人为影响下的百泉泉域岩溶水动态特征研究

马利涛 刘一梅 陈涛

摘要：自上世纪七十年代以来，在水库截留、岩溶水大量开采等人为影响下，百泉及达活泉相继断流，岩溶水水位呈持续下降趋势，岩溶水动态特征和天然状态下截然不同。近年来，邢台市城区岩溶水开采量不断压减使水位开始恢复，而南部铁矿区仍在大量排水导致水位继续下降。本文通过研究人为影响下百泉泉域岩溶水动态特征，旨在提出地下水资源合理利用与保护对策，进而为百泉泉域岩溶水生态修复奠定基础。

关键词：百泉泉域;岩溶水;地下水动态;开采量

一、研究区概况

百泉泉域在地层岩性、地质构造和地形地貌等多种因素控制下构成了一个以降水和河流渗漏为补给、以泉和人工开采为排泄的基本完整、独立、封闭的水文地质单元。

百泉泉域面积3843km2，其中变质岩区为岩溶水的间接补给区面积2204.4km2;中部岩溶水的直接补给区面积338.6km2;东部灰岩隐伏，径流、排泄区面积1300km2。境内有白马河、七里河、沙河、马河、北洺河等河流进入灰岩裸露区后漏失严重，直接补给地下水。岩溶水自西向东径流，并向岩溶水强径流带汇集，受邢台～内丘弧形大断裂阻水作用，岩溶水溢出，形成著名的百泉、达活泉两大泉群。泉域内岩溶地下水最大径流长度46km，最大循环深度标高在-650m左右。排泄点（百泉）出露标高为66.6～75.2m。自1986年干涸以来，至今尚未恢复。仅在1990年、1996年、1997年偶有短时溢出。

二、岩溶水补给、径流、排泄条件

1.补给条件

百泉泉域为岩溶泉排型，相对封闭、独立，补给源全部来自于大气降水，无外来侧向补给，补给时间主要为每年的雨季，其补给方式主要有：灰岩裸露区大气降水入渗补给、河道渗漏地表水入渗补给。

2.径流条件

受构造和地层岩性控制，泉域在一些岩溶水交替作用强烈的区域多形成强径流带。在天然条件下，径流总的趋势是由西北、西、西南三个方向向百泉泉群和达活泉泉群汇集。现状条件下，受人为开采影响，岩溶水向多个开采漏斗汇集，径流条件发生巨大变化。

3.排泄条件

在天然条件下，岩溶水主要通过百泉泉群和达活泉泉群溢出地表排泄，部分顶托与侧向补给第四系孔隙水。人工大量开采岩溶水后，泉水逐渐断流，人工开采取代了泉群的天然溢出。

三、岩溶水水位动态特征

（一）岩溶水水位时间变化特征

泉域内岩溶水动态严格受大气降水和人工开采控制，并以雨季集中补给，常年消耗为特征，同时呈现出既有丰水年和枯水年（7～10年）年际动态变化规律，又有丰水期和枯水期年内季节性和周期性变化规律。

1.岩溶水水位年际变化特征

随着岩溶水开采量不断增大，水位也出现较大变化，多年变化呈阶梯状递减，总的趋势是逐年下降，同时泉流量也逐年减少乃至断流。说明补给量已小于排泄量，反映了开采型动态特征。

除了上述水文年周期变化规律外，本区岩溶地下水还存在着7～10年的多年周期变化规律。上世纪60～70年代为10年周期，上世纪80年代以来为7年周期。多年周期的水位变化与大气降水周期相吻合。周期开始时，地下水位上升至最高峰，经过4年左右的相对稳定期，然后逐年下降，到本周期结束时达到最低水位。然后随着丰水年强降雨补给（2000年降雨798.4mm/年、2016年879.1mm/年），使得水位出现猛升的现象。

2.岩溶水水位年内变化特征

年内变化呈不对称波状，大体可分为三个阶段：

第一阶段为回升期：岩溶水水位于每年7～11月份，在补给区为短时、快速、直线回升;在径流区、排泄区逐渐过渡为缓慢曲线式回升。回升速度在补给区为7～50cm/d，径流区为2～7.0cm/d，排泄区为2～2.5cm/d。

