許慶濤

(聊城市水利工程總公司，山東聊城252000)

1 引言

聊城市地處魯西黃河沖積平原，轄三區(qū)一市六縣，總面積8715 km2，屬半干旱大陸性氣候，多年平均降水量561 mm，平均水面蒸發(fā)量1280 mm。隨著該市工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用也急劇增長(zhǎng)。人均占有淡水資源量為149m3/人，僅為全國(guó)人均量的6.5%;每年引用客水量約占總用水量的50%，缺口較大。當(dāng)前，聊城市工業(yè)及生活用水主要靠開(kāi)采地下水，其中深層淡水由于水質(zhì)好、不易受污染、單井出水量大且穩(wěn)定，成為高耗水企業(yè)和苦咸水區(qū)生活飲用水的主要開(kāi)采對(duì)象。但是深層淡水埋藏深度大，補(bǔ)給恢復(fù)能力很差，由于超量開(kāi)采，已經(jīng)形成多個(gè)大型漏斗區(qū)。如何對(duì)深層淡水進(jìn)行可持續(xù)開(kāi)采利用，是本區(qū)亟待解決的問(wèn)題。

2 研究區(qū)域深層淡水水文地質(zhì)特征

聊城市的地下水類型為第四系與上第三系松散層的孔隙水，除沿黃地帶為全淡區(qū)外，其它地區(qū)均有咸水分布，水化學(xué)分帶在垂直方向呈淡—咸—淡或咸—淡分布。本文所討論的深層淡水就是咸水層之下淡水。該層水的埋藏與分布受古地理環(huán)境、咸水層底界面及河湖沉積物發(fā)育程度的控制，其頂界面埋深一般在150～250m，底界面埋深變幅較大，在600～900m。

本區(qū)深層淡水含水層巖性一般以河湖相沉積的上第三系明化鎮(zhèn)組的粉細(xì)砂、中砂為主，中粗砂次之。該淡水層段內(nèi)具有6～16層砂，單層厚度一般在2～18m，局部地區(qū)可達(dá)30m，累計(jì)厚度一般在20～80m。根據(jù)多年抽水試驗(yàn)資料，本區(qū)每米含水層單位降深出水量一般在0.06～0.1m3/(h·m·m)，單井出水量一般在30～100m3/h。在開(kāi)采條件下，該深層淡水含水層本身彈性釋水與弱透水層壓密釋放進(jìn)行補(bǔ)給的比例約占94%，其次為很少量的越流補(bǔ)給。

本區(qū)深層淡水水質(zhì)變化較大，在冠縣、臨清等西部地區(qū)，礦化度一般不超過(guò)1.2g/L，水化學(xué)類型一般為HCO3－Na型;在其它縣市區(qū)礦化度一般在1.3～1.7g/L，水化學(xué)類型主要為 Cl·SO4－Na，其次為 HCO3－Na型和 HCO3·SO4·Cl－Na型。

本區(qū)深層淡水的頂部由于普遍分布有相對(duì)穩(wěn)定的砂質(zhì)粘土、粘土及其上部咸水體的阻隔，致使該層水與淺層淡水基本無(wú)水力聯(lián)系，且不受地表水與大氣降水的影響，不易受污染，水質(zhì)比較穩(wěn)定。自然條件下，該層水的總體流向?yàn)閺奈髂舷驏|北，水力坡度一般在1/1000～2/1000。

3 深層淡水的開(kāi)采利用現(xiàn)狀

與淺層淡水的開(kāi)采歷史相比，深層淡水的開(kāi)采利用時(shí)間相對(duì)較短，始于上世紀(jì)70年代后期，主要是滿足用水量較大的熱電、化工及造紙企業(yè)，其次是部分苦咸水地區(qū)生活用水。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，從1985年至2010年間，聊城深水井的數(shù)量快速增加，由早期的11眼增加至現(xiàn)在的1324眼。2010—2012年，深層淡水的年平均開(kāi)采量在7920萬(wàn)m3，盡管僅占全市年開(kāi)采利用地下水的7.7%，但已經(jīng)超出其可開(kāi)采量7004萬(wàn)m3/a的上限。目前深層淡水開(kāi)采量較大的縣市為茌平縣、臨清市，其次為聊城市開(kāi)發(fā)區(qū)、高唐縣，該四縣市區(qū)約占全市深層淡水開(kāi)采量的70%;以上縣市用水單位主要涉及鋁電、造紙、化工等高耗水企業(yè)，深水井分布密度大且長(zhǎng)年不間斷開(kāi)采。

4 深層淡水環(huán)境存在的問(wèn)題

4.1 形成多個(gè)區(qū)域性漏斗區(qū)

