水利工程論文-南水北調(diào)供水區(qū)淺層地下水環(huán)境劣變機制及效應.doc

水利工程論文-南水北調(diào)供水區(qū)淺層地下水環(huán)境劣變機制及效應摘要：在海河流域太行山前平原區(qū)水資源開發(fā)利用中，地下水資源的開發(fā)利用占水資源利用總量的70以上，同時山前大規(guī)模攔蓄山區(qū)徑流進入平原區(qū)補給地下水的水量，造成地下水補給源大幅度削減，加之近20年來區(qū)域降水量的明顯減少，導致了研究區(qū)地下水環(huán)境的嚴重劣變，引發(fā)了諸多環(huán)境地質(zhì)問題，從逆向思維出發(fā)，地下水環(huán)境劣變的結(jié)果為南水北調(diào)客水創(chuàng)造了理想的地下調(diào)蓄庫容，使得區(qū)內(nèi)多源水更好地發(fā)揮效益而具備了客觀條件。建議：立足于流域水資源的視野，遵循水循環(huán)的疏導規(guī)律和資源最佳效益的準則，系統(tǒng)研究地表水和地下水間資源互動關系及其在社會、經(jīng)濟發(fā)展中和維持生態(tài)環(huán)境中的自然屬性，高度重視太行山前平原地下空間的資源性及其對客水資源效益的時空伸展性。只有這樣，才能發(fā)揮本地水資源和客水資源的最大效益關鍵詞：南水北調(diào)供水區(qū)太行山前平原地下水環(huán)境劣變南水北調(diào)供水區(qū)太行山前平原淺層地下水環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了劣性變化，形成了大范圍常年性地下水漏斗區(qū)，面積達1.42104km2（圖1），第含水層組疏干面積達1.05104km2。在山前平原大部分地區(qū)，地下水位埋深已由20世紀60年代的24m下降至10m以下，局部達到40多m（表1）。圖119581998年海河流域山前平原地下水位降幅分布太行山前平原地下水位持續(xù)下降動因何在？它與氣候變化、地表攔蓄和超采地下水之間是何種關系？這是南水北調(diào)客水高效、合理利用的重要前期課題。1降水量變化對淺層地下水的影響從表1可見，20世紀50年代至80年代，無論是海河北系或海河南系的年降水量，還是海河全流域的年降水量都呈遞減變化，19561989年海河流域降水量平均減少3.85mma，海河北系減少4.68mma，海河南系減少3.95mma。20世紀90年代降水量有所增加，但是與其50年代相比較，海河流域降水量仍然減少81.5mm，海河北系減少116.3mm，海河南系減少104.3mm。歷史上曾經(jīng)進行過19561984年系列和19851998年系列水資源評價。19851998年系列與19561984年系列比較，降水量減少，其中山區(qū)平均減少14mma，平原區(qū)平均減少34mma。由于陸地水資源的源泉降水量不斷減少，勢必造成海河流域陸地總水資源量的減少。兩個系列比較，山區(qū)地下水資源量減少了6.2，為7.88108m3a；平原減少了18.4，為38.6108m3/a。圖2不同年代海河流域降水量變化表1海河流域平原區(qū)主要淺層地下水位漏斗分布情況注：引自海河水利委員會等，海河流域地下水資源現(xiàn)狀評價與環(huán)境地質(zhì)效應分析，2001年4月。從圖3可以看出，19851998年期間海河流域三級區(qū)淺層地下水資源量減少（Q）與年降水量減少（P）呈正相關關系，即Q1.16P3.64。換言之，從海河全流域來考慮，若以19561984年多年平均地下水資源量和降水量作為基數(shù)，當降水量減少1時，導致地下水資源量減少了1.16；當降水量不變時，地表攔蓄和超采地下水等因素，致使地下水減少3.64。圖3淺層地下水資源變化量與降水變化量之間關系2地表攔蓄對淺層地下水的影響由于山前平原河道巖土顆粒較粗，滲透能力強，以至河道滲漏成為地下水的重要補給源。1963年大清河系平原地下水補給量40.1108m3a，其中河道滲漏補給占24.81。19561980年海河流域山前平原多年平均地下水補給量66.2108m3a，其中河道滲漏補給占7.29。19802000年河道滲漏補給減少至不足3。河道滲漏補給量占地下水總補給量的比率由20世紀60年代24.81減少至90年代不足3，是河道長期干涸的結(jié)果。河道滲漏對河道兩岸地下水位的補給影響是顯著的。以1996年8月海河南系平原南部地區(qū)及上游發(fā)生的特大洪水入滲補給為例。受該次洪水入滲補給的影響，石家莊漏斗中心地下水位埋深由1996年8月的42.4m，上升到1997年7月的35.9m（圖4），漏斗中心水位回升6.58m，同時漏斗封閉面積綜合79.50km。圖4“968”洪水補給引起的山前平原地下水變化過程“968”暴雨后，海河南系平原區(qū)淺層地下水儲存量增加34.21108m3（1995年和1996年的降水量分別為656.4mm和654.2mm，地下水開采量分別為79.82108m3和78.30108m3）。本文核算全淡水區(qū)與有咸水區(qū)2g/L地下水資源增加38.37108m3。由此可見，河道長期干涸，明顯地減少了地下水補給源。3超采對淺層地下水的影響20世紀80年代以來，由于社會生產(chǎn)力進一步提高和平原區(qū)地表水體進一步減少，對地下水的需求量愈來愈大，造成淺層地下水處于嚴重超采狀態(tài)。19851998年海河流域平原累計超采淺層地下水量253.3108m3，超采區(qū)多年平均超采量達33.9108m3a。19581975年海河南系平原區(qū)平均消耗淺層地下水儲存量7.29108m3/a，19751985年平均消耗儲存量10.44108m3a，19851998年平均消耗存量11.71108m3/a。長期超采對地下水形成能力產(chǎn)生一定影響。從圖5可見，海河流域平原淺層地下水位持續(xù)下降與開采能力（機井數(shù)）之間為互動關系。從20世紀50年代至90年代，隨著開采地下水機井數(shù)量的不斷增加，埋深大于10m的淺層地下水分布區(qū)面積隨之擴大。大量超采淺層地下水，不僅使得平原地下水位不斷下降（表2），而且，還由于包氣帶厚度不斷增大而導致降水入滲補給地下水周期增長，入滲系數(shù)減小。一些地區(qū)的降水入滲補給系數(shù)已由1984年之前的0.300.40減少為現(xiàn)狀年的0.200.30（陳望和等，1999）。圖5海河流域平原區(qū)淺層地下水變化與開采能力變化之間關系表2海河流域平原不同時期地下水位平均降幅及累計降深4淺層地下水位持續(xù)下降的負效應4.1破壞地下水流場自然規(guī)律，減少中下游區(qū)側(cè)向補給平原淺層地下水位的持續(xù)下降，形成了不同規(guī)模的地下水位漏斗，破壞了天然地下水流場自然規(guī)律，造成漏斗區(qū)下游地下水倒流（圖6），導致向下游區(qū)測向補給地下水量減少。4