神木县地下水功能区划研究

朱亮　杨明楠　康卫东　陈玺

摘要：针对神木县地下水资源分布特点，依据《地下水功能区划分技术大纲》，选取地下水资源量、开采潜力、水质现状和生态环境等因子，将地下水功能区划分为开采区、保护区、保留区3个地下水一级功能区，集中开采区、分散开采区、水源涵养区、生态保护区、不宜开采区和储备水源区6个二级功能区；综合考虑各功能区对水质及水位的要求，提出3种地下水保护分区类型及针对性的保护措施：水源地保护区既要加强对汇流区污染物排放量的控制，又要对水源井进行科学管理，提高开采效率；水质恶化区要加强污染源管理，控制劣质水体扩散；生态水位保护区要优化地下水开采方式和开采量，避免因不合理开采而导致水位下降、引起生态环境问题。

关键词：地下水；水功能区；分区保护；神木县

我国西北地区降水稀少、蒸发强烈，地表水资源十分有限，地下水在资源供给、生态环境维持和地质环境稳定等方面发挥着重要作用。近年来，一些地区地下水不合理开发、污染物大量排放等，引起地下水水位下降、含水层疏干、地下水水质恶化等问题，对水资源的可持续利用、经济社会的可持续发展和生态安全构成严重威胁。因此，加强地下水资源保护和管理已刻不容缓。

由于含水层系统的复杂性，因此地下水保护必须以水文地质单元为基础，结合人类活动和生态环境状况等因素，有针对性地制定地下水开发利用和保护措施。水利部于2005年组织编写了《地下水功能区划分技术大纲》，全国很多省份进行了功能区划分；国土资源部于2006年印发了《地下水功能评价与区划技术要求》，并在西北地区、华北地区和东北地区的平原区开展了地下水功能区划研究。本次研究主要依据《地下水功能区划分技术大纲》，以陕西省神木县为例，选取地下水系统中的代表性因子进行地下水功能区划分，并提出地下水保护措施，以期为当地地下水资源管理提供参考。

1研究区概况

神木县位于陕西省最北端，地处黄土高原和毛乌素沙地接壤地带，有沙漠滩地、黄土丘陵、沙盖黄土丘陵和河谷4种地貌。黄河一级支流窟野河、秃尾河自西北向东南流经该县，窟野河上游河谷区、秃尾河中游河谷区和沙漠滩地区是地下水主要开采区。河谷区多采用傍河管井、渗井、渗渠的形式开采潜水，沙漠滩地区多采用管井开采地下水，但大规模管井开采极易形成局部地下水降落漏斗，最终导致依赖地下水的地表植被系统退化。20世纪90年代以来，随着煤炭产业的飞速发展，神木县水资源需求量日益增大，大量开采地下水、污染物排放等引起了一系列水环境问题，亟须开展水资源保护工作。

2地下水功能分区

2.1地下水系统划分

根据地形地貌、水文地质条件、地表水系发育特征等，将神木县划分为窟野河地下水系统（Ⅰ）、秃尾河地下水系统（Ⅱ）、黄河河谷及西岸支流地下水系统（Ⅲ）、红碱淖闭流区地下水系统（Ⅳ）和榆溪河东侧支沟地下水系统（Ⅴ），各地下水子系统具有独立的补给、径流和排泄条件。窟野河地下水系统（Ⅰ）：地下水接受大气降水补给和边界侧向径流补给后，顺地势从分水岭向沟谷低处径流，排泄于各沟谷内，汇入窟野河。考考乌素沟、悖牛川和乌兰木伦河是窟野河上游的主要支流，流域内地下水资源相对丰富，是主要的地下水开采地段。秃尾河地下水系统（Ⅱ）：地下水主要接受大气降水补给，部分沙漠地区有凝结水补给，潜水主要以泉或潜流形式排泄，在水位埋深较浅的沙漠滩地区，蒸发排泄量较大。黄河河谷及西岸支流地下水系统（Ⅲ）：区内沟谷深切，地形破碎，地下水接受大气降水补给后向各小支沟排泄，最终汇入黄河。红碱淖闭流区地下水系统（Ⅳ）：红碱淖为沙漠内流湖，流域内地下水接受大气降水、沙漠凝结水和边界侧向径流补给，从湖区四周向红碱淖湖心径流。榆溪河东侧支沟地下水系统（Ⅴ）：位于神木县西部边界，地下水主要接受大气降水和沙漠凝结水补给，向下游径流，最终以泉的形式排泄于榆溪河上游各支沟。

