太原环境地质论文库 《合理开发地下水资源,保护地质环境的重要性》.doc

太原环境地质论文库合理开发地下水资源,保护地质环境的重要性 太原环境地质论文库合理开发地下水资源,保护地质环境的重要性 关键词地下水资源;环境地质问题;可持续利用;太原市 太原市是山西省省会和全国能源重化工基地的中心城市之一.全市总人口308.75万人,其中非农业人口203.92万人[1].太原市区面积占全市的21 ,却集中了全市74 的人口和91 的非农业人口,经济发展在全省占有重要地位. 因气候等自然因素和人口密集、重工业发达等社会因素,太原市缺水问题突出.目前太原市人均水资源量为243 m3/a,约为世界人均水平的1/50,全国平均水平的1/11,全省人均水平的1/2[2].太原市日供水量8.6105m3,而日需水量高达1.022106m3,日缺水2.62105m3,加上日超采地下水2105m3,太原市实际日缺水量高达4.62105m3,供水严重紧张已经成为制约经济发展和影响人民生活的主要因素之一.全市73.65 km2内的68万人白天基本无水,主要靠夜间供水[3].由于缺水,太原市每年有3.0109元的工业产值受到影响,占全市工业产值的15 . 水资源缺乏,以及水价与水资源、水环境相互作用机制的不协调,造成人为浪费和掠夺性开发.其中地下水超采,已经造成了岩溶泉水断流、地下水位下降、地面沉降、地下水污染等诸多环境地质问题,水资源耗竭与环境恶化矛盾十分突出,已成为太原市社会经济发展的严重障碍.因此,合理开发地下水资源,保护地质环境,使取水量保持在地质环境承受的范围之内,防止原有的环境地质问题进一步恶化,又不产生新的地质问题,对太原市水资源可持续发展具有重要意义. 1 水文地质条件 太原市水文地质条件十分复杂,各种类型的地下水都有分布.兰村泉域、晋祠泉域和东山一带以基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水为主,太原断陷盆地北端以碎屑岩类裂隙孔隙水和松散岩类孔隙水为主.大部分山区地下水由东、西、北三个方向向太原盆地形成径流,在边山断裂带形成集中富水区.天然状态下,大部分岩溶水以泉的形式排泄,一部分流入盆地补给盆地孔隙水,少部分以径流出境;盆地孔隙水以垂直潜水蒸发形式为主排泄,其次为侧向径流排泄.现状条件下,由于超采,盆地区已经形成大面积的水位降落漏斗,岩溶泉水流量减少甚至枯竭,地下水总体流向变为由四周向漏斗中部径流,蒸发排泄和侧向排泄变的很微弱. 按含水层水力性质及埋藏条件,可将盆地孔隙水划分为浅层水子系统包括盆地区潜水及第一承压含水岩组与中深层承压水子系统包括盆地区第二、第三承压含水岩组. 1浅层水子系统由于地下水超采,浅层水已处于疏干状态.浅层水水质以西张盆地最好,城区浅层水受污染,水质差.2第二承压含水岩组承压水贮存条件好,富水性较强.3第三承压含水岩组较第二承压含水岩组发育较差,埋藏深度大,补给条件差,不具备开采潜力.由于超采水位降落漏斗的形成,水流由四周向漏斗中心汇流.深层水水质有由北向南,由洪积扇区向冲洪积交接洼地,逐渐变差的规律. 2 地下水开发利用现状 地下水是太原市城市供水的主要水源,开采量占全市地表水与地下水合计供水量的86.72 .见表12000年,太原市地下水资源量为3.2948109m3,占全市水资源总量3.8932109m3的84.63 . 首先,从地下水开发利用方式分析,以人工管井集中开采为主的方式组成了城市自来水供水系统和自备水源供水系统,其中自备井数量和开采量占优势.1996年,自备井占水井总数的95.4 ,地下水开采总量当中,自来水开采量占47.18 ,自备水开采量占52.82 [4]. 其次,从地下水供水用途分析,工业用水所占用比例最大,其次为城镇生活用水,再次为农业用水.工业用地下水量集中于冶金、化工、煤炭、电力等行业.城市生活用水基本上全部采用地下水. 第三,从地下水类型分析,松散岩类孔隙水开采量与碳酸盐岩类岩溶裂隙水开采量大体相当.盆地松散岩类孔隙水的水位埋深浅,含水层厚度大,单井出水量大.自20世纪70年代以来大规模开采,第一承压含水岩组基本疏干,第二承压含水岩组也处于半疏干状态,浅层井及部分中层井大部分报废.东西边山区的碳酸盐岩类岩溶裂隙水赋存和径流条件较好,水质优良,是太原市城市供水的主要水源,用于城区生活与工业用水.城区以外的个别厂矿也开采岩溶水,但数量较少.此外,晋祠泉域内的部分乡村也引用岩溶水用于菜田果木和粮田灌溉,仅在灌溉期引用,季节性较强. 3 由地下水开发引起的环境地质问题 缺水和现行过低的水价是形成地下水资源超采、浪费与非持续性开发利用的原因.