太原市晋祠泉域生态环境特征分析

赵芹珍蔡继清

（山西省水土保持科学研究所 山西太原 030013）

1 自然地理环境特征

1.1 地理位置与地形地貌

晋祠泉水出露于山西省太原市西南18 km2的悬瓮山下，晋祠泉域位于太原市西部，汾河中上游，总面积2 030 km2,南北长84.5 km，东西宽49.5 km，地形总趋势是北高南低，西高东低。区内山峦起伏，沟壑纵横，多数地区是基岩裸露的岩石山区。汾河以北山脉多由寒武、奥陶系坚硬的碳酸盐岩石组成，具有典型的岩溶山区特点；汾河以南主要是石炭、二叠和三叠系地层分布区，基岩出露在沟谷两侧，山梁及山顶多有黄土、红土覆盖。

岩溶水系统地貌类型主要为构造切割地貌和流水堆积地貌，泉域内有土石山区（1 652 km2）、黄土丘陵沟壑区（288 km2）、河谷川地与黄土丘陵阶地区（90 km2）三种地貌类型[1]，其中山丘区面积1 791 km2,平原区面积259 km2。

1.2 水文气象

泉域地处黄土高原中部，属暖温带大陆性气候，多年平均气温9.1℃，极端最低气温-21℃，极端最高气温39℃，日照时数2 450 h,干旱指数介于2.0～3.05之间，无霜期165 d；多年平均蒸发量2031.3 mm，水面蒸发3～5月占年蒸发量的35%，汛期6～9月占 46%，10～11月占 10%，冰期 12～2月占 9%；多年平均降水量 507 mm，其中夏季（6～8月）降水量占 62.6%，秋季（9～11月）降水量占21.7%，春冬两季（12～5月）降水量占11.2%，年降水量总体呈下降趋势。

1.3 土壤与植被类型

晋祠泉域土壤类型主要为褐土、草甸土与潜育型水稻土[4]。褐土包括三个土属即淡褐土性土、山地褐土与淡褐土，其中淡褐土性土包含黄土质淡褐土性土、洪积砂砾质淡褐土性土、洪积粗骨性淡褐土性土；山地褐土包含耕种黄土质山地褐土与粗骨性山地褐土；淡褐土，草甸土包括盐化浅色草甸土分为河淤土、潮土两种；潜育型水稻土为洪积物潜育型水稻土。泉域内分布的主要植物[4]-[5]有黄栌（Cotinus coggygria）、黄刺玫（Rosa xanthina Lindl.）、土庄绣线菊（Spiraea pubescens Turcz）、沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）、连翘（Forsythia suspensa(Thunb.)vahl．）、黄蔷 薇 （Rosa hugonis Hemsl）、 虎 榛 子（Ostryopsis davidiana Decaisne）、胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz）等灌丛以及榆（Ulmus pumila Linn.）、槐（Robinia?pseudoacacia?L．）、杨（Populus）、柳（Willow）、油松（P.tabuliformis）、白桦（Betula platyphylla Suk）等乔木树种。

1.4 土地利用类型与水土流失

泉域内土地利用结构比例见表1，土地利用类型布局不合理，林业用地比例偏低，容易造成严重的水土流失。

表1 晋祠泉域土地利用类型

暴雨集中、地形破碎、土质松散、植被覆盖度低是导致该区水土流失发生的主要原因，泉域内非水土流失面积653.3 km2，占总面积的31.2%；水土流失面积1 438 km2，占总面积的68.8%。其中土石山区表面覆盖主要为二迭、三迭纪砂岩和页岩，岩面风化强烈，为中度侵蚀区，土壤侵蚀模数500～2 000 t/（km2·a），水土流失形式以水力侵蚀为主，其次是重力侵蚀与风化侵蚀；黄土丘陵沟壑区植被覆盖率低，冲沟发育，水土流失极为严重，为强烈侵蚀区，土壤侵蚀模数4 000～7 000 t/（km2·a）；黄土丘陵阶地区分布在洪积冲积平原为轻微侵蚀区，土壤侵蚀模数约500 t/（km2·a）。

2 水资源系统环境特征

2.1 河流水系与小流域

泉域内河流均属黄河流域汾河水系[2]，汾河在区内流长100 km，流域面积7 000 km2,先后汇入汾河的较大支流有：大川河、屯兰川、柳林河、原平川、天池河、狮子河、白石沟、北头河、虎峪沟、凤峪沟、柳子沟、方山河等，为季节性河流，呈现年际变率大，丰、平、枯水年流量相差悬殊的特点。主要河流水系包含小流域面积分类及数量分布见表2。其中，天池河流域为黄土丘陵沟壑区、岩石裸露区两种地貌类型，土壤类型山地褐土、阶地草甸土，年平均输沙模数3 000 t/(km2·a)；狮子河流域为黄土覆盖型灰岩山区，灰岩裸露面积较大，年平均输沙模数4 000 t/(km2·a)；屯兰川流域上游为变质岩山区，中下游灰岩、砂页岩土石山区，年平均输沙模数2 000～3 000 t/(km2·a)；原平川流域上游为山区，下游为阶地，是砂页岩区，年平均输沙模数3 000～4 000 t/(km2·a)；大川河流域山区多为砂页岩土石山区，黄土覆盖，年平均输沙模数 3 000～4 000 t/(km2·a)；柳林河（部分区域）流经太原地段河长28 km，流域范围内多属石灰岩山区，年平均输沙模数 1 000～2 000 t/(km2·a)。