2.2地下水功能的表征因子

地下水系统中水的质和量及其在空间和时间上的变化将对社会环境和生态环境产生影响。本文立足于神木县地下水系统特征，从地下水的自然属性切入，在综合分析地下水资源量、开发利用现状、水质状况和生态环境等因子的基础上，开展地下水功能分区，重点关注地下水的资源功能、生态环境功能。

2.2.1地下水资源量及开发利用现状

根据不同区域水资源特征，将5个地下水系统细分为27个独立的水文地质单元，计算各水文地质单元的可开采量、现状开采量、开采潜力指数P和开采潜力模数M（见图1、表1）。神木县地下水资源可开采量为3.266亿ma/a，现狀开采量为1.226亿m3/a。超采区主要位于窟野河上游地区，区内大规模工业用水以及煤矿疏干排水是造成地下水超采的主要原因：采补平衡区主要位于窟野河下游地区，该区人类活动强度不大，地下水开采多为小规模的分散开采；有开采潜力的地区主要位于秃尾河流域、黄河河谷区以及窟野河上游部分小沟域，但大部分地区开采潜力较小，只有秃尾河中游河谷区和黄河河谷区的开采潜力较大，红碱淖闭流区虽然有一定的开采潜力，但其生态环境极其脆弱，不宜进一步扩大地下水开采量，见图2。

2.2.2地下水水质状况

水质评价数据来源于2013年开展的西北地区主要城市地下水污染调查评价项目在陕北获得的100组样品数据。选用pH值、钠离子、钙离子、镁离子、铵离子、氯离子、硫酸根离子、总硬度、溶解性总固体、耗氧量、铁、锰、锌、硝酸根离子、亚硝酸根离子、氟化物、铅、六价铬、钼、砷共20项评价指标，运用《区域地下水污染调查评价规范》（DZ/T 0288-2015）推荐的层级阶梯评价方法进行水质评价，绘制地下水质量分布图（见图3）。研究区地下水水质以Ⅱ、Ⅲ类为主，水质整体较好，超标的Ⅳ、Ⅴ类水在窟野河流域主要以条带状分布于河谷区，在秃尾河流域呈零星片状分布。

劣质水体分布与区内污染源分布、地貌类型及水文地质条件等密切相关。煤炭及其相关产业是神木县的主导工业，矿坑排水、工业废水和废渣、生活污水等是区内主要的污染源。在窟野河上游的黄土丘陵区，工业废渣、废水及生活污水等大多直接排放在附近沟谷中，最终汇入窟野河，造成河流水质恶化，受河水补给的影响，最终形成了沿河谷分布的地下水水质恶化带：在秃尾河流域的沙漠滩地区，地势平坦、包气带结构疏松、地下水埋深浅，污染物在地表的迁移范围一般不大，最终形成了与污染源分布一致的地下水水质恶化区。

2.2.3潜在的生态环境问题

干旱半干旱区的生态环境对地下水的依赖十分显著，不合理的开发活动将诱发一系列生态环境负效应。研究区内水资源开发对生态环境的影响主要表现在以下3个方面。

（1）天然植被生态退化。在干旱半干旱地区，植被是生态环境好坏的参照，而植被生长与土壤水分状况和地下水水位存在直接关系。陕北地区不同地貌单元的植被对地下水水位的敏感程度不同，黄土丘陵区主要分布旱生植物，其生长主要靠降水维持，与地下水关系不大，属非敏感区；河谷区、风沙滩地区主要分布草甸、人工林等湿生和中生植被，对地下水依赖性强，水位下降极易引起植被退化，属敏感区。煤矿疏干排水及管井开采，局部风沙滩地区地下水水位已降至当地生态水位埋深阈值（7 m）以下（见图4），对生态环境造成了严重威胁。

（2）湖泊、海子逐渐消亡。西北部风沙滩地区海子数量大幅减少，水域不断萎缩，从20世纪90年代至今红碱淖湖面面积已减小了1/4。湖泊、海子消亡，除受全球气候变暖、蒸发增强影响外，还受到建库拦截地表水、开矿疏干地下水以及无序开采地下水等影响。

（3）河川径流量衰减。窟野河径流量随煤炭开采量的增加而衰减的趋势十分明显，原因是煤炭及相关产业的耗水量大；煤矿疏干排水引起泉流量减小，河川基流大幅减小；煤矿采空区塌陷，导水裂隙沟通地表，极大地改变了河道径流条件，导致地表水漏失，造成河川径流量衰减。

2.3地下水功能区

将神木县各流域作为一个系统，统筹兼顾上游与下游、流域与区域、行业与部门之间水资源的综合开发利用，以其不同主导功能为基础，进行开采区、保护区、保留区划分，并进一步确定各功能区水质保护目标（见图5、表2）。

