兰村泉域地下水污染原因及可持续开发利用对策研究

张志祥，张永波，赵雪花

(太原理工大学水利科学与工程学院，山西太原 030024)

兰村泉域地下水污染原因及可持续开发利用对策研究

张志祥，张永波，赵雪花

(太原理工大学水利科学与工程学院，山西太原 030024)

为确保兰村泉域地下水资源的可持续开发利用，在现场踏勘及有关资料分析的基础上，对泉域地下水污染原因进行了研究。结果表明，兰村泉域地下水污染与以下因素有关:(1)污染物入渗;(2)地下水开采;(3)水环境化学条件变化;(4)部分地区地下水原生本底值异常。提出了泉域地下水可持续开发利用对策。研究成果为兰村泉域地下水资源保护与管理提供科学依据。

兰村泉域;地下水污染;可持续开发利用;对策

地下水是水资源重要的组成部分，是工农业及生活用水的重要来源。世界上许多国家和地区利用地下水资源作为饮用水源，特别是在干旱、半干旱地区，地下水是最主要的供水水源。随着经济发展及人口增加，开发利用地下水资源日趋广泛，导致世界许多地区出现了地下水污染问题，并引发了与地下水有关的人类健康问题。与此同时，我国地下水污染情况也不容乐观，许多地方地下水水质逐年下降，严重危及了人民群众的饮用水安全。特别是以地下水开采为主的华北平原，城镇地区地下水中的有机物检出率相对较高［1］。在一些北方地区，由于煤矿的开采，导致裂隙水被疏干、泉水断流、河川径流严重衰减等一系列环境问题［2］。因此，对地下水进行有效保护［3－5］，才能避免地下水水质的进一步恶化。我国许多学者针对地下水污染进行了分析研究［6－8］，取得了有价值的成果，为地下水污染防治等提供了参考。兰村泉域是山西省重点保护的八大岩溶泉域之一，是太原市的主要供水水源之一，多年来，泉域内水源地一直处在超采状态，地下水位大幅度下降，同时泉域内污染物排放量与日俱增，出现了地下水污染等水环境问题。为确保兰村泉域地下水资源的可持续开发利用，对地下水污染原因进行研究是非常必要和有意义的。基于此，在现场踏勘及有关资料分析的基础上，对兰村泉域地下水污染原因进行了研究，提出了地下水可持续开发利用对策，以期为兰村泉域地下水资源保护与管理提供科学依据。

1 泉域概况

兰村泉域位于太原市东北部，总面积为2 500 km2，行政区域包括阳曲县全部、尖草坪区大部和杏花岭区、万柏林区、古交市及迎泽区少部。泉域东部、西部为基岩山区，其中灰岩裸露区面积1 360 km2，灰岩浅埋区面积481 km2。中部地势相对平缓，为太原断裂凹陷地区，其中棋子山以南为太原盆地，1海拔高程在755～810 m之间，面积为169 km2;棋子山以北为黄土覆盖区—灰岩深埋地带，面积为490 km2。泉域属暖温带半干旱季风型大陆性气候，四季分明。多年平均气温9.5℃，降雨多集中在七、八、九月份，年平均降水量为459.5 mm，年平均蒸发量为1 798.3 mm。泉域河流水系主要是黄河流域汾河水系，汾河发源于管涔山南麓雷鸣寺，经静乐流入汾河水库，过古交从扫石进入兰村泉域，经汾河二库、出兰村峡谷后折向南流，过兰村、三给出兰村泉域，在泉域内总长度为45.5 km。泉域地势总趋势北高南低，东西两侧高，中间低，地形特点是从山区向盆地呈阶梯状下降。地貌类型有剥蚀构造地貌、侵蚀堆积地貌及流水堆积地貌。泉域地层出露比较齐全，区内出露地层由老到新有:上太古界五台系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界三叠系，新生界新近系和第四系。泉域地下水类型主要为松散层孔隙地下水及岩溶地下水。兰村泉位于尖草坪区上兰村，其出露地点恰为汾河向太原盆地的入口处。兰村泉主要由大海子泉与小海子泉组成，泉口出露标高为810.92 m，为非全排型岩溶大泉。