深層淡水補(bǔ)給主要為含水層彈性釋水和弱透水層壓縮釋水，越流補(bǔ)給量很小，再生能力很弱。本區(qū)深層淡水在上世紀(jì)80年代以前在聊城城區(qū)可自流，經(jīng)過(guò)30多年的開(kāi)采，特別是近15年來(lái)大量集中不間斷開(kāi)采，已經(jīng)形成了臨清、茌平、高唐、開(kāi)發(fā)區(qū)四個(gè)較大的區(qū)域性漏斗區(qū)(見(jiàn)表1)，其中臨清、茌平漏斗區(qū)最大水位埋深分別已達(dá)到112m、104m，且下降速率平均在2.7m/a。截止到2012年底，漏斗總面積達(dá)到了710.43 km2，且不斷擴(kuò)大，茌平與開(kāi)發(fā)區(qū)兩個(gè)漏斗區(qū)已接近連為一體，在陽(yáng)谷縣、冠縣也存在不同程度的漏斗區(qū)。

以上漏斗區(qū)快速形成且水位下降較快的主要原因?yàn)榫臄?shù)量集中，主要分布在用水企業(yè)廠區(qū)及周邊，私自亂采現(xiàn)象嚴(yán)重，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃;由于主要為工業(yè)用水，水源井基本上24小時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。以茌平漏斗區(qū)為例，僅城區(qū)就分布有126眼深井，處于嚴(yán)重超采狀態(tài)。

表1 聊城市部分區(qū)域性漏斗區(qū)基本水文條件

4.2 水質(zhì)惡化及出水量減少

本區(qū)地下水具有咸、淡兩種水體以承壓的方式共同存在的較為獨(dú)特的水環(huán)境特征，且深層淡水含水層無(wú)論從垂向還是平面分布均變化較大，基本無(wú)規(guī)律可循;在這樣較為復(fù)雜的地下水系統(tǒng)下，深層淡水的環(huán)境條件非常敏感和脆弱。由于近十多年的大量集中超采，深層淡水的水化學(xué)場(chǎng)和水動(dòng)力場(chǎng)均發(fā)生了較大變化，破壞了咸淡水體的天然平衡狀態(tài)。由于深層淡水水位下降，與其上層咸水體間的壓差變大，致使咸水層對(duì)下層淡水產(chǎn)生越流補(bǔ)給;有的區(qū)域甚至存在“天窗”，即咸水層與深層淡水層之間的隔水層，有局部透水或弱透水的現(xiàn)象。由于以上原因，導(dǎo)致深層水質(zhì)惡化變咸，主要表現(xiàn)在礦化度和硬度增加。根據(jù)聊城開(kāi)發(fā)區(qū)、茌平等漏斗區(qū)1984－2012年間深水井水質(zhì)檢測(cè)資料，平均礦化度由820 mg/L上升到1520 mg/L，平均總硬度由102 mg/L增加到231 mg/L，Cl－由 117 上升到 306 mg/L，SO42－由116 mg/L增加到314 mg/L。水化學(xué)類型也由以HCO3－Na為主，變?yōu)橐許O4·Cl－Na型為主，在部分過(guò)渡區(qū)域?yàn)?HCO3·SO4·Cl－Na型。最為直接反映為水的口感變差，由微甜變?yōu)槲⑾獭Ｔ陉?yáng)谷縣等其它漏斗區(qū)也不同程度的存在以上情況。

由于長(zhǎng)期集中超量開(kāi)采深層淡水，水位快速下降，致使漏斗區(qū)的單井出水了普遍減少。根據(jù)開(kāi)發(fā)區(qū)某特大型化工廠統(tǒng)計(jì)，該區(qū)單井出水量每年減少6%～20%不等，每年由于出水量不足而報(bào)廢的深井約占到8%，。根據(jù)對(duì)茌平一大型鋁電企業(yè)水源地16眼400m深水井統(tǒng)計(jì)，單井出水量由2005年建成時(shí)的平均84m3/h，下降到2012年的43m3/h;按單米降深出水量計(jì)算，由2005年的2.8m3/h·s下降到2012年的1.6m3/h·s。由于出水量減少，不少區(qū)域的開(kāi)采層段由300～500m，下移到550～750m。

4.3 地面不均勻沉降

由于地下水位持續(xù)下降，區(qū)內(nèi)已經(jīng)存在不同程度的地面沉降。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)資料，臨清市城區(qū)地面沉降最為嚴(yán)重，1980－1995年間，市區(qū)地面沉降量平均達(dá)到36.3 mm，平均2.3 mm/a;在2000－2012年，市區(qū)地面速度進(jìn)一步增加，達(dá)到4.2 mm/a，平均沉降量達(dá)到91.6 mm。聊城開(kāi)發(fā)區(qū)、茌平、高唐等漏斗區(qū)地面沉降量在2.8～4.0 mm/a。沉降中心與深層地下水漏斗中心相一致的特點(diǎn)，并有呈逐年加速的趨勢(shì)。地面不均勻沉降目前尚未對(duì)地面建筑造成明顯危害，但對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)及相應(yīng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度造成了一定影響。

