北京市规划市区自备井停采方案研究

2015-01-28王新娟许苗娟

城市地质 2015年2期

路明，王新娟，许苗娟，韩旭

（北京市水文地质工程地质大队，北京 100195)

0 引言

自备井供水曾经是北京城市供水的重要方式之一，在城市生产、生活中占重要地位。随着近几年城市自来水管网覆盖范围的扩大、城区产业结构调整、节水措施力度的加大，以及部分地区地下水水质恶化等原因，自备井开采量呈逐年递减，停采自备井数量逐年增加。

目前，市区自备井仍在使用的有1316眼，用作备用供水井的有460眼，总数达到1776眼，2006年开采量达到1.96×108m3，这些自备井在补充城市生活供水中发挥了巨大的作用。但是由于自备井开采难于统一规划管理，同时在开采中的水质监测与水资源保护工作也面临较大的困难。

为了改善市区的地下水环境，提高供水质量，北京市计划对市区范围内水质不合格或供水管网已经覆盖到的，但仍在使用供生活饮用水的自备水井进行更换，并有步骤的停采部分自备井，拟停采100眼井。鉴于以上需求，我们从水文地质条件、环境地质、地下水环境变化、城市发展需要等方面加以分析研究，依据地下水资源情况，确定自备井停采方案，为规划部门制定规划提供科学依据。

1 研究区概况

1.1 规划市区范围

北京市规划市区位于北京城中心，东邻通州区、南接大兴区、西依西山、北靠昌平区，总面积1080km2，包括东城、西城及近郊区的朝阳、海淀、丰台、石景山、门头沟等。按乡镇界限又可分为22片，中心城区由东城、西城、崇文、宣武（2010年西城与宣武合并为西城，东城与崇文合并为东城）组成；近郊8片指北郊、东北郊、东郊、东南郊、南郊、西南郊、西郊、西北郊；边缘集团指近郊8片外围的10个独立区域，分为北苑、酒仙桥、东坝、定福庄、垡头、南苑、丰台、石景山、西苑、清河。本次研究以22片为依据，最终提供各片区停采方案。

1.2 气象

北京地区属典型暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨。根据北京市气象站多年资料统计，1971～2010年北京站多年平均降水量541.2mm，最大降水出现在1994年，降水量为813.2mm，最小降水量出现在1999年，降水量仅266.9mm。

1999～2010年以来，北京遭遇了罕见的多年连续干旱年，除2008年为平水年外，其余各年份均为枯水年。

1.3 水文地质条件概述

北京市规划市区位于永定河冲洪积扇，地下水属永定河冲洪积扇地下水子系统，地下水含水层结构及赋水特征如下：

含水层由单一的砂、卵、砾石潜水含水层，过渡到砂、砾石层和粘土层交替出现的多层含水层。根据研究区的含水层结构特征、边界条件和地下水流场等，在垂向上分为4个含水层组，其中第一层为潜水含水层，第二、第三、第四层为承压含水层。目前，第一、第二承压含水岩组是主要开采层，第三承压含水岩组尚未大规模开采。

冲洪积扇顶部及上部地区砂、卵石裸露，是平原区地下水的主要补给区，含水层多为单层结构的砂卵石潜水含水层，单井出水量大于5000m3/d；冲洪积扇的中上部地区，为二—三层结构的砂卵砾石含水层，砂卵砾石层与粘性土互层，地下水由潜水过渡到承压水，单井出水量一般可达3000～5000m3/d；冲洪积扇中下部区，含水层结构由冲洪积扇中上部单、双层结构向下逐渐过渡到多层结构，单井出水量由3000～5000 m3/d过渡到1500～3000 m3/d，在市区东北单井出水量由500～1500 m3/d，见图1。

地下水以水平径流方式向南、东南方向径流。

图1 市区含水层富水性分区图

2 地下水资源现状分析

2.1 地下水动态特征

以2010年地下水位动态特征为例进行描述。

（1）潜水地下水特征

枯水期：地下水潜水区大部分地区为上升区，且上升幅度一般为0～1m。西南郊、丰台北部最大升幅达2m以上。石景山西部、丰台西北部、东北郊及东郊部分地区为下降区，降幅多为0～1m。