2 泉域地下水污染原因

2.1 污染物入渗

1)由于泉域内部分市政管网水处理设施不键全，导致许多未经处理或未达标的工业废水、生活污水直接排入当地河流、渗坑或任意漫流，入渗污染地下水。

2)在一些农业生产区，农民采用未经任何处理且含有大量有毒有害微量元素和有机物的废污水进行灌溉，由于不符合灌溉水标准，随着灌溉水入渗补给，对地下水造成了很大污染。

3)一些地段的排污河道、沟渠及污水蓄水池等缺少补砌，渗漏严重，在地表土防污差的情况下，污染物呈带状或面状入渗，污染地下水。

4)部分地区的生活垃圾等固体废物露天堆放，未采取任何防护措施，经降水冲刷淋溶后，污染物入渗进入地下含水层，造成地下水污染。

5)太原市很多企业以燃煤作为主要燃料结构，由于未采取先进的除尘措施，在燃烧的过程中，产生大量废气、烟尘，对大气造成污染，致使降雨为酸雨，含有多种污染组分，入渗补给地下水后造成地下水污染。

6)泉域内农民对化肥、农药等的过量使用，在污染土壤的同时，因灌溉和降水的淋溶作用，导致农业污染物进入含水层，污染了地下水。

2.2 地下水开采

由于兰村泉域地下水为多层组混合开采，在成井工艺不佳及钻孔套管未堵塞好的条件下，沟通了不同水质含水层，造成了不同含水层之间的污染。另外，多年来太原市经济的发展及人口的增多，造成泉域地下水严重超采，形成大面积地下水位降落漏斗，水动力条件发生改变，引起水质不佳的浅层地下水越流补给深层地下水，对深层地下水造成污染。

2.3 水环境化学条件变化

由于泉域地下水的超采，地下水位大幅持续下降，降落漏斗内的氧化还原条件增强，促使土体和污染物中有机物质快速分解，CO2增多，加快土体中难溶的方解石、白云石溶解，Ca、Mg离子转入地下水中，造成地下水总硬度升高。另外，兰村泉域内煤矿的大规模开采改变了地下水的自然循环过程，使地下水产汇流条件和补径排条件发生改变，长期而大量的矿井疏干排水不仅使地下水位大幅度下降，而且造成煤层上覆含水层的破坏，并使得影响范围内的地下水被污染，出现高硫酸根、高硬度污染的特点。同时，矿区煤矸石在长期的降水淋滤作用下，污染物下渗进入地下含水层，导致地下水无机盐类组分含量升高，造成地下水污染。

2.4 部分地区地下水原生本底值异常

在泉域阳曲县的东北、西北等变质岩山区，地下水含碘量偏低，造成那里缺碘性地方病比较普遍。在某些石灰岩地区，因石膏含量较高，在地下水的作用下，该区地下水中硫酸根、总硬度及矿化度含量增高甚至超标，无法饮用。

3 地下水可持续开发利用对策

3.1 严格执行水资源保护区管理制度

对于《太原市兰村泉域水资源保护条例》中划分的一级保护区、二级保护区、三级保护区，必须严格执行水资源分区保护与管理制度，并做好宣传，提高人们的水资源保护意识。严禁在保护区内建设污染企业，严禁利用渗坑、渗沟排放废污水，严禁堆放废渣、垃圾，所有排污沟、渠应全部硬化和密封，严禁下渗污染地下水。

3.2 地下水开发规划合理

泉域地下水开发利用规划要合理，要报有关水资源管理部门批准及备案，经批准的规划是开发利用地下水的基本依据，不允许擅自违背、盲目开发或过量开发。同时结合太原市的引用黄河水工程，逐步压缩泉域地下水的开采量，当地下水位恢复到一定程度后，为避免地下水位上升造成的负影响，再适当增大地下水开采量，但必须限制在各地下水允许开采量范围内。

3.3 加大节约用水力度

在泉域内必须加大计划用水和节约用水管理，加强水资源的合理配置，坚持“开源与节流”并重的原则，促进工矿企业加强节水技术改造，减少用水量，提高水的利用率，强化节水型技术政策和技术标准的贯彻执行力度，开展创建节水型企业和节水型社会活动。

3.4 加大污废水和固体废物治理力度

对泉域内的排污企业进行全面治理，实行污染物总量控制排放制度，努力做好污水资源化，否则依法进行关、停或限期搬迁。依据《水污染防治法》，结合相关的政策性法规，再建一些污废水处理厂，使所有污废水彻底达标排放。对于生活垃圾等固体废物，运往指定的填埋场进行卫生填埋处理，并加强监督、检查。

