晋祠泉水断流分析和复流措施

2018-04-20王宇

山西水利 2018年2期

王宇

（山西省黄河万家寨水务集团有限公司，山西太原 030001）

晋祠泉位于太原市西南25km处，以“难老泉”为代表的晋祠泉水是晋祠及其周边地区工农业、人文历史、旅游等的基础性支撑因素。改革开放以来，晋祠泉出流量逐年减少，于1994年断流。山西省在开展经济社会转型发展和城乡生态建设的背景下，提出晋泉复流实施措施，以期晋祠泉水能够自然出流，恢复太原西山山青水绿的历史风貌。

1 晋祠泉域概况

晋祠泉域总面积约2030km2，东界从北向南为柳林河分水岭－王封乡－三给村－汾河－汾河二坝；南界汾河二坝－清徐县城－郭家梁；西界为郭家梁-狐堰岭-石家滩-罗家曲-柳科府；北界为古交市与静乐县行政分界。寒武系、奥陶系岩溶地下水，沿泉域东南交界处的西山大断裂带上升处流出。

泉域西北部地势较高，大量出露寒武系、奥陶系碳酸盐岩，地层以南倾为主，其上断裂、裂隙发育，溶洞屡见，是良好的地表水入渗补给区域；西南部的狐堰山隆起东翼内有深大的马兰不对称向斜，奥陶系埋深可达500～1500m以上，水岩作用微弱，岩溶不发育，岩溶水呈滞流状态；泉域东北部与紧邻的兰村泉域相邻，两泉域之间分水界限不明晰，存在地下水流互通情况；东部与汾河滩地相接，处于晋交大断层北部，是主要的地下水排泄带，有晋祠泉群、平泉群等集中排泄点。

2 晋祠泉流量与地下水变化过程

20世纪50年代，晋祠泉出流量1.915m3/s，年际变化0.21m3/s，至80年代泉流量逐年减小，于1994年4月30日彻底断流（如图1所示）。其后，晋祠地下水位仍逐年下降，到2004年地水位已降到泉口以下21.08m；2008年后，地下水位明显回升，到2013年底，地下水位距泉口9.03m。

图1 晋祠泉流量历年变化过程

3 晋祠泉断流分析

晋祠泉域地层走向呈簸箕状，西北地势高，均为地下水补给区，向东南倾斜排泄到汾河中。晋祠泉排泄水为奥陶系潜压水，补水来源主要有三，一是汾河以北晋泉流域西北部大片裸露的奥陶系灰岩，接收大气降水，转化为奥陶系地层的潜压水；二是汾河渗漏补给；三是石炭系、二叠系地层通过断层、裂隙向奥陶系地层垂直越流补水[1，2]。

3.1 大气降水的影响

晋泉流域内大气降水与晋泉流量的对比如图2所示。流量减少速度远远大于降水下降速度，降水对泉流量的变化有一定的影响，但还有其它更大因素导致晋泉出水量的变化[3]。

3.2 晋泉群和平泉群附近抽水井开采岩溶地下水

晋泉50年代流量为1.95m3/s，1961年在晋泉附近开凿5眼水井，抽水量0.62m3/s，1968年在附近的开化沟开凿3眼水井，抽水量0.3m3/s，1978年—1979年在平泉附近打井14眼，取水量1.07m3/s；1979年沿晋祠断裂带开凿了26眼井，取水量2.24m3/s。一系列打井采水，使得晋祠泉出流锐减至0.8m3/s，鱼沼、善利两泉断流。1990年代后，由于出台了晋泉保护政策，凿井采水活动不再增加，但已有水井采水工作难以停止，深井采水量维持在了3600万m3/a，地下水一直处于超采状态。

图2 泉流量与降水量历年监测量

3.3 煤矿采煤排水

晋祠泉域大部分属于太原西山煤田，含煤面积达1598km2，占泉域总面积的79%，已探明的煤炭资源量达186.3亿吨。1998年采煤面积为563.7km2，2011年则为755.3km2。含煤地层为石炭系地层，位于富含晋泉水源的奥陶系岩溶地层之上，但煤矿矿坑排水对岩溶水的影响很大，主要有两个方式，一是大规模的采煤活动，疏干了采煤区及其影响带的地下水，减少了上层地下水向岩溶地层的补水量。二是在岩溶水位高于采煤层的带压开采区，岩溶水通过渗漏通道进入矿坑，加大了煤矿的排水量，相当于分流了部分地下水。

随着当地经济的发展，20世纪80年代西山进入了大规模采煤时期，煤矿排水量迅速增加，1956年—1994年煤矿排水量与晋祠泉出流观测资料（图3）。随着煤矿排水量的增加，晋祠出水也在显著地减少，两者的负相关系数达0.90。