（1）开采区。将当前及规划期内以开发利用为主的区域划分为开采区，属一级功能区，进一步划分为集中开采区和分散开采区两个二级功能区。生活用水集中开采区主要位于窟野河中游县城以北的河谷区，包括地下水水源地及其一、二级保护区范围；窟野河支流椁牛川、乌兰木伦河、考考乌素沟河谷区、考考乌素沟南侧泉域以及秃尾河中游河谷区具有一定的开采潜力，但水质相对较差，可作为工业用水集中开采区；分散开采区主要位于河谷区的外围，这些区域水质好，但开采潜力不大，可作为当地居民饮用及农业灌溉水源。

（2）保护区。包括水源涵养区和生态保护区两个二级功能区，水源涵养区位于秃尾河源头的宫泊沟、圪丑沟流域，对维持下游瑶镇水库供水具有重要意义；生态保护区位于红碱淖闭流区，地下水在维持生态环境方面发挥着重要作用。

（3）保留区。保留区为地下水开发利用难度大或有开发潜力但目前不开采，用于未来水源储备的区域。划分为不宜开采区和储备水源区两个二级功能区，其中：不宜开采区包括县城以下窟野河流域和高家堡以下的秃尾河流域：黄河河谷区由于可以大量激发河水补给，因此该区域可以作为神木县的储备水源地。

在地下水功能区划分的基础上，根据其主导功能，兼顾其他功能用水要求，确定各功能区的水质保护目标。原则上，对水质现状好于其水功能区标准要求的，各水功能区水质目标不应低于现状：对于目前已经趋于临界值的，要加大保护力度，防止水质恶化；对于目前因污染等原因而导致地下水功能不能正常发挥的地区，要结合实际情况提出水质恢复目标，并采取积极的治理措施。

3地下水保护措施

地下水保护必须根据不同地下水功能区的水资源、水环境以及生态环境现状，采取针对性的分区保护措施，最终实现地下水资源的可持续利用。研究区主要包括3种地下水保护分区类型：水源地保护区、水质恶化区和生态水位保护区。

水源地保护区必须加强水质和水量两方面的保护工作。神木县的主要水源地位于秃尾河、窟野河的河谷地带，流域内的生产、生活废水大部分排入河流，河谷区承载着整个流域的污染负荷，因此要对整个汇流范围内的污染物排放进行控制管理，严禁各类不达标水体的排放：河流生态基流是维持水源地开采量的关键，一方面应加大煤一水关系研究，避免上游煤矿疏干排水引起河川基流量衰减；另一方面沿河分布的渗井、渗渠和管井等取水点应统一规划、合理布局、科学开采，注意开采井之间的相互影响等，避免不合理开采造成取水效率低，诱发环境地质问题等不良后果。

水质恶化区为Ⅴ类水分布地區，一部分位于地下水集中开采区，一部分位于地下水集中开采区上游，对供水安全构成严重威胁。因此，必须在污染源调查及水文地质条件详查的基础上进行风险评估，制定合理措施，控制恶化水体迁移，有必要时可开展局部地下水修复工作。

生态水位保护区主要位于秃尾河中游高家堡镇，水位已降至天然植被生态所依赖的水位以下，应改变不合理的地下水开采方式，禁止大规模管井开采，尽可能采用引泉或截伏流的方式开采地下水，维持地下水水位稳定，保护生态。

4结语

神木县地下水资源可开采量为3.266亿m3/a，现状开采量为1.226亿m3/a，整体上具有开采潜力，但受地下水不合理开采、污染等因素影响，局部地区出现地下水超采、水质恶化、水位下降严重等一系列地下水环境问题，亟须加强保护工作。综合分析神木县地下水开发利用现状、水质分布状况和生态环境特征等，将神木县分为开采区、保护区、保留区3个地下水一级功能区，集中开采区、分散开采区、水源涵养区、生态保护区、不宜开采区和储备水源区等6个二级功能区，并确定了各水功能区的水质保护目标。

污染物排放已造成开发区内局部地段水质恶化，超出水功能区水质目标，不合理的开采方式引起局部水位降至生态水位阈值以下，对供水安全和植被生态环境构成威胁。因此，针对不同地下水功能区的水环境问题可分为3种分区保护类型：水源地保护区、水质恶化区和生态水位保护区。水源地保护区内水质、水位保护并重，既要加强对汇流区污染物排放量的控制，又要对水源井进行科学管理，提高开采效率；水质恶化区要加强污染源管理，控制恶化水体扩散；生态水位保护区要改变不合理的开采方式，尽可能使地下水水位恢复到生态水位阈值内。