干旱条件下平谷盆地地下水资源变化与恢复调控措施

马静晨，戴国锋，姜 辉，邢国章，孙少游

（1.北京市地质工程勘察院，北京 100048；2.建设综合勘察研究设计院，北京 100007）

0 引言

地下水是北京市的重要供水水源，目前供水量占北京市总供水量的2/3以上。自20世纪70年代以来，地下水开采量猛增，近30年来地下水开采量一直维持在 26～28亿m3[1]。为解决大旱之年北京市应急供水的水源问题，提高城市供水保证率，2003年始北京市建立了怀柔两河、平谷王都庄与中桥、昌平马池口等应急水源地[2～3]，应急水源地的供水为保障北京城区供水安全和维持社会稳定发展作出了突出贡献。

平谷盆地位于北京市东北部，是北京市重要的生态涵养区[4]，坐拥北京市王都庄与中桥两个应急水源地，其地下水资源的保护和可持续利用对于平谷和北京市具有战略性的意义。本文以平谷盆地第四系地下水为研究对象，利用地下水动态、资源评价的数据，评价了第四系地下水资源变化情况，回顾分析了干旱及应急水源地开采对地下水资源的影响，针对其地下水亏损、地下水位下降、生态环境恶化等地质环境问题，提出了地下水回灌、开采布局调整的措施，为平谷区地下水资源合理开发利用和保护，持续安全的发挥地下水供水能力提供了依据。

1 自然地理与水文地质概况

1.1 自然地理

平谷位于北京市东北部地区，可分为山区与平原两个部分，见图1。平谷平原习惯称之为“平谷盆地”，呈倒梯形，东西最长处25km，南北宽14km，面积362.38km2，占全区总面积的38.20%，盆地地形高程由东北部的85m向西南逐渐下降为20m，地形坡度差为2.3%～1.8%，地形低洼处位于马坊东的泃河河床，海拔高程仅为12m。平谷盆地东、北、西和东南为中、低山与丘陵，西南有一出口与华北平原相连接。山区山势陡峻、沟谷切割强烈，向平原中心地势逐渐降低。

图1 平谷山区平原分区图

平谷区属暖温带半湿润大陆性季风区气候，区内1959年—2010年多年平均降水量为635.8mm，降水年际差别大、年内80%集中在7～9月份，常出现连续丰水年或枯水年，降水量山区大于平原。区域主要河流为泃河、错河，河由东北部山区向西南径流，河流干道及支流上分布有海子水库、黄松峪水库；错河由北向南径流，支流镇罗营石河上分布有西峪水库；泃河、错河在前芮营汇合，两河河流冲洪积作用是构成平谷盆地松散地层的主要应力。

1.2 水文地质条件

平谷盆地第四系由河、错河的冲洪积作用形成。第四系含水层厚度由盆地边缘到中心逐渐增大，盆地边缘厚几十米，盆地中心则超过600m；含水层岩性主要是砂卵砾石，地下水补给条件好，径流通畅。含水层厚度在韩庄至南独乐河为100余米，王都庄一带150m，西部许家务一带120m，门楼庄一带为80～100m；王都庄以东和许家务以北为单层巨厚卵石含漂石、砾卵石层，盆地中部地区为多层砂砾卵石层，各含水层间存在着密切的水力联系。含水层岩性厚度见图2。

图2 平谷-海子水库（A-A’）方向水文地质剖面图

2 地下水资源与环境地质问题

2.1 地下水资源变化情况

平谷地区为北京市暴雨中心之一，降水量丰富、三面环山的地形条件及优良的水文地质条件形成了平谷盆地丰富的地下水资源：据2002年北京市资源量计算结果，1980—2000年平谷平原地下水平均补给量为2.75亿m3，地下水平均消耗量为2.44亿m3，地下水资源处于盈余状态，评价出地下水可采资源2亿m3。

1999后北京市遭遇连续枯水年，1999年—2011年平谷平均降水量为544.7mm，比多年平均降水量减少了14.4%，降水量减少，平谷地表水来水量急剧减少，以2004年为例，地表水资源量比多年平均减少了80.7%。为应对干旱，2004年8月北京市启用平谷王都庄水源地，同年12月启动中桥应急水源地。连续枯水与应急水源地的启用对平谷盆地地下水起到了极大的影响作用，地下水资源均衡计算结果显示，平谷盆地地下水呈逐年亏损状态，2000年—2009年地下水资源累计亏损4.37亿m3，见表1。

2.2 环境地质问题

降水量减少及区域地下水的开发，造成平谷盆地地下水连续亏损，水位持续下降，形成地下水降落漏斗，地质环境开始出现恶化。2005年，应急水源地全面开采后在王都庄地区地下水出现了降落漏斗，漏斗中心水位达10.5m，与2004年相比水位下降了3.2m；2007年，中桥应急水源地出现降落漏斗，漏斗中心水位-6m，与2004年相比降落漏斗水位均下降了11.8m；2011年平谷地区地下水位达到最低值，与2004年相比王都庄、中桥应急水源地水位分别下降了23.5m、18.1m，见图3。