3.5 大力开发清洁煤技术

为防止酸雨污染地下水，泉域内的所有燃煤企业应大力开发清洁煤技术，严格按照《防治煤烟型污染技术政策的规定》执行，最终减少大气环境中的污染物。

3.6 进行建设项目水环境影响评价

为避免建设项目在建设及运营过程中对泉域水环境造成影响和破坏，必须严格进行建设项目对兰村泉域水环境影响评价。依据《山西省泉域水资源保护条例》有关规定，在泉域范围内新建、改建、扩建工程项目，建设单位须持有环境保护行政主管部门和主管该泉域的水行政主管部门批准的对泉域水环境影响的评价报告，计划部门方可立项。

3.7 进行建设项目水资源论证

为避免建设项目取用水和退水对泉域地下水资源造成影响，必须严格进行建设项目水资源论证。建设项目水资源论证是为取水许可制度服务的，必须坚持科学发展观，推进建设项目水资源论证工作的顺利开展。否则，水行政主管部门不予受理取水许可手续。

3.8 引导农民科学施肥和喷洒农药

各级政府部门要积极引导泉域内农民在农业生产中科学施用肥料和喷洒农药，减少化肥和农药的使用量，达到保护土壤和地下水的目的。

3.9 退耕还林，退牧还草

为有效增加泉域的降雨入渗补给量，减少水土流失，在一些不适于耕种的山区，要加强引导与宣传，积极鼓励农民退耕还林，加强植树造林及提高造林成活率。在一些山区实行退牧还草，严禁牛羊进入，逐步恢复植被。

3.10 加强地下水动态监测工作

为预测地下水资源及水环境未来变化趋势，必须全面完善泉域水资源监测网络系统，定时分析监测地下水数据，以掌握地下水水质、水量现状及动态变化，查清地下水污染源和污染成因，为制定科学的污染治理方案提供依据。

4 结语

(1)兰村泉域地下水污染与以下因素有关:①污染物入渗;②地下水开采;③水环境化学条件变化;④部分地区地下水原生本底值异常。

(2)本文提出的地下水可持续开发利用对策为兰村泉域地下水保护与管理提供科学依据。

［1］石建省，王昭，张兆吉，等.华北平原地下水有机污染特征初步分析［J］.生态环境学报.2011.20(11):1695－1699.

［2］潘桂花.山西省煤炭开采区地下水资源保护对策［J］.地下水.2010，32(1):61 －62.

［3］雷志祥，张海云，朱丽向.连云港市地下水资源开发利用与保护探讨［J］.人民长江.2010.41(9):18－21.

［4］张志祥，张永波，王兆亮，等.延河泉域岩溶水资源保护规划研究［J］.地下水.2011.33(1):31－33.

［5］管恩太，武强，李铎.焦作市地下水资源保护与利用研究［J］.煤田地质与勘探.2005.33(1):38 －40.

［6］吕书君.我国地下水污染分析［J］.地下水.2009.31(1):1－5.

［7］冯建国，李云峰，屈卉，等.煤炭基地水污染研究［J］.地下水.2010.32(6):76 －78.

［8］赵新峰，杨丽蓉，施茜，等.东北海伦地区农村地下饮用水硝态氮污染特征及其影响因素分析［J］.环境科学.2008.29(11):2993－2998.

Study on Causes of Groundwater pollution and its Sustainable Exploitation and Utilization Countermeasuresin Lancun Spring Basin

ZHANG Zhi－xiang，ZHANG Yong－bo，ZHAO Xue－hua
(Water conservancy Science and Engineering shool，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，Shanxi)

In order to guarantee sustainable exploitation of groundwater resources for Lancun Spring Basin，the article studies the causes of groundwater pollution on the basis of field observation?and relative data analysis.The results indicate that the groundwater pollution in the area is related to the following factors such as(1)pollutant infiltration;(2)ground water exploitation;(3)the change of the water environmental chemistry conditions;and(4)the original background value of ground water are abnormal in some regions.The countermeasures of sustainable development of groundwater are presented.Results can provide scientific basis for the protection and management of ground water resources of Lancun Spring Basin.

Lancun spring basin;groundwater pollution;sustainable development and countermeasure

X523:P641.8

A

1004－1184(2012)03－0052－02

2012－03－12

国家自然科学基金资助项目(40901018)

张志祥(1970－)，男，山西永济人，工学硕士，主要从事水文水资源教学与研究工作。