大同市地下水超采区动态变化特征及治理措施探讨

2018-06-20

地下水 2018年3期

(山西省大同市水文水资源勘测分局，山西大同 037008)

大同市位于山西省最北端，北、东与内蒙古自治区及河北省相接，西、南与本省朔州市、忻州地区为邻，地理座标为东径112°34′05″～114°32′32″，北纬39°02′43″～40°44′34″，总面积14 097 km2。

1 地下水超采区现状分析

大同市城郊地下水超采区面积506 km2，其中严重超采区面积163 km2，包括城区、南郊区、大同县，主要有御河城北水源地、御河城南水源地、智家堡水源地、十里河西水磨水源地、平旺水源地和马魏辛庄水源地以及大同县的党留庄水源地和二、三十里铺水源地等在内的主要供水水源区。北起孤山、南到落里湾至北村一线、东至周士庄-倍加皂-党留庄乡一带、西近盆地边界。

超采区年均可开采量7 406万 m3，年均实际开采量15 157万 m3，年均超采量7 751万 m3。

2 地下水超采区动态分析

2.1 超采区地下水水位年内动态变化

地下水补给来源主要是降水量，降水量年内分配极不均匀，汛期降水量大，而非汛期降水量小，尽管每年的汛期6～9月降水量多，但由于补给的滞后性和夏季的集中开采，导致地下水位出现了2个“V”字型低峰期，每年10月至次年4月初水位才逐渐回升，一般在3月底4月初出现峰值，而4月中旬至5月底，7月中旬至9月底，农业开采量增加，水位一般呈下降趋势。本次对大同市地下水超采区内的西河河站2015年地下水观测资料进行分析，亦符合上述规律，具体见图1。

图1 2015年西河河站地下水水位过程线

2.2 超采区地下水水位年际动态变化

本次选取安家小村(2000～2015年)、西河河(2001～2015年)2个站作为典型观测站，对大同市城郊地下水超采区年际地下水动态进行典型分析：

2000-2008年由于地下水开采量逐年增大，地下水位整体呈下降趋势，安家小村站地下水位下降14.70 m，平均下降速率1.84 m/a；西河河站地下水水位下降5.94 m，平均下降速率为0.74 m/a。2008-2015年由于政府部门对超采地下水采取综合治理措施，有效控制地下水水位的下降，区内部分站点地下水位略有回升，安家小村站地下水位下降4.47 m，平均下降速率为0.64 m/a；西河河站地下水水位上升4.74 m。超采区典型站地下水动态特征及地下水站点水位统计见表图2～图3。

图2 安家小村站历年年末地下水水位过程线

图3 西河河站历年年末地下水水位过程线

3 大同市城郊漏斗区

3.1 大同市城郊漏斗区概况

大同市工业及城镇供水水源地由于多年来的大量集中开采，使得区域内地下水位持续下降，2015年末形成了1 000 m水位线的闭合圈,面积为107 km2的4个地下水位降落漏斗，分别为城西漏斗、御河铁路桥漏斗、城南漏斗和白马城漏斗。

3.2 漏斗区发展过程

3.2.1 城西漏斗

1982年十里河西水磨出现了机车厂、柴油机厂两个地下水位降落漏斗，漏斗面积分别为3.2 km2和2.3 km2，1990年两个漏斗合并，面积为21.17 km2，中心水位为1 006.3 m，2015年漏斗中心水位为992.88 m，水位年下降速率0.54 m/a，闭合圈水位由1982年的1 012 m下降到2015年的1 000 m。

3.2.2 御河铁路桥漏斗

1984年御河铁路桥下出现了1.4 km2的降落漏斗，漏斗中心水位1 029.57 m，2015年漏斗中心水位为981.56 m，水位年下降速率1.55 m/a，闭合圈水位由1984年的1 032 m下降到2015年的1 000 m。

3.2.3 城南漏斗

1991年城南水源地出现了9.9 km2的智家堡漏斗，漏斗中心水位1 003.98 m，2015年漏斗中心水位986.91 m，闭合圈水位1 000 m，水位年下降速率为0.71 m/a。

3.2.4 白马城漏斗

1988年城北白马城出现了1.6 km2的降落漏斗，漏斗中心水位1 038.16 m，2015年漏斗中心水位984.15 m，水位年下降速率2.00 m/a，该漏斗2015年以1 000 m等值线闭合，比1988年降低了44 m，漏斗中心有向南移趋势，2015年漏斗中心由金家湾南移至马家小村。

综上所述，城区四个漏斗中心水位全部呈下降趋势，漏斗闭合圈由2008年的1 010 m下降至2015年的1 000 m，漏斗区总面积107 km2。大同市漏斗区发展趋势具体见表1和表2以及图4～图6。

表1 大同市地下水降落漏斗区特征值统计表

3.3 漏斗区发展演变特征

通过阐明多年地下水动态监测资料及以上漏斗发展过程,大同市超采区漏斗发展演变具有以下主要特征：

3.3.1 漏斗区发展具有由点到面的特点

临近的小漏斗在扩展的过程中逐渐形成区域性大漏斗。如现在的城西大漏斗是由临近的2个小漏斗扩展而成，经过近20多年的发展演变，全市地下水漏斗区已经由分散趋于集中，形成4个大漏斗区。