表1 平谷盆地地下水资源均衡计算统计表

图3 平谷典型地区地下水水位动态变化曲线图

降水量减少，地下水水位下降，2000年后平谷地区的西沥津—龙家务泃河溢出带和许家务—中桥错河的地下水溢出带溢出量消失，区域湿地退化，生态环境出现了恶化。

3 地下水资源可持续开发利用措施

平谷盆地地下水是平谷当地基础资源和北京市应急水源，关系到平谷区域发展与北京市供水安全，水资源亏损、地下水位持续下降不利于该区地下水资源的可持续发展，对北京市应急供水构成威胁。2014年底南水北调水全面向北京供水，平谷地区可利用南水北调的契机进行水资源的调蓄，调整开采格局，恢复地下水资源量，改善地质环境状况。

3.1 地下水调蓄

平谷地区具备优良的水文地质条件，可以利用泃、错河冲洪积扇的顶部地带建立地下水库进行水资源调蓄[5]。2014年南水北调进京后，将代替部分地下水开采量，可将平谷海子、黄松峪、西峪等水库水回灌地下，补充地下水；另外据北京市水务局规划，极丰水年或其他极端情况，南水北调水可调3～4m3/s入平谷进行回灌。根据野外调查结果，平谷地下水库建设区砂石坑较少、面积小、分散独立，但泃、错河上游河床砂砾石裸露，河道宽、深度大，可以配合橡胶坝拦蓄，利用新开北干渠、南干渠、三八干渠等区域密布的渠道、河道引水进行回灌，具体回灌场地为翟各庄-许家务错河河道、海子村-西沥津泃河河道，两河河道入渗能力可达5～6m3/s，地下水库及入渗工程分布图4。水资源回灌可极大恢复该区地下水资源亏损情况，同时河道输水入渗工程可与城市生态整治工程、休闲公园等结合形成调蓄、治景治貌和改善生态环境的有机结合，改善区域生态环境。

图4 平谷地下水库入渗工程分布图

3.2 调整开采格局

王都庄、中桥应急水源地的开采是平谷地下水资源亏损的人为因素，平谷地区地下水开采格局调整可从两个方面着手。

调整方案一、2014年南水北调进京后，应关停或者减少应急水源地开采量，进行地下水资源的涵养，可围绕南水北调供水和区域水资源变化情况，制定停采、减采方案，在一定程度可将王都庄水源地改向平谷县城供水，确保平谷地区发展。

调整方案二、平谷地区山区及平原分布大量碳酸盐岩地层，富含丰富的岩溶水，其中在平谷南部山区裸露型及马坊隐伏型岩溶水开采程度小，勘查结果显示岩溶水出水量在2.5万m3/d，可以考虑进一步勘查开发岩溶水，代替第四系地下水的开采，以涵养平谷盆地地下水。

3.3 数值模拟

根据提出的地下水调蓄和开采调整措施，结合南水北调规划，设计在平谷翟各庄—许家务错河河道、海子村—西沥津泃河河道进行回灌，回灌水源为本地地表水库水和南水北调水，回灌量分别为1.5m3/s、4.5m3/s，回灌时间为8个月。同时，中桥水源地停止开采、平谷县城自来水公司水源地和区域自备井停采，停采量为5.6万m3/d、0.72万m3/d；王都庄水源地减采并向县城供水，开采量为9.5万m3/d。根据平谷盆地的水文地质条件，建设平谷区地下水数值模型，将上述各量输入模型，以2013年12月地下水位作为初始水位，进行1年后地下水流场的预测，预测措施实施后地下水位的变化，结果见图5。

图5 地下水位变化预测图

图5及水资源均衡结果显示，在进行水资源回灌与调整水源地开采措施下，平谷盆地冲洪积扇中上部地区地下水位出现回升，最大升幅达10～12m，经计算盆地内部地下水储量增加了1.34亿m3，可持续开发利用措施起到了良好的作用。

4 结论

持续干旱和应急开采对平谷地区地下水造成了极大影响，平谷盆地地下水出现了资源亏损、水位下降、降落漏斗扩展等地下水环境问题。鉴于平谷盆地地下水的重要性，可以利用地表水调蓄回灌地下水、停采减采水源地开采、适度开发岩溶水的措施，恢复地下水资源，改善环境，提高北京市应急供水能力。

[1]张安京,叶 超等.北京地下水[M].中国大地出版社,2008.9,2～3,175～186.

[2]叶 超,刘文臣等.北京城市备用水源勘查评价平谷盆地第四系地下水资源综合评价报告[R].北京市水文地质工程地质大队,2004.

[3]李 宇.北京市怀柔应急水源地开采动态初步研究[J].北京水利,2005(5).

[4]北京市平谷区水资源综合规划[R].北京平谷水务局,2007.12.

[5]李志萍，谢振华等.北京平谷盆地地下水库建库条件分析[J].上海国土资源,2011年第32卷第1期,20～23.