洪山泉流量变化趋势及衰减成因分析

褚桂红

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

0 引言

自上世纪五十年代开始，北方岩溶泉流量在整体上处于不断下降的趋势，泉流量衰减成为北方岩溶泉变化的主要特征[1]。山西省作为岩溶泉分布较集中的区域，全省共有19处岩溶大泉。在气候和人类活动共同作用下，目前晋祠泉与兰村泉均已断流。洪山泉作为山西省介休市重要的工农业供水水源，自上世纪90年代以来，泉域岩溶水被过量开采，导致泉流量急速衰减，泉域内工农业用水无法保障，甚至当地人畜饮水都成问题。本文对洪山泉历年流量趋势进行了分析，并探索了影响泉流量衰减的原因，为相关部门开展洪山泉岩溶水系统保护提供依据。

1 泉域概况

洪山泉位于山西省中部太岳山麓北端，地跨山西省晋中市的介休市、平遥县和长治市的沁源县，出流于介休市洪山镇狐岐山。洪山泉为一泉群，由小池、七星泉、源神池、黑虎泉和槐柳泉等组成[2-3]，泉域面积632 km2，泉域内气候四季分明，降水量多年均值488 mm，平均气温10℃。洪山泉岩溶水系统补给来源为大气降水与河道入渗补给，排泄方式包括泉水出流、向第四系孔隙水潜排、人工开采地下水和矿坑排水等。

2 洪山泉流量变化特征

洪山泉多年（1955-2015年）平均流量为0.926 m3/s，最大流量为1.75 m3/s（1965年），最小流量为0.001 m3/s（2015年），变差系数Cv为0.51，洪山泉流量多年变化特征见表1。

表1 洪山泉流量特征表

从洪山泉流量变化曲线可以看出（图1），洪山泉流量大体经历了从波峰-波谷起伏状态到直线下降式锐减过程。1956-1979年间，洪山泉径流量基本处于天然状态下，其多年平均径流量为4 270万m3/a，该段时期，洪山泉流量呈现出波峰-波谷起伏状态，洪山泉为稳定性岩溶大泉；1980-2000年，泉水径流量由缓慢减小演变为急速锐减，特别是1997年以后，随着人类活动的增加，泉流量开始断崖式下跌，该段时期，泉流量多年均值为3 371万m3/a，到2000年，泉水径流量减少到2 052万m3/a，比1956-1979年系列减少了51.9%；2000-2010年泉水径流量呈现出由急速衰减到缓慢减少的过程，其多年平均值为726万m3/a，到2010年泉水径流量只有258万m3/a；2011-2015年间，泉水径流量仍在缓慢地减少，其均值为116万m3/a，到2015年泉水径流量只有3万m3/a左右，下降幅度非常显著，几乎到了断流的地步。洪山泉衰减趋势见表2。

图1 洪山泉流量变化曲线

表2 洪山泉径流量衰减趋势分析表

3 泉流量衰减成因分析

通过对洪山泉历年流量趋势分析得知，洪山泉流量正处于严重衰减甚至即将断流的状态，造成这种局面的原因既有自然因素，也是人类活动干预的结果。

1）降水量的减少

大气降雨作为洪山泉岩溶水系统的主要补给来源，其大小必然控制着洪山泉泉水的出流状况。根据晋中市第二次水资源评价成果，1980-2000年系列比1956-1979年系列降水量减少了11.2%，而洪山泉流量减少了21.1%，说明泉水流量衰减速度远大于降水量的衰减速度。进入2000年以后，降水量虽然有所增加，但泉水径流量却继续呈衰减趋势，说明降水量的变化只是造成泉水流量衰减的影响因素之一，不是主要影响因素。

2）岩溶水开采量增加

上世纪80年代之前，人工凿井取用洪山泉岩溶水资源量较少，80年代之后逐步增加，岩溶水开采量由1991年的326.48万m3/a增加到1998年的632.6万m3/a，之后开始有所下降，但年均开采量均保持在500万m3/a左右。岩溶水的开采，直接袭夺了洪山泉水资源量，对泉水量的衰减造成了较大影响。同时岩溶水的过量开采，打破了地下岩溶水系统原有的平衡状态，造成了洪山泉域岩溶地下水水位持续下降、甚至形成了区域性的地下水位降落漏斗[1]，而降落漏斗的不断扩大和向纵深发展改变了地表水与地下水的补排关系，从而进一步导致泉流量的减小。泉水径流量与开采量的关系见图2。

