郊区岩溶泉保泉供水研究——以北京市房山区为例

许 亮，辛宝东，郭高轩

（北京市水文地质工程地质大队，100195，北京）

一、概 况

北京市水资源的供需矛盾日益突出，水资源短缺已成为制约城市发展的主要因素。北京地区的水资源包括地表水和地下水。地下水资源在北京市的供水中占有重要地位，其供水量占全市总供水量的2/3。尤其是在近年持续枯水的情况下，地下水在保障城市供水中发挥了重要的作用。

房山区位于北京市西南，区内碳酸岩层出露广泛，约占山区总面积的70%左右，岩溶地貌发育，岩溶水含量高。区内有石花洞、银狐洞、云水洞、仙栖洞等大型溶洞。泉水资源十分丰富，其中著名的有万佛堂泉、马刨泉、河北泉、黑龙关泉、甘池泉群、高庄泉以及马安泉。

区内岩溶泉相较其他名泉研究程度较低，一些地质工作者在20世纪七八十年代对本区部分岩溶泉域进行过研究，划分了泉域边界，一些学者对泉域所属单元进行了划分，但对泉动态研究较少。加强对其动态变化规律的研究与探讨，有利于水资源的统一调配。

高庄泉群位于大石窝镇高庄村西，在霞云岭—龙门台复向斜的南翼，雾迷山组含水层广泛分布，地下水沿地势自北向南径流，出露于山前。

河北泉位于河北镇政府门前一级阶地前缘，该泉口地处大石河背斜核部，来自西部及西部下寒武统府君山组豹皮灰岩中裂隙岩溶地下水，由大石河河道侵蚀而出露以上升泉形式出流。

二、各泉流量动态特征分析

1959年以来，房山区城关站多年平均降水量为575.6mm，年最大降水量为1 037.5 mm，最小降水量为263.1 mm。多年降水的标准差为175.1 mm，变异系数为0.3。区内有两个降水偏多的时段：1959—1979 年和 1985—1998年，降水偏少时期有1980—1984年和1999年至今。将整个房山区分为山区和平原两个部分，山区降水量较平原区多，房山区降水量空间分布不均。平原区多年平均降水量为583.7 mm，多年降水的最小值为205.1 mm，最大值为1 177.9 mm。山区多年平均降水量为606 mm，多年降水的最小值为312.9 mm，最大值为1 096.9 mm。同时山区各监测站降水量也不同，其中河北镇站多年平均降水量为635 mm，霞云岭降水量为620.4 mm，显示出房山空间降水量不均。

分别计算了丰水年 （P=25%）、平水年（P=50%）、枯水年（P=75%）和极枯水年（P=95%）的降水量，计算结果见表 1。

降水在年内分布极不均匀，降水主要集中在6—8月，占全年降水量的85%，七八月易产生暴雨洪涝。区内3个测站的月降雨量对比可以看出，在7月降雨量均超过了200 mm，而在1月和12月降雨量约为3 mm。

根据高庄泉20世纪80年代的泉流量与时间曲线（见图1），最高泉流量可达7万m3/d，出现在每年的8—10月，即雨季后1～3个月。最低值为3.6万m3/d，出现在每年的6月左右，平均流量为5.7万m3/d。

2005年以后，泉流量逐年降低（见图2），虽高庄泉最高值可达7.4万m3/d，但最低值为断流，且从2005—2007年6月虽然有周期性变化，但呈逐年下降趋势，2008年泉流量恢复至6万m3/d，但从2008年年末开始，泉流量急剧下降，到2011年8月有断流现象。高庄泉与张坊应急水源地在同一水文地质单元，水力联系密切。2005年，富水区开采地下水，导致泉流量减少，2006年6月，张坊应急水源地开始抽水，但已值雨季，泉流量减少不明显。随着抽水量增加，泉流量急剧降低，在2008年9月张坊应急水源地抽水量急剧降低，同时2008年属丰水年，降水量为655.5 mm，大于多年平均降水量的575.6 mm，补给条件好，泉流量恢复快。之后水源地抽水量持续增加，2009年抽水量为2 298万m3，至2010年抽水量为2 641万m3，同时2009—2010年为枯水年，导致泉流量锐减，至2011年出现断流现象，断流达40天。从泉流量来看，年际变化较大，高庄泉稳定性较差。