4.4 水源井使用壽命減少

2004年以前，本區(qū)深水井泵管段井壁管的長(zhǎng)度一般在96～140m，隨著深層淡水水位持續(xù)加速下降，處于漏洞中部的深井普遍出現(xiàn)吊泵現(xiàn)象。有的盡管采取了加大潛水泵安裝深度的措施，但對(duì)于水位超過(guò)泵管段井壁管長(zhǎng)度的，只能報(bào)廢。由于水質(zhì)惡化，水中Cl－濃度增加，泵管及井壁管腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致掉泵或噴砂。地面不均勻沉降較大的區(qū)域，有的井壁管出現(xiàn)折彎變形而報(bào)廢。由于以上原因，全市平均每年約有12%的深井提前報(bào)廢。

5 可持續(xù)開(kāi)采利用對(duì)策與建議

聊城每年引用客水量約占總用水量的50%，屬重度缺水區(qū)。同其他地區(qū)一樣，聊城市的淺層地下水也面臨著環(huán)境污染的威脅，有的區(qū)域已經(jīng)遭到污染。深層淡水以其水質(zhì)相對(duì)較好、不易被污染、單井出水量大且不受季節(jié)變化影響，在聊城市的水資源體系中具有不可替代地位，但其補(bǔ)給恢復(fù)能力很弱必須對(duì)其進(jìn)行可持續(xù)開(kāi)采利用。針對(duì)深層淡水的水文地質(zhì)特征及水環(huán)境問(wèn)題，提出如下對(duì)策和建議:

1)對(duì)深層淡水開(kāi)采進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，合理利用，加強(qiáng)監(jiān)管。本區(qū)深層淡水水位持續(xù)下降，主要原因是水源井過(guò)于集中在工業(yè)區(qū)，城鄉(xiāng)差別大，分布極不均。為達(dá)到可持續(xù)利用，必須根據(jù)供水水文地質(zhì)條件進(jìn)行科學(xué)合理的統(tǒng)一規(guī)劃。對(duì)井位布置密度過(guò)大的區(qū)域，采取限采或禁采措施，按程序規(guī)劃建設(shè)新的水源地;對(duì)新建深井完善報(bào)批手續(xù)，依法嚴(yán)查私自鉆井開(kāi)采行為。

2)對(duì)深層淡水供水水文地質(zhì)條件進(jìn)行專門(mén)勘察研究。本區(qū)域?yàn)橄痰瓋煞N水體共存的地下水系統(tǒng)，供水水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。迄今為止，本區(qū)域還未對(duì)深層淡水的供水水文地質(zhì)條件進(jìn)行專門(mén)勘察研究;目前已有深層地下水資料主要來(lái)自為70年代針對(duì)本區(qū)的水文地質(zhì)普查，但資料較少，且僅限局部區(qū)域。經(jīng)過(guò)30多年的開(kāi)采，地下水環(huán)境也發(fā)生了較大變化，因此很有必要對(duì)深層淡水供水水文地質(zhì)條件進(jìn)行專門(mén)勘察研究，為可持續(xù)利用提供技術(shù)依據(jù)。

3)改造利用咸水、微咸水，降低地下水位，促進(jìn)其淡化。除沿黃地帶為全淡水區(qū)外，咸水、微咸水在本區(qū)普遍分布。目前，對(duì)咸水、微咸水的利用程度很低，水位較高，致使向下部淡水層越流，致使其水質(zhì)惡化。應(yīng)積極開(kāi)發(fā)利用區(qū)內(nèi)的咸水資源，如利用微咸水或咸淡水混合進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，降低地下水位，騰出地下庫(kù)容，更有利于蓄納雨水和地表水，促進(jìn)地下水淡化，緩解深層淡水惡化的問(wèn)題。

4)充分利用引黃引江條件，避免工業(yè)用水過(guò)度依賴地下水。當(dāng)前，聊城市工業(yè)用水的95%來(lái)自地下水，依賴程度高，這是形成地下水漏斗區(qū)的根本原因。本區(qū)客水資源主要靠引用黃河水，南水北調(diào)工程在本區(qū)也已通水試運(yùn)行，下一步應(yīng)充分利用引黃引江的有利條件，興建調(diào)蓄型平原水庫(kù)，合理調(diào)配客水資源，使其作為工業(yè)用水水源，逐步緩解開(kāi)發(fā)深層淡水的壓力。

[1]徐軍祥，康鳳新.山東省地下水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用研究[M].北京:海洋出版社，2001.

[2]聊城地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站.聊城地區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)告(1991－1995)[R].1996.

[3]仝長(zhǎng)水，吳繼臣，苗晉祥，等.豫北平原地下水開(kāi)發(fā)利用與水質(zhì)演化規(guī)律[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005，32(5):13 －16.