李發(fā)菊,陽建新,張秀麗

(華北有色工程勘察院有限公司,河北 石家莊 050021)

淺談河北地下水資源開采情況及引發(fā)的災(zāi)害

李發(fā)菊,陽建新,張秀麗

(華北有色工程勘察院有限公司,河北 石家莊 050021)

河北省是我國水資源供需矛盾最突出的省份之一,由于長期超量開采地下水,造成了諸如地下水位下降、地面沉降及地裂縫、巖溶塌陷、海水入侵、水質(zhì)污染等一系列環(huán)境地質(zhì)問題。根據(jù)河北地下水資源現(xiàn)狀以及超采地下水引發(fā)的主要地質(zhì)災(zāi)害分析,對進(jìn)一步開發(fā)將引發(fā)更加嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行了預(yù)測,并對地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的措施進(jìn)行了探討建議。

水資源;地下水;地面沉降;地質(zhì)災(zāi)害

0 前言

河北省總面積 18.77萬 km2,總?cè)丝?67000萬,現(xiàn)有 11個(gè)省轄市,23個(gè)縣級市,108個(gè)縣,6個(gè)自治區(qū),35個(gè)市轄區(qū),地下水資源在河北省水資源中占有舉足輕重的地位,在全國算的上是地下水開發(fā)利用程度最高的省份,河北省處于水資源短缺的華北地區(qū),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,特別是 20世紀(jì) 80年代以來本省和上游鄰省對地下水水資源開發(fā)利用程度越來越高,達(dá)到了超常規(guī)開發(fā)的地步,造成自產(chǎn)地表水資源量明顯減少,入境、出境水量衰竭,入海水量銳減。目前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展主要靠掠奪性開采深層地下水。由于連年的超量開采地下水,已導(dǎo)致河北多處地層下降,形成以各個(gè)轄市為中心的多個(gè)“漏斗”群。

1 地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

河北省平原區(qū)淺層地下水水位總體穩(wěn)定,深層地下水呈下降趨勢;冀西北山間盆地地下水水位基本穩(wěn)定,灤河流域山間盆地地下水水位呈現(xiàn)下降趨勢;燕山地區(qū)巖溶地下水水位基本穩(wěn)定,太行山區(qū)呈現(xiàn)下降趨勢;壩上高原潛水水位較穩(wěn)定。河北省地下水天然補(bǔ)給資源總量為 170.26億 m3,其中地下水可開采資源量為 119.86億 m3,石家莊和保定較為豐富,分別為 24.86億 m3和 22.94億 m3,之后依次是邯鄲、唐山、邢臺、張家口、廊坊、秦皇島、滄州、衡水,承德地下水可開采資源量最小,為 1.25億 m3。省會(huì)石家莊市人均水資源量 244m3,是全國乃至全世界缺水最嚴(yán)重的地區(qū)之一。由于地理位置所限,石家莊市是以地下水供水為主的城市。長期以來,市區(qū) 90%的用水依賴地下水。石家莊地下水的合理開采量(非農(nóng)業(yè))每年為 1.4億 ～1.5億 m3。近年來,地下水年平均開采量為 28.53億 m3,而多年平均地下水可開采資源量為 16.31億 m3,平均每年超采 10多億 m3。

2 地下水超采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題

在現(xiàn)代化進(jìn)程中由于人們的環(huán)境意識,可持續(xù)發(fā)展意識遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展意識,所以無節(jié)制的盲目過量開采地下水,使地下水位持續(xù)下降,引發(fā)了一系列嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境惡化與環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害,目前河北省表現(xiàn)較為突出的主要有以下幾點(diǎn)。

2.1 地下水水位下降,形成降落漏斗,導(dǎo)致地面沉降

河北省可供水量持續(xù)減少,水資源供需比僅為 0.67,缺水 51.28億 m3、為了滿足各地對水資源的需求,河北省大量開采地下水,地下水位呈持續(xù)下降態(tài)勢。目前,河北省平原區(qū)淺層地下水距地表已達(dá) 15.7 m,個(gè)別地點(diǎn)埋深已達(dá) 50多米,地下水蓄存量逐年減少。其中以唐山市缺水 10.77億m3為最多,省會(huì)石家莊缺水居第二位。淺層地下水正以每年1m的速度下降、地下水超采面積已達(dá) 5萬多 km2,已經(jīng)形 21個(gè)地下水漏斗成罕見區(qū)的“地下漏斗群”,其中滄州漏斗和冀棗衡這兩個(gè)深層地下水漏斗為最,嚴(yán)重程度世界罕見。河北東部平原已成為全世界超采地下水最嚴(yán)重、地下水位降落漏斗面積和地面沉降面積最大的地區(qū);滄州沉降區(qū)每年的沉降量高達(dá) 83.8mm。河北省有 100多座城市和一些井灌區(qū)地下水水位持續(xù)下降。在河北滄州超采地下水引起的地面沉降導(dǎo)致的災(zāi)害最為突出,地面沉降導(dǎo)致建筑、道路和地下管線的破壞,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。滄州深層地下水漏斗區(qū)的最大水位埋深超過 100m。