表2 晋祠泉域主要河流水系小流域数量分布

图1 晋祠泉水流量与降水量动态变化趋势对比

2.2 岩溶地下水赋存条件与分布规律

晋祠泉域属构造断块山地岩溶类型，地下水系统为中奥陶统灰岩储水构造，是一个补给径流排泄自成体系的水文地质单元。依据岩溶地下水系统结构，地下水流向与岩溶含水层间配置关系，泉域水资源系统为“顺置式”系统模型，即岩溶地下水总体流向与含水层倾向相同，地下水的总体运动方向与地层倾向相一致，有较大范围的地下水承压区分布。按照埋藏和运动特征，岩溶水多运动于隐伏灰岩中，属覆盖型承压水。为溶隙含水系统，综合形成网脉状面流与溶洞-溶隙导水带。根据含水介质的岩性特征和地下水赋存条件，岩溶地下水分为碳酸盐岩裂隙溶洞水、碎屑岩类裂隙孔隙水和松散岩类孔隙水三个基本类型[6]，水循环深度多达300 m以上[9]；碳酸盐岩裂隙溶洞水为晋祠出流水，碎屑岩类裂隙孔隙水主要分布在古交汾河以南的广大地区，松散岩类孔隙水主要分布在汾河及其较大支流的山区河谷。补给-径流区以裂隙溶隙水为主，径流-排泄区以溶隙溶缝型岩溶水为主；从补给区到排泄区，富水性由弱变强，面状分散接受补给，经过大面积网状径流区于排泄区小范围内集中排泄。补给区至排泄区地下水埋深、地下水位以及水力坡度呈现由大变小的趋势[7]。

2.3 泉水流量动态变化与补给

晋祠泉水流量变化经历了两个特征不同的时期（见图1），1963-1969年，泉水流量变化比较平稳，数值差异不大；1970-1994年，泉水流量迅速衰减，直到断流。1963-1974年，降水量与泉水流量衰减变化趋势基本同步，表明降水是泉水流量变化的主要因素；1975-1994年，泉水流量与降水量过程线明显分离，泉水流量的衰减幅度远远大于降水的减少幅度，在此阶段降水对泉水流量的衰减有一定影响，但已不是主要的影响因素。泉水流量主要与泉水补给区的面积和降水量补给的大小有关[8]。导致泉水流量衰减的因素有大气降水量、汾河渗流量的逐年减少、岩溶地下水开采逐年增加以及补给区植被稀少水土流失等原因。大气降水量作为晋祠泉水流量的补给来源，其多年变化规律与晋祠泉水流量具有密切关系，泉水某一时刻的流量是受多年降水量综合作用的结果，它表明含水岩体具有多年调节性，也反映出北方岩溶泉的主要特征。

泉域岩溶水系统的补给主要来自两大部分，一部分是泉域西北部大面积的灰岩裸露区和西部边界条带状灰岩裸露区，另一部分是河流渗漏，汾河主河道常年渗漏补给和季节性河流的渗漏补给。北部灰岩裸露区碳酸盐岩裂隙断裂密集、岩溶发育，为大气降水入渗的主要补给区，补给入渗率为0.3～0.37，灰岩上覆黄土或其它隔水岩组，入渗率小于0.30；汾河段渗漏区不同水文年的汾河渗漏总量分别为:丰水年汾河渗漏总量9.58m3/s，偏丰水年6.69 m3/s，平水年1.84 m3/s，偏枯水年0.26 m3/s，枯水年0.13m3/s。另外区内存在的“构造天窗”以及风化严重、裂隙发育的岩层区域也能够进行补给，但补给量相对较少。对晋祠泉而言，汾河水在深水位灰岩区的渗漏则不容忽视，这种补给更可能占主要地位。

3 结语

为了保护晋祠泉水，应积极开展科学研究，寻求增加泉域地下水补给量的途径，通过一系列生态环境建设增加泉水补给量和出流量是十分必要的。本文详细分析了泉域内自然生态环境特点，降水量与泉水流量随时间动态变化趋势及降水量对泉水流量的影响；研究了晋祠泉水资源系统结构特征与晋祠泉水补给的区域分布规律，对太原岩溶水系统的形成与演化研究具有重要的理论意义，为太原市以及北方类似条件地区保护岩溶泉水资源进一步开展水土保持综合治理措施与生态环境建设提供科学基础理论依据。

［1］山西省水利厅,中国地质科学院岩溶地质研究所,山西省水资源管理委员会.山西省岩溶泉域水资源保护［M］.北京:中国水利水电出版社，2008

［2］李英明，潘军峰.山西河流［M］.北京：科学出版社,2004

［3］刘耀宗，张经元，王彪.山西土壤［M］.北京：科学出版社，1992

［4］《太原植被》编辑委员会.太原植被［M］.北京:中国科学技术出版社，1991

［5］马子清.山西植被［M］.北京：中国科学技术出版社，2001.

［6］田松良，武小捷.太原市水土保持与水资源系统保护关系探讨［J］.中国水土保持，2000(8):31-32

［7］中国地质学会岩溶地质专业委员会.中国北方岩溶和岩溶水［M］.北京:地质出版社.1982

［8］肖长来，梁秀娟,王彪.水文地质学［M］.北京:清华大学出版社,2010

［9］邹峡青，何世春.山西晋祠泉域水文地球化学特征及成因［J］.中国煤田地质,1992，4(4):53-56