丰水期：地下水潜水区大部分地区为下降区，下降幅度一般为0～1m，海淀四季青至石景山下降幅度达2～3m。上升区有城中心区大部和朝阳南部，升幅一般为0～1m。

（2）承压水地下水特征

枯水期：地下水承压水区大部地区为上升区，上升幅度一般为0～1m，中心城区及北郊升幅达2～3m。朝阳南部地区降幅为0～1m，海淀苏家坨地区、地区降幅大于1m。

丰水期：地下水承压水区除城中心区地区上升，上升幅度1～2m外，大部地区为下降区。市区南部的大部分地区降幅较小一般为0～1m，西北部地区降幅较大一般为1～3m。

2.2 地下水化学特征

（1）地下水化学特征

在永定河冲洪积扇的上部、中部及永定河冲洪积扇下部150～180m以上水化学特征：水化学类型主要是HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Mg·Ca型。在永定河冲洪积扇下部150～180m以下水化学特征：水化学类型主要是HCO3-Na·Ca型和HCO3-Ca·Na·Mg型。

（2）地下水水质特征

根据北京平原区第四系松散孔隙水含水层结构，将北京市规划市区地下水划分为4个含水层组。承压水区第一含水层组底界深度30m左右，属于潜水层；第二含水层组层底界深度在80～100m，主要为农业开采层；第三含水层组底界深度在150～180m左右，为主要的生活及工业用水开采层；第四含水层组底界为第四系基底。

本次评价选取pH值、总硬度、氯化物、硫酸盐、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、溶解性总固体、高锰酸盐指数、总铁、锰、镉、铅、阴离子合成洗涤剂、砷、汞、六价铬、挥发酚类、氰化物及氟化物共20项指标作为评价参数。采用国家《地下水质量标准》GB/T14848－93中推荐的方法对北京平原区各层地下水开展质量综合评价。

第一含水层组：市区单一层区和多层区第一含水层组地下水水质北部地区较好，如：西苑、清河、北苑北部、酒仙桥北部及中部、东坝西部水质良好。水质较差区由市区西部贯穿至东部。市区西南、北郊大部、东西城北部、东北郊西部、东坝西北、垡头东南等地水质极差，超标指标主要为总硬度、溶解性总固体和硝酸盐；超标原因主要是人为污染。

市区单一层区和多层区第一含水层组地下水水质较差和极差区占市区面积70%左右，此层含水层组地下水不宜作为饮用水源加以利用，见图2。

图2 第一含水层组水质分区

第二含水层组：分布在西郊-西南郊-丰台以东地区，地下水水质北部、东北部地区较好，市区中部、南部及东南较差，南郊地区地下水水质极差，超标指标主要为总硬度和溶解性总固体，超标主要是由于人为污染造成的。超标区面积小于单一层区和多层区第一含水层组，见图3。

图3 第二含水层组水质分区

第三、四含水层组：主要分布在北郊-东郊-东南郊以东地区，大部分地区，水质较好。在东坝中部、酒仙桥东部水质较差，超标指标主要为铁、锰和氟化物，其属天然劣质地下水，见图4。

图4 第三、四含水层组水质分区

总体上，市区第三、四含水层组地下水水质好于第二含水层组，第二含水层组水质好于单一层区和多层区第一含水层组，北部地区水质好于南部地区。

2.3 可利用水资源情况

（1）地表可用水资源

根据地区水资源可利用状况分析，只有密云水库和官厅水库的地表水可作为城市水资源。2010年全市地表水可用水资源量4.6亿m3，南水北调水2.6亿m3，合计7.2亿m3。

（2）地下水可开采资源

由于地下水含水层具有较强的多年调节功能，在枯水年份可以适当动用部分储存量，丰水年份再补充恢复，所以地下水可开采资源量可采用多年平均值。根据多年观测资料，对市区地下水进行了综合评价，提出在目前开采技术条件下，多年平均可开采量为6.05亿m3，规划采用5.09亿m3。

（3）水资源开发利用现状

北京市规划市区工农业和城市生活总用水量为14.77×108m3，其中地下水量为7.14×108m3（含自来水八厂顺义开采量约1.59×108m3和向阳闸地下水0.19×108m3），占总用水量的48.37%。

地下水资源开发至2000年底，北京市共有9座以地下水为水源向城区供水的自来水厂。市区地下水总开采量达到5.70×108m3，开采强度较高，开采模数已达到57.74×104m3·km-2。

因城区产业结构调整、节水措施力度的加大，地下水资源得以涵养生息，使中心城区地下水资源未超采，其余地区地下水都处于超采、严重超采状态。

2.4 自备井水质现状

通过对收集到的市区范围内的824件水样进行水质分析，合格的227件，不合格597件。在22个行政分区里北郊、西苑、石景山、清河、丰台、西南郊等地的自备井水质不合格情况较为严重。在不合格项目中，硬度超标的自备井的数量最大，其次为总α放射性、嗅、味、肉眼可见物等，另外，铁、锌等也在部分井中超标。