一方面,开采地下水的水资源费标准很低,没有反映开采地下水的资源成本;另一方面,自备水用水保证率高,促使用水户极力多凿自备井,多用地下水,少用或不用自来水.2003年引黄工程通水后,地下水超采的局面将会缓解,但由于引黄水量受黄河上、中游水量、水质的影响,所能引用的黄河水也是有限的.因此,目前应着力解决由超采导致的一系列环境地质问题. 3.1 岩溶泉水断流 太原市第一岩溶大泉兰村泉,20世纪50年代平均流量为4.2 m3/s,由于西张水源大量超采及泉域内自备井开采量增加,致使冽石寒泉干枯,泉水流量减少为不足0.1 m3/s.到1988年为止,泉水已全部干枯.著名的晋祠泉流量在50年代为1.95 m3/s,后因工农业大量开凿机井和自流井开采地下岩溶水,使得晋祠泉水流量1971年下降到1.3 m3/s,1980年下降到0.8 m3/s,加之20世纪80年代以来,岩溶水资源及煤炭资源的大量开采,西山煤矿大量排水,极大地改变了泉域岩溶水资源的环境条件,致使泉水流量迅速衰减,到1994年4月30日难老泉出现断流. 3.2 地下水位下降,漏斗区不断扩大 深层地下水作为太原市主要供水对象层,自20世纪60年代中期至90年代中期的30余年,总体上一直处于水位持续下降,漏斗不断扩大的过量开采状态.城区深层水位漏斗发现于1965年,漏斗中心位于动物园一带,水位埋深16.5 m,漏斗面积11.2 km2.北营一带出现小范围降落漏斗,面积为5 km2.至1976年动物园漏斗面积发展到88 km2,与北营漏斗毗连.漏斗中心水位50 m左右,水位下降速率为2 m/a～3 m/a不等.自20世纪70年代以来,城区降落漏斗迅速扩大,中心水位不断加深,工业自备井集中开采地段已与城区漏斗连成一片.1985年前后,城区深层水位漏斗面积已达到298 km2,并迅速向南扩展.动物园及北营一带水位下降速率达到2.76 m/a～5.26 m/a,水位埋深分别达到72.7 m及82.6 m.1985年～1996年,压缩了盆地深层地下水的开采,城区大漏斗水位下降速率减小到1.5 m/a左右,盆地地下水超采量也由80年代初的2.24105m3/a减少到1996年的1.57105m3/a[4]. 太原城区北营是盆地深层地下水下降速度最快的地区,1996年水位埋深达到129. 41 m,1965年～1996年下降速率为3.87 m/a[6].武宿及许坦两个漏斗,年均水位下降速率高达3 m/a～4 m/a.西张区由于长期持续过量开采,使深层承压水位由开采前1965年高出地面3.12 m,下降到埋深60.3 m,平均降速2.05 m/a.水位降落漏斗面积由1981年的18 km2扩展到1996年的150 km2[4]. 太原市地下水位持续下降导致了盆地区浅层和大部分中层已逐渐疏干,产水量大幅度减少.城区漏斗水位埋深由1985年的50 m～80 m下降到1996年的60 m～130 m,已大大低于该含水层组的顶板埋深,出现明显的“脱顶”现象,使承压水转化为层间无压水,含水层疏干,产水量大幅度减少.动物园等4处城市自来水厂1996年与1980年比较,产水量分别减少33 ～100 [5].地下水位下降和降落漏斗的出现还改变了水动力条件,引起水质不佳的浅层水越流补给深层水,造成不同含水层之间的串层污染,深层地下水质恶化,甚至引起某些开采井水化学类型的转变. 3.3 地面沉降严重 由于超采地下水,含水层被疏干,减小了含水层中的浮托力与支持力,从而使土体收缩产生地面沉降,出现地裂缝.地面沉降会使地面标高降低,造成雨季地表积水,降低水利工程的效益,使城市排水不畅,防、泄洪能力下降,建筑物地基失稳.地裂缝往往与地面沉降相伴生,造成房屋开裂,使建筑物倾斜,破坏地面设施. 太原市地面沉降具有以下特点①仅发现一个同心圆,最大沉降区在吴家堡;②沉降严重区在郊区而非城市中心区;③沉降区中心不在地下水漏斗中心而偏于其南侧;④沉降主要在冲积平原区而洪积倾斜平原沉降不显著[6].太原市地面沉降量的大小和开采井分布的疏密、抽水量的大小相一致,和深层承压水下降漏斗相吻合.据1985年～1989年136个精密水准点测量结果表明,太原市地面整体呈偏漏斗型下降趋势,南北长约15 km,东西宽约8 km,年平均沉降速率为0.037 m～0.114 m,中南部沉降量较大,且无规律.1990年,实施加密测量的结果表明,太原市吴家堡一带年沉降量达0.13 m,累计沉降量达1.3 m,吴家堡大马村一带并出现建筑物裂缝、地下管道裂缝、积水排不出去等现象[4].据预测,今后太原市地面沉降有加剧的趋势,这将会给地面建筑造成更大的破坏.