛期外，几乎常年无水。沿河一带的地表水灌区已经没有地表水可以利用。一般年份河道断流天数均在300天以上，即使在大水年的1996年河道断流的最少天数也在230天以上。由于河道过水量减少，相对应地对浅层水补给量亦大幅减少。

2.3 地下水开采量持续增加

20世纪70年代以来，随着城镇的扩大和国民经济的快速发展，用水量越来越多，而地表水可利用量越来越少，人们不得不扩大对地下水的开采量。20世纪70年代以前，研究区内主要利用砖井获取浅层地下水，用于人畜饮用和菜地灌溉，开采量很小;70年代以后，浅层地下水开采机井数量剧增，地下水开采规模不断扩大。70年代未，机井数量达到6．69万眼，开采量12．998亿8m3/a，其中深层地下水开采量达到2．202亿m3/a。目前，邢台市浅层地下水开发利用率达到 138．8% 。

表3 邢台市平原区地下水开采量统计表

2.4 补给条件发生变化

邢台平原区地下水补给来源主要是大气降水和地表水体的入渗。由于上游来水减少和超量开采地下水，引起区域地下水水位下降、包气带厚度增加。大部分区域，地下水水位埋深已由20世纪60年代的2～4m下降至目前的20m以下，局部已经达到60多m，降水入渗补给系数显著减小，由原来的 0．30 ～0．40 下降到 0．20～0．30。

由于上述诸多因素使得地下水位持续下降，并引发了一系列环境地质问题。而生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济、社会发展的基础，因此，必须把地下水作为战略储备资源，对地下水开采与利用进行规划和限制。

3 措施与对策

3.1 加强节水管理，实行全面节水

实行全面节水，要以提高水资源的利用效率为核心。重点研究农业灌溉、工业和城镇生活的节水潜力和节水措施。农业方面:调整农业种植结构及灌溉制度，发展雨养农业，实行生态农业建设，重点支持旱作节水技术，大力开展农业节水工程建设，发展管道节水灌溉和渠道防渗，开展输水系统节水改造，加强蓄水、引水工程维修和配套设施建设以及田间工程节水改造，推广地膜棉滴灌农业项目，采用微灌、喷灌、小白龙灌和渗灌、膜上灌等节水灌溉技术。工业方面:通过建设生态工业示范园区节水示范工程，加强电力、钢铁、化工、煤炭、造纸、纺织印染等传统工业的技术改造，提高用水效率，降低单位工业产值的耗水量。限制高耗水工业项目建设，淘汰落后的生产工艺和流程，逐渐实现清洁生产。生活方面:开展公共节水改造工程，加强城市输水管网建设和改造，加快计量设施安装、普及节水器具，推广IC卡计量技术，提高农村生活计量率和城镇生活节水器具普及率。农业用水是邢台平原地下水劣变的主导因素之一。若到2012年末，节水灌溉面积率达到70%以上，农业方面节水潜力为2．75亿 m3，必将有效缓解地下水劣变态势。全区工业生产总用水量近3亿 m3，而且集中开采深层地下水作为供水水源。因此，调整工业开采强度布局，逐步关闭或兼并部分效益差、耗水多、污染重的企业，可有效缓解深层水超采引发的地质环境问题。

3.2 科学调度，优化水资源配置

优化水资源配置是水资源得以合理开发利用的关键。要加强地表水与地下水，浅层水与深层水，当地水与外来水，雨水和洪水、传统水源与非传统水源的优化配置和合理利用的研究，采取蓄、泄、滞、引、补综合措施，最大限度的利用各种水源;加强区域间的水量调配，实现区域间水供需的协调平衡;加强各行业、各部门间的水资源优化配置，按照水质类别和水功能的高低、用户对水质的要求及水产出效益的高低，分类供水、优质优用。在供水顺序上优先满足城乡人民生活用水和重要工业用水，统筹兼顾工业、农业、生态等用水，最大限度的发挥水资源的社会效益、经济效益、环境效益。

3.3 地表水与地下水联合调蓄

重视地表水与地下水联合调蓄的优势和功效，利用平原水库引用和蓄存黄河水以及“南水北调”引江水，解决地下水调蓄水源、地表水调蓄空间，逐步改善和修复地下水位漏斗区地质环境和地下水可持续利用能力。

3.4 加强本地劣质水资源化利用

邢台市平原区地下水有咸水分布区总面积3926．9km2，地下蕴藏着大量的咸水、微咸水资源，其中浅层咸水、微咸水储存资源量分别为0．89亿 m3和4．25亿 m3，具有较大的利用潜力。适当调整农业种植结构，加强咸水、微咸水的利用和咸淡水混灌，可缓解地下水劣变问题。同时，认真贯彻国家提出的“先节水后调水，先治污后通水，先环保后用水”方针，加大污水处理力度，使污水资源化。

4 结语

解决地下水问题，必须采取行政的、法律的、技术的和经济的手段，强化水资源统一管理，治污为本，节水优先，多渠道开源，调整经济结构、实行水资源总量控制和定额管理、控制开采地下水、控制地下水环境恶化、建立地下水管理信息系统，保护好水环境，以水资源可持续利用来保障经济社会的可持续发展。

［1］邢台市水务局，邢台水文水资源勘测局．邢台市水资源评价报告［R］，2006．6．

［2］邢台市水务局，邢台水文水资源勘测局．邢台市水资源公报［R］，2000 ～2009．

［3］邢台市水利局，邢台市地质矿产局．邢台水文水资源勘测局．河北省邢台市地下水资源开发利用规划报告［R］，1997．8．

［4］韩廷印，景彦亭．邢台市水生态系统修复可行性研究［J］．地下水，2010．2．

［5］任权，张登杰，韩廷印．南水北调中线工程可带动邢台市咸水利用可行性分析［J］．水科学与工程技术，2003．1．