（1）中心城区

北京中心城区的自备井开发时间较早，自备井数量较大，东城自备井密度1.2眼/km2，西城为2.6眼/km2。

东城区统计自备井数为53眼，其中在用31眼，主要开采层位为潜水和浅-深层承压水，对10眼自备井的水质进行分析，其中有7眼不合格；西城区现有自备井71眼，在用34眼，水质不合格井数大于合格井数，浅井水质普遍较差。

（2）近郊四区

北郊共有自备井49眼，在用35眼，出水水质状况较差，超标井井深多集中在200m以下；东北郊有自备井9眼，在用6眼，对8眼井的水质检测有6眼不合格；东郊有自备井85眼，在用65眼，出水水质较差，43个测试样中有25个不合格；东南郊有井70眼，在用53眼，水质条件较差，检出率超过60%。

南郊有自备井133眼，在用73眼，水质条件较差，主要检出指标包括总硬度和硝酸盐；西南郊的37眼自备井中，21眼在用，水质超标检出率超过80%；西郊自备井数量达到195眼，其中103眼在用，出水水质较为复杂，超标指标包括总硬度、硝酸盐、细菌总量和硫酸盐等；西北郊自备井数量最大，达到282眼，在用158眼，水质超标情况也较严重。

（3）周边地区

北苑有自备井57眼，在用36眼，有少量基岩井，水质超标检出率50%，主要污染指标为总硬度和铁；酒仙桥有自备井66眼，在用45眼，水质检测29眼中有16眼超标，主要污染指标为总硬度；东坝有井50眼，在用38眼，水质超标检出率超过60%，主要检出指标为总硬度；定福庄有自备井172眼，在用130眼，水质检验65眼中有42件不合格。

垡头有自备井80眼，在用58眼，水质超标检出率超过70%，主要污染指标为总硬度；南苑有井103眼，在用62眼，水质检测43件中有30件超标，主要检出指标为总硬度等；丰台有井243眼，在用122眼，水质超标检出率达到80%，超标指标包括总硬度、硝酸盐、溶解性总固体等；石景山有井175眼，在用101眼，水质条件较差，在水质检测45眼井，有41眼水质不合格。

西苑有自备井173眼，其中在用103眼，水质条件较差，主要污染指标包括总硬度和硝酸盐等；清河有井89眼，在用46眼，水质检测29件中有24件不合格。

3 自备井部分井停采方案分析

3.1 市区自备井利用状况

自备井开采在一定程度上打破了区域地下水资源的均衡，如在市区西部的西苑、石景山、西郊、西北郊丰台等地自备井数量和密度都较大，而该区域也同时属于地下水严重超采区。受城市化向东扩张影响。近年来，定福庄、南苑、南郊的自备井数增长较快，现有自备井数量与分布密度也较大，这些地区地下水资源也处于严重超采状态。

3.2 自备井运行存在的问题

目前，北京市运行开采遇到的主要问题是水井出水能力降低、水质恶化和对周边水井供水造成影响等。水井出水能力降低及与周边开采井的相互影响主要受水文地质条件、区域水资源变化情况、自备井质量和维护使用情况等因素控制。水质恶化除了因超量开采引起外，另一个主要原因就是人类活动影响。

3.3 停采自备井方向

从地下水资源开采状况、地下水水质状况、优水优用、确定停采自备井方向。

（1）地下水资源严重超采区

自备井分布呈现西、北部多，东、南部数量相对较少的特点。

西部的西北郊、石景山、西郊、西南郊、丰台等地自备井数量和密度都较大，而该区域同时属于地下水严重超采区。近年来，受城市化向东扩张影响，东坝、定福庄、垡头、南苑、南郊的自备井数量增长较快，现有自备井数量与分布密度也较大，这些地区地下水资源也处于严重超采状态，见图6。

图6 自备井分布及地下水开采状况图

（2）地下水水质较差区、极差区

市区单一层区和多层区第一含水层组地下水水质较差区由市区西部贯穿至东部，市区西南、北郊大部、东西城北部、东北郊西部、东坝西北及垡头东南等地水质极差，超标指标主要为总硬度、溶解性总固体和硝酸盐；超标原因主要是人为污染。

（3）自备井停采方向

综合以上分析，确定自备井停采思想为：具备自备井密度大、地下水资源超采及地下水水质超标3个条件的区域实施自备井关停。

通过前述的分析认为，石景山、西郊、西南郊、丰台、东坝、定福庄、垡头、南苑、南郊等地，地下水资源处于严重超采状态。同时，该地区单一层区和多层区第一含水层组地下水水质较差、极差，超标指标主要为总硬度、溶解性总固体和硝酸盐；超标原因主要是人为污染，不符合饮用水标准，建议对该区开采浅层地下水的自备井予以关停，具体情况见图7。