从周期性角度看，虽然泉流量年际变化较大，但泉流量也呈周期性变化，泉流量动态曲线显示，在雨季过后1～3个月泉流量达到峰值，而且峰值可延续到次年1月，根据这种特点，泉流量动态曲线每年都显出峰谷迭起的形状，每年泉流呈周期变化，与降水量呈滞后1～3个月相关。

据河北泉20世纪80年代泉流量图，最大泉流量1万m3/d，最小泉流量3 500 m3/d，平均泉水流量为7 200 m3/d。2003年以后，泉流量逐年降低，至2011年3月发生断流，且断流时间长达135天。通过分析泉流量与降水量变化关系，两者关系不明显，泉流量周期性较差。

图1 高庄泉80年代初泉流量

图2 高庄泉2003年后泉流量

表1 房山区降水量统计分析表

三、泉流量动态影响因素分析

通过两泉流量动态特征的分析可知，泉流量受大气降水、集中取水等因素的影响。大气降水：降水入渗补给在岩溶区分为直接入渗补给和间接入渗补给两种方式。高庄泉的补给主要为蓟县系雾迷山组的裸露区，降水通过裸露区裂隙岩溶通道进入饱水带补给地下水。河北泉主要靠其西部及西北部寒武系地层降雨入渗获得补给，大气降水一部分形成地表径流，当流到中奥陶系地层的裸露区时，下渗进入岩溶含水系统。

20世纪80年代，两泉的流量均比较大，2005年以来，泉流量逐年减少，分析原因有自然和人为因素的影响：①1999年后，房山地区为持续枯水年，近10年平均降雨量为473 mm，为多年平均降雨量的82%，降雨的减少使得入渗补给锐减，造成了泉水流量减少；②泉域范围内人口增加、工业发展导致用水量增加，过量开采地下水，袭夺地下水，致使区域水位持续降低，上升泉眼处的水头逐渐降低至泉口高程，甚至发生断流。下降泉则只在雨季流出，其余时间干涸。

四、讨论与建议

综上所述，由于每一个泉的补给面积大小、径流途径长短及排泄条件不同，造成泉水流量动态特征不同。在20世纪80年代泉流量稳定，2005年以来高庄泉、河北泉群流量逐年降低，随着城市化的发展、人口的增加、工业的发展，大量使用地表水与过量开采地下水，造成泉流量的减少甚至断流。

建议在今后水资源开发利用过程中，加大力度贯彻落实节水优先的原则，提高水资源的利用效率，调整产业结构，改变消费结构，在此前提下再进行资源量开采。此外，在水资源管理工作中，对房山区内新建井进行保泉评价，以避免房山泉群消失。

[1]王晓青.中国水资源短缺地域差异研究[J].自然资源学报,2001(6).

[2]马腾,王焰新,郝振纯.神头泉流量衰减原因分析及趋势预测[J].中国岩溶,2001,20(4).

[3]郭清海,王焰新,武全胜,等.神头泉流量变化规律研究——灰色系统理论的具体应用 [J].地质科技情报,2002,21(1).

[4]宁维亮,高红波,张江华.娘子关泉域岩溶水资源开发利用与保护 [J].水资源保护,2002(4).

[5] 孙连发,王焰新,马腾,等.应用泉钙化环境纪录和地下水流动系统探讨娘子关泉群演变历史 [J].地球科学,1997,22(6).

[6]宁维亮,鲁岚,岳鹏翼.山西神头泉域水资源管理保护区划分[J].中国岩溶,1999,18(1).