第二阶段为相对稳定期：在丰水年，径流区与排泄区于11月中旬以后有1～3个月水位稳定期，补给区一般无稳定期;枯水年份，各区均不具有水位稳定期。

第三阶段为下降期：在补给区一般在每年的10月至下年6月，径流区于11月至下年6月，排泄区于1月至6月，呈直线下降，下降速度补给区为3～5cm/d，径流区为2～3cm/d，排泄区为0.5～2.0cm/d。地下水变幅，补给区一般为20～50cm/d，径流区为10～20cm/d，排泄区0.5～10cm/d。在持续3年以上干旱年份的情况下，岩溶地下水的水位呈连续下降状态，无明显的升降期之分。

（二）岩溶水水位空间变化特征

岩溶水补给区与径流、排泄区的水位动态存在着较為明显的差异。补给区表现为剧变型，而径流、排泄区则表现为缓变型。通过收集、分析区域内大量岩溶水水位动态观测数据，观测孔位置见图1，观测孔水位动态见图2，发现以下规律：

1.南部武安北洺河铁矿一带水位自1974年至今已下降200多米，而市区一带自1974年至今水位下降仅35米。为便于对比，根据以上分析，认为百泉泉域以大沙河为界划分为南、北两个单元，以邢台市区、内丘县为北单元，以沙河市、武安市为南单元。北单元多年平均开采量为10705.97万m3，南单元多年平均开采量为11033.19万m3，数值极为接近，基本可以说明近些年来，百泉泉域南、北两部分岩溶水开采量相差不大，但是存在南北两单元水位下降值差异明显的现象，即南部武安水位下降远大于北部，是因为南单元富水区域呈条带状，储水空间较小，北单元富水区域呈面状，储水空间较大。

2.除西石门铁矿处于独立单元外，其它观测孔水位变化趋势基本一致，即水位上升或下降基本同步，例如：2016年7·19强降雨后，各观测孔均在8月份出现明显水位上升，并在次年1～2月达到最高值;2019年枯水年，年降雨量为364.1mm，各观测孔水位自2019年1月至2020年6月均呈下降趋势，且下降幅度由北向南逐渐增大，侧面反映出近几年南部沙河市及武安市的矿山地下水开采量明显大于邢台市区一带。

3.1974年至2014年1月，邢台市城区一带（董村、柴家庄等）岩溶水水位标高低于沙河市及武安市矿区（郭二庄、中关等），随着近几十年矿山大量排水，邢台市区岩溶地下水开采量不断压减，自2014年1月开始，出现邢台市城区一带（董村、柴家庄等）岩溶水水位标高高于沙河市及武安市矿区（郭二庄、中关等）的现象，该现象说明百泉泉域的流场已发生变化。

四、结论与建议

（一）结论

1.泉域内岩溶水动态既有丰水年和枯水年（7～10年）多年动态变化规律，又有丰水期和枯水期年内季节性和周期性变化规律;

2.岩溶水水位动态补给区表现为剧变型，而径流、排泄区则表现为缓变型。南部沙河市及武安市富水区域储水空间较小，且近几年矿山地下水开采量明显大于邢台市区一带;

3.百泉泉域岩溶水动态特征及流场演变显著受人为因素影响，水库截留、岩溶水长期大量开采是导致泉水断流和水位下降的根本原因，开采结构变化导致岩溶水流场演变是岩溶含水介质系统性的充分体现。

（二）建议

1.加强水库补水、引江水补水开源工程建设;

2.开展矿山整治工作，督促泉域内有条件矿山企业实施矿山排水回灌工程;尽快实施隔水帷幕工程或进一步优化帷幕，提高堵水效率;

3.在补给区适当增设岩溶地下水位动态监测点，建立动态监测系统及信息化管理平台。

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作者简介：马利涛，1986年出生，男，汉族，河北邢台市人，工程师，本科，研究方向：水文工程地质。

基金项目：国家基础资源调查专项课题“地下水饮用水源地及保护区基础环境状况调查方法与示范”（项目编号：2017FY100401）及“河北省太行山水源涵养区岩溶水系统环境地质调查评价项目”。