地面沉降所造成的现实和潜在的危害,有时要比开采地下水所带来的效益大许多. 3.4 水质污染严重 地下水污染主要发生在太原盆地冲洪积平原区.太原市每年城市污水排放量达2.2108m3,工业废渣排放量达5106t[6].大量城市生活污水、工业废污水、垃圾渗液等未经处理,直接排入汾河,垂直入渗,引起地下水质恶化;农业引用废污水灌溉,加上化肥和农药使用量的增加,使污染程度进一步加剧.污灌面积已达3.5 ha,引用污水量占用农田灌溉用水量的40 ～50 ,个别地区达60 ～70 . 长期开采地下水会改变其水动力条件,加速污染源的入渗和扩散.监测资料表明,浅层地下水已遭受大面积污染,汾河两岸形成宽约5 km的带状污染,主要污染指标为CL-、SO42-、NO3-、COD、总硬度、矿化度、细菌指标等,严重超采使受污染的浅层水越层补给,深层水水质变差,其主要污染指标为硫酸盐、硝酸盐、矿化度、总硬度,个别地段还有铁、锰、铅的超标检出.汾河中游小店桥控制断面,常年呈重污染状态. 引黄后,太原市废水排放量将成倍增加,城市生活废污排放量将较现状增长3～4倍,预计到2010年达1.69106t/d,2020年达到2.24106t/d,这将加剧太原市及汾河下游的水环境污染状况[7]. 4 可持续利用与地质环境保护对策 4.1 建立节水型社会 节水是缓解供水矛盾的重要措施.①合理调整用水结构,实现污水资源化,加大污水处理率,进行回供.以节水和污水回用取代地下水超采.工业用水尽量使用处理后的污水,限制工业取用新鲜水;城市非饮用生活用水也可使用回用水.②提高水的重复利用率,降低单耗;减少地下水的开采量,鼓励地下水综合利用.③建立节水型工业生产体系,调整工业结构,加强工业节水技术改造,降低水耗.④增强全社会的水危机意识,搞好节水宣传. 4.2 合理调整水价 水价的改革和调整是刺激人们节约用水的强有力手段和措施,应包括①逐步提高地下水和地表水的水资源费,反映水的稀缺价值.②逐步提高自来水水价.③引黄工程供水初期,要采取利用水资源补偿费偿还贷款本息、争取优惠电价、加强工程管理等措施,降低供水成本,使引黄工程供水与当地水源设施供水的加权平均与用户可承受水价相适应.④引黄工程供水实行容量水价与计量水价.⑤实行定额用水制度,实行超定额用水累进加价制度,对于特殊困难用户,要给予适当的补助. 4.3 加强地下水地质环境监测与保护 ①加强水资源的统一管理,进行合理开采.为保护地下水水量持续和水质良好,必须对太原市水源和上游城市的水资源进行管理和保护.太原市上游的古交市应逐步建为节水型城市,增强煤矿节水能力,全部污废水处理后进行回用,减少外排. ②对已形成的地面沉降区,应严格控制地下水开采,采取压缩用水,调整开采层次或人工补给地下水.根据环境地质问题的成因,研究控制与治理对策,如压缩地下水开采量,开展人工回灌,逐渐恢复地面降落漏斗.地下水人工回灌是控制地面沉降,防止地质环境恶化的有效措施.应制定具体的回灌水量和近远期目标计划,严格掌握回灌水质量,认真组织实施,以涵养地下水资源. ③加强环境保护与治理.虽然环境保护与治理对地面沉降的控制无直接意义,但保护已有水源不被污染,相对增加可开采量,可缓解水源紧张,对地面沉降控制还是具有积极意义的.加强地下水开发利用中的动态监测和预报是防止与减轻环境地质问题发生发展进程的长远对策,也是地下水资源管理和保护的重要基础工作,要尽快形成和完善监测网络,在经济条件允许的条件下,逐步完善地下水水质监测. 4.4 加强法制建设,严格依法管水 对任何取水用户都要用有关法律、法规来规范其水事行为.①严格执行水法以及“取水许可制度实施办法”等法律法规的有关条例,对于不按分配取水指标超取地下水的、未经批准开采地下水的,给国家及其他用户造成损失的,要进行赔偿.②加强执法队伍建设,提高管理人员的综合素质,健全体制,强化职能.③加强地质环境保护和地质灾害防制的法制建设,制定地下水超采区管理的有关行政规章,把地下水资源保护纳入法制轨道,实行依法治理,以实现地下水资源的合理开发利用. 4.5 建立城市地下水管理信息系统 地理信息系统GIS是一种新兴的空间信息技术系统,GIS能够管理属性数据和与空间有关的地理数据,具有强大的空间分析功能和强大的图形输入输出处理功能,因此可以广泛应用于与地理空间有关的资源管理、环境监测、区域规划、市政工程管理、辅助决策等方面.我国的GIS技术近年来发展迅速,取得了许多成果,已能自主开发地理信息系统软件,在一些部门单位得到很好的应用.地下水资源的管理,涉及到社会、经济、水文、地质等许多因素,需要处理大量的图形、文字资料和数据,传统的管理