图3 晋泉流量与煤矿排水量历年变化量

3.4 汾河渗流

汾河是山西省内第一大河，也是黄河第二大支流。汾河由西向东从晋泉流域北中部穿过，其中55km河段处于寒武系、奥陶系灰岩裸露区，岩溶裂隙发育，是晋祠泉域地下水的重要补给源。1960年在晋泉流域西侧汾河上游修建汾河水库，受汾河水库调蓄影响和泉域内人类生产活动增加影响，泉域内汾河地表径流逐年减少。20世纪50年代，年平均水量3.58亿m3，60年代减为2.15亿m3，70年代1.43亿m3，80年代仅0.23亿m3。地表径流减少，导致渗漏量减少，影响了地下水的补给。

3.5 兰村泉域对晋泉流域地下水的侵夺

兰村泉域与晋泉流域相邻，两泉域的分水岭属于可变动界线，存在地下水流互通情况。1957年，兰村泉水位814.20m，晋泉802.96m；1989年兰村泉水位803.10m，与晋泉水位基本一致；1993年兰村地下水位796.26m，比晋泉低了6.7m。兰村泉水位下降导致晋泉流域内部分地下水流入了兰村泉域，减少了晋祠泉的出流量。

4 晋祠泉地下水位回升分析

2004年—2008年晋祠泉地下水位不再下降，保持在781.51m左右；2008年后，地下水位以2～4m/a的速度快速回升，2013年底地下水位793.56m，距泉口9.03m。

4.1 太原地区关井压采促进了当地地下水位回升

2002年万家寨引黄工程太原输水线建成运行，开始向太原地区提供居民生活用水和工业用水，随后在包括晋祠泉域在内的太原市地区开展“关井压采”工作和“水源置换”工作。至2012年底，晋泉流域内关井50眼，减少地下水开采量1537m3/a。

4.2 汾河河道清水复流工程，促进了汾河渗漏补充岩溶地下水

山西省政府为了改善地表水生态环境，实施了汾河干流河道常年流水的水资源调度方案，强化对流域内雨水、洪水、中水和矿坑水的统一调度和利用，特别是从2008年起万家寨引黄工程南干线每年向汾河河道补充1～1.5亿m3的生态水，保证了汾河连续多年不断流。晋泉流域内汾河渗水量大大增加，有力补充了晋泉的地下水水量。

4.3 煤炭资源整合，减少了矿坑排水量，促进了地下水回升

2000年晋泉流域内吨煤排水系数为1.14m3/t，自2008年实施煤炭资源整合后，泉域内222座小煤矿整合为53座，井田面积775.3km2，2013年时，吨煤排水系数0.65m3；大幅度地减少了煤矿采煤排水量，保护了地下水量。

4.4 西山地区生态综合治理、涵养水源工程

随着山西省经济转型发展的进行，西山地区综合治理列为了全省产业结构转型的重点地区，2008年开始，陆续关停了当地水泥、焦化、发电等耗水大户，实施了万亩生态园、西山森林公园等生态建设工程，提高了植被覆盖率，涵养水源，有效增加了泉域地下水补给量。

5 晋祠泉复流综合措施

晋祠泉复流工程的指导思想是“开源节流”，就是增加晋祠泉域岩溶地下水补给量，减少排泄量。

5.1 保证汾河水库下游清水常年不断流

汾河水库位于晋泉流域西侧娄烦县下石家庄村，是汾河上最大的水库，总库容7.21亿m3。在不考虑生态补水时，水库下游河道内全年只有100d左右有水，其余时段基本干涸。根据晋泉复流要求，在综合考虑汾河生活用水、农业灌溉用水、电站发电、洪水调蓄、引黄南干线向汾河水库送水量的基础上，确定非汛期汾河水库最小下泄9.0m3/s，汛期最小下泄3.0m3/s，通过水库泄水和流域降水综合调度，保证汾河河道全年流水且流量维持在8.0m3/s以上，生态补水量达1.5亿m3/a以上。

5.2 汾河二库蓄水水位抬升

汾河二库大坝位于晋泉流域东侧的兰村泉域内太原市西北的玄泉寺村，总库容1.33亿m3，1997年建成下闸蓄水。汾河二库设计蓄水位905.7m，回水长度22km，回水至晋泉流域与兰村泉域分水岭以上5km处。当时由于各种原因，大坝灌浆、坝体裂缝、移民工作未能全部完成，致使水库蓄水位维持在了895m以下。因此，需继续完成汾河二库未完工程和移民工作，使蓄水位达到设计水位905.7m，既杜绝了兰村泉域对晋泉流域的地下水侵夺情况，也增加了汾河河道对晋泉的地下岩溶水补给量。

5.3 晋泉群附近关井压采及水源置换

对晋泉周围的煤矿、水井根据实际情况，进行关停、限采或水源置换；对煤矿资源枯竭的白家庄矿、西峪煤矿进行关闭；对杜儿坪矿等14个矿限采，禁止其在晋泉重点保护区内采煤，禁止在保护区边界外进行疏水降压；对晋泉附近的22眼工农业用水井和生活用水井实行关停限采，可减少地下水取水量1015万m3/a，由于关井限采造成的需水缺口采用太原市自来水和引黄水进行补充，并用引黄水在晋泉附近进行地下水人工回灌补给。