表1 河北主要城市地下水位下降漏斗

2.2 開發(fā)地下水引發(fā)的地面塌陷,地裂縫災(zāi)害

目前河北省平原的地裂縫活動(dòng)現(xiàn)在仍處于活躍期,多處發(fā)現(xiàn)了巖溶塌陷災(zāi)害。目前,由于深層地下水超采,河北平原地區(qū)已發(fā)現(xiàn)地裂縫 482條,最長的達(dá) 8 km,最深10m,影響到近 7個(gè)地區(qū)的近 70個(gè)縣市。秦皇島市地面塌陷面積達(dá) 34萬 km2,較易引起巖溶地面塌陷和地裂縫,河北平原地裂縫規(guī)律性分布于太行山和燕山山前傾斜平原和中部低平原,規(guī)模大小不一,短的僅僅十余米,長的達(dá)到數(shù)千米,都具有較強(qiáng)的方向性,同時(shí)也具有明顯的區(qū)域性、成帶性和系統(tǒng)性特征。另據(jù)調(diào)查,滄州、邢臺等城市相繼出現(xiàn)地面塌陷、地裂縫。當(dāng)?shù)亓芽p發(fā)生在有人類活動(dòng)的地區(qū)時(shí),便可成為一種地質(zhì)災(zāi)害,各類地裂縫穿越民居、廠礦、農(nóng)田,橫切道路、水管及各種公共設(shè)施,致使建筑物破損、農(nóng)田毀壞、道路變形、管道破裂、影響人民生活、廠礦生產(chǎn)和安全。

圖1 秦皇島巖溶地面塌陷坑

圖2 秦皇島巖溶地面塌陷坑及地裂縫

圖3 河北安平地裂縫

圖4 河北柏鄉(xiāng)地裂縫

2.3 自然景觀、生態(tài)環(huán)境遭到破壞

由于對地下水量的超采,對自然景觀、植被與樹木的影響,超量開采地下水,使地下水位大幅度下降,使井泉、河流干涸,土壤水分大量漏失,嚴(yán)重影響地面植被與樹木的正常生長,破壞了美好的自然景觀。由于超采地下水,地下水位下降,加速了河水的下滲與河流的干涸,不僅使地表草被植物枯干致死,而且使速生喜水的樹木如楊樹、柳樹等生長困難、幼樹不勤澆水則不易成活,因而加速了土地沙化。

2.4 超采引發(fā)地下水環(huán)境的污染

由于對地下水資源超采,地下水水井出水量減少,水質(zhì)惡化,使深層地下水位持續(xù)下降,必然激發(fā)淺層一些受工業(yè)污染的廢水、生活污水(如含磷洗衣粉污水),尤其是醫(yī)用廢水、動(dòng)物排泄物以及含化肥農(nóng)業(yè)灌溉水等向深層補(bǔ)給,河北省會(huì)石家莊市的污染源主要是工業(yè)污染源,其次為生活垃圾。地下水污染途徑主要有兩類:(1)間歇入滲污染,以市區(qū)工業(yè)和生活固體廢棄物及郊區(qū)污灌農(nóng)田的淋濾為主。其中,郊區(qū)灌溉始于 1956年,20世紀(jì) 70年代末南部郊區(qū)污灌逐漸減少,到 1981年全部停止,但污灌的長期影響依然存在。(2)連續(xù)入滲污染。以廢水產(chǎn)生排放過程中的連續(xù)入滲污染為主。工廠污水跑冒漏現(xiàn)象形成一些局部污染源,通過包氣帶滲透污染含水層,城區(qū)廢污水絕大部分被排入無防滲設(shè)施的明渠瀉洪渠,在輸送過程中沿途滲漏污染地下水。污染源中的污染物一般在液體介質(zhì)的作用下經(jīng)包氣帶進(jìn)入地下水。(3)海水入侵,污染地下淡水層;由于持續(xù)超量開采地下水且井群集中,不僅造成了地下水位的下降,也使地下水流場發(fā)生了巨大變化。河北省沿海城市的區(qū)域地下水水位大幅下降,導(dǎo)致海水入侵地下水。海水入侵后,淡水受到不同程度的污染,使淡水水質(zhì)變咸,破壞了咸淡水天然平衡狀態(tài),進(jìn)一步削弱了原來短缺的淡水資源,還造成土地次生鹽堿化,甚至淪為不毛之地。秦皇島市海水倒灌已有 55 km2,許多工業(yè)冷卻設(shè)備被大量腐蝕。

3 地下水資源進(jìn)一步開發(fā)將引發(fā)更加嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問題

河北省地下水年開采量將維持在 170億 m3左右,需求量則要 280億 m3,缺水量為 110億 m3。維持目前的地下水開采水平,開采量不再增加,供水區(qū)的深、淺層水位仍會(huì)繼續(xù)下降,已無多少地下水層可以再開采。