图2 洪山泉岩溶水径流量与开采量关系

3）煤矿矿坑排水量的加大

煤矿开采改变了泉域内地表水与地下水的转化关系，泉域含水系统内无论何处利用井孔开采岩溶水或矿坑中排放地下水，最终都将影响洪山泉的流量，位于排泄区的煤矿直接排泄岩溶地下水，而位于补给径流区的煤矿则在一定程度上破坏了原有的地质结构，改变了地下水补、径、排的关系，使得地表径流的产汇流规律发生变化[4]，而地下水系统循环结构一旦被破坏，就难以恢复。因此，从泉域地下水的补给与排泄方面来说，采煤对泉域地下水的破坏和影响将具有永久性和不可逆转性。

4）河流入渗补给量的减少

孔隙水超采对洪山泉也有很大影响[5]。洪山泉泉域与龙凤河流域有280 km2的重叠区，河流在灰岩裸露区的入渗补给是洪山泉的一项重要补给源，孔隙水的大量超采造成了对龙凤河流量的袭夺，从而减少了龙凤河对洪山泉的补给，引起了洪山泉流量下降[6]。

4 保护措施

受气候、降水、采煤及人类活动等多重因素的影响，进入本世纪后洪山泉径流量急剧衰减，甚至面临断流风险，矿坑排水和岩溶水井的开采是洪山泉流量急剧衰减的主要影响因素。由于泉流量的急速衰减，致使泉域内工农业和人畜饮水等供水问题突出。面对洪山泉泉域内日益严重的水资源短缺状况，必须采取有效措施加强保护，争取在最短时间内使泉水复流，逐步增加泉水出流量。

1）法律保护措施

晋中市和长治市应成立统一的洪山泉岩溶水管理部门，并根据《中华人民共和国水法》等相关法律法规，开展洪山泉泉域岩溶水保护工作，包括在泉域重点保护区禁止任何单位和个人打井、截留、开矿、采石等行为，禁止新建、改建、扩建与供水设施和水源保护无关的项目等，在法律层面切实加强保护力度，做到令行禁止。

2）工程保护措施

（1）加强矿坑水的回用

在泉域范围内，所有煤矿均需建设坑口污水处理站及中水回用工程，处理后的矿坑水可用于矿区环境卫生及采煤用水，也可用于农田灌溉，通过增加中水回用量，减少地下水开采，使地下水得以涵养。

（2）充分利用跨流域调水量

随着山西大水网及各地市配套小水网的建设和运行，向各地市的地表水供水量均有所增加，特别是介休市，中部引黄工程建成后，向介休供水量2020年为1 346万m3/a，2030年供水量为1 840万m3/a，东山供水工程向介休市供水3 755万m3/a，这些水利工程的建设与运行可极大缓解洪山泉泉域地下水开采的压力，对泉域复流意义重大。

3）管理措施

泉域管理部门应积极采取措施严格控制泉域内地下水开采量，对必须开采地下水的，应严格执行开采量审批制度，同时加强环境保护和水环境宣传力度，加大地下水观测网建设，严格水资源管理。

［1］雷俊琴.洪山泉流量衰减原因分析及泉流量预测［D］.太原：太原理工大学，2014.

［2］韩行瑞，鲁荣安，李庆松，等.岩溶水系统—山西岩溶大泉研究［M］.北京：地质出版社，1993.

［3］王宏义，黄小丹，滕 飞.洪山泉域水源地保护区的划分探讨［J］.地下水，2008，30（1）：44-47.

［4］赵宇.洪山泉域现状分析及石口子水库运行对该泉域的影响［J］.山西水利科技，2015（4）：71-73.

［5］邓安利，王 帅，曹耀武，等.洪山泉流量对气候变化和人类活动的响应［J］.安全与环境工程，2015，22（2）：11-14.

［6］张效平，宋 儒.洪山泉流量动态及影响因素分析［J］.中国煤炭地质，2002，14（3）：31-32.