在中西部的山區(qū)和平原地區(qū),2010年以前,石家莊市區(qū)、邢臺市區(qū)和永年、磁縣等地的地下水將被疏干,無地下水可用,面積將達(dá) 1 863 km2?？深A(yù)測 2020年以前,邯鄲市區(qū)也將成為地下無水區(qū)。到 2030年,河北將有大面積的地下水被疏干,只好開采深度在百米以下的第三含水區(qū),由于該區(qū)富水性差,地下水位下降速度將明顯加快。

而東部地下水的繼續(xù)開采,將會(huì)造成不可挽回的損失,一是海水入侵造成含水層的永久性破壞,使子孫后代徹底失去寶貴的后備水源;二是地面沉降迅速發(fā)展,危害加重?？深A(yù)測,到 2030年,沉降量大于 700 mm的面積將達(dá) 28 836 km2,接近平原區(qū)總面積的二分之一,造成極為嚴(yán)重環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。

推測,到 2030年,河北省地面累計(jì)沉降量大于 700mm的面積將達(dá)到 28 000 km2。滄州、任丘兩個(gè)沉降區(qū)將連成一體。滄州沉降中心累計(jì)沉降量將達(dá)到 5 000多毫米,沉降速率將達(dá)到每年 96.2mm。

4 地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的措施

河北省水資源缺乏,在工農(nóng)業(yè)和城市又需要大量水資源,因過量開采已經(jīng)造成了眾多的地質(zhì)災(zāi)害,在這現(xiàn)實(shí)矛盾的情況下,為了可以持續(xù)利用地下水作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐,應(yīng)采取以下幾個(gè)方面的措施:

4.1 控制地下水超采和推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)雙管齊下

在節(jié)水農(nóng)業(yè)的推廣方面,河北省各級政府、科研教學(xué)單位、有關(guān)社會(huì)團(tuán)體都曾做了大量的工作,但是從地下水超采的情況看,沒有看出緩解的跡象。根本的問題是該區(qū)地下水資源管理的不夠明確。因此,要解決節(jié)水農(nóng)業(yè)的普及與推廣問題還需從建立地下水管理制度和立法著手,把這兩者結(jié)合起來,雙管齊下方能見到實(shí)效。

4.2 建立和完善超采區(qū)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測

按流域,地域連續(xù)觀測和分析典型地下水水位、水質(zhì)的變動(dòng)實(shí)態(tài),為地下水的開發(fā)利用和保護(hù)提供科學(xué)的決策依據(jù)。

4.3 劃定地下水超采區(qū),嚴(yán)格地下水超采區(qū)取水許可管理

水行政主管部門應(yīng)會(huì)同有關(guān)部門劃定地下水超采區(qū)。對嚴(yán)重超采地區(qū),應(yīng)劃定地下水禁止開采區(qū)或限制開采區(qū)。

禁止開采區(qū)內(nèi)應(yīng)嚴(yán)格禁止建設(shè)項(xiàng)目取用地下水;已建地下水取水工程應(yīng)結(jié)合地表水等替代水源工程建設(shè),按照治理目標(biāo)限期封閉。限制開采區(qū)內(nèi)新建、改建、擴(kuò)建的建設(shè)項(xiàng)目,要按照《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證管理辦法》,進(jìn)行嚴(yán)格的水資源論證,避免高耗水建設(shè)項(xiàng)目取用地下水;限制開采區(qū)內(nèi)已有的地下水取水工程,要根據(jù)水源替代工程建設(shè)情況、水資源條件、節(jié)水潛力,逐步削減取水量。

4.4 啟動(dòng)地下水保護(hù)行動(dòng)計(jì)劃

根據(jù)地下水超采區(qū)治理規(guī)劃確定的治理目標(biāo),水行政主管部門要先行選擇部分地下水嚴(yán)重超采地區(qū)或地下水超采嚴(yán)重的城市,開展地下水保護(hù)行動(dòng)試點(diǎn)。通過節(jié)水、治污,增加污水處理回用量,合理開發(fā)利用地表水,充分利用雨洪資源,適當(dāng)采取跨流域調(diào)水等措施,實(shí)行地表水、地下水統(tǒng)一調(diào)度,逐年壓縮和調(diào)整地下水開采量。對地下水飲用水源地和主要供水水源地要建立水源保護(hù)區(qū),防止水源枯竭和水體污染。對城市深層地下水超采區(qū)應(yīng)提出積極的回灌措施。

4.5 搞好地下水科研工作

要加強(qiáng)有關(guān)地下水的形成、運(yùn)動(dòng)等基礎(chǔ)性問題的科學(xué)研究。保護(hù)和管理好地下水資源,采取天然補(bǔ)給和南水北調(diào)人工回灌等措施,補(bǔ)充地下水。

[1]馬玉信.河北省地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀與潛力,地下水 1900年第一期

[2]鄒繼興.河北省水資源開發(fā)引起的環(huán)境地質(zhì)問題,中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào) 1992(3)

[3]王保民.河北省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告,2003(4)

X 45

B

1004-1184(2011)01-0036-03

2010-10-12

國土資源大調(diào)查項(xiàng)目(NO.1212010611402)

李發(fā)菊(1977-),女,青海西寧人,助理工程師,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、勘察設(shè)計(jì)工作。