3.3.2 漏斗区中心发展具有延展性

自漏斗区形成以来，漏斗中心的位置虽有变动，但变化范围却不大，它们在时空上的分布与发展具有延展性。如白马城漏斗区地下水位多年来最低的区域一直是白马城附近的山前平原区，而漏斗中心范围却是在马站、马家小村及金家湾一带。

3.3.3 漏斗区具有水平扩缩迅速、垂向升降迟缓的特点

漏斗区在水平方向上的变化速度明显大于垂直方向上的变化速度。如市内漏斗区，2015年与2005年相比，漏斗总面积扩大了7.2%，而城西、御河铁路桥、城南、白马城漏斗中心地下水位依次下降了1.2%、2.4%、0.9%、1.0%。

表2 大同市地下水漏斗区演变过程统计表

3.4 漏斗区发展原因

大同市地下水漏斗区形成的原因是多方面的，经分析研究，主要表现在以下几点：

3.4.1 长期大量超采地下水是漏斗区发展的主要原因

20世纪80年代以来，随着经济与工农业生产的快速发展，对水资源的需求越来越大，大同市地表水供水量的减少，地下水开采量出现增长趋势。大同市南郊区(含城区)平原区地下水开采量2001～2005年平均15 728.9万 m3，2006～2010年平均16 454.7万 m3，2011～2014年平均18 216.6万 m3。

另外，开采布局不合理是全市平原区地下水开发利用中的突出问题，有大部分超采量集中在漏斗区所分布的区域，而漏斗区面积仅约占大同盆地平原区面积的17.1%。

图4 大同市历年漏斗区中心水位趋势图

图5 大同市历年漏斗区闭合圈水位趋势图

图6 大同市历年漏斗区面积趋势图

3.4.2 降水量连续偏少加速了漏斗区的形成和发展

降水入渗是平原区地下水的主要补给来源。漏斗区的发展与降水量密切相连，漏斗区范围受降水量的变化而变化。由于大同市降水连续偏枯，2001～2005年平均降水量为360.1 mm，比较长系列(1956～2000年)多年平均降水量377.8 mm偏少4.7%，这期间漏斗区发展缓慢；2006～2010年降水量更加偏小，平均降水量为337.6 mm，较长系列偏少10.6%，这期间漏斗区发展比较迅速；2011～2014年降水先枯后丰，漏斗区相应地先扩后缩，变化十分明显。

4 控制地下水开采调控方案

4.1 超采区地下水调控目标

4.1.1 调控目标

对于地下水超采区，要求提出各种调控方案，明确规划的定量目标，规划目标。结合当地实际情况和不同时期的要求，可分为以下几类：

第一类：压缩超采、缓慢发展(指压缩超采量，减缓超采区的发展速度)；

第二类：压缩开采、略有盈余(指规划的开采量小于可开采量。超采区的状况得到逐步改善)；

第三类：涵养水源、良性循环(指地下水资源环境恢复，地下水循环系统为良性循环)。

4.1.2 具体措施

(1)人工回灌方案。主要是明确回灌水源、水量以及回灌的位置，分析回灌效果。

(2)替代水源方案。主要明确替代水源的位置、水量及工程等情况如提出地下水与地表水联合调控方案等。

(3)节水方案。

(4)产业结构调整方案。

(5)自然恢复方案，工程措施中的蓄水以及利用地表水工程自然渗漏修复方案。

4.2 地下水超采区控制方案

4.2.1 禁采区

大同市老城区禁采区：东起御河西路，西至迎宾街、南起魏都大道、北至操场城街，面积约5.7 km2。

大同城郊地下水超采区大西高铁沿线禁采区：东起寺儿村砖厂，南至南郊果树场北，沿线长约4.8 km，禁采区面积2.9 km2。

4.2.2 限采区

大同市城郊地下水限采区范围为大同市城郊中型孔隙浅层地下水超采区除大同城郊超采区大同老城区禁采区、大同城郊超采区大西高铁沿线禁采区外的区域，分布在大同市城郊，包括城北水源地、城南水源地、城西水源地在内的主要供水水源区以及御东新区。北起孤山、南至落里湾-北村一线、东至周士庄-倍加皂-党留庄乡一带、西近盆地边界，面积497.4 km2。

5 超采区地下水治理保护措施

5.1 严格控制地下水开采活动

禁采区内禁止新开凿深井。对已有深井、勘探孔或废弃的开采井，由有关部门有计划地组织封填，并对封井、水源置换给予资金支持。

限采区不得增加地下水取水井数量，并逐年削减地下水取水量。

在地下水位降落漏斗区、岩溶地下水分布区等不同限制开采区，采取停采或人工回补等方法使地下水位逐步恢复。

5.2 合理配置水资源

5.2.1 加快替代水源工程建设实施

应该改革污水处理厂建设运行的体制和机制，加大矿坑水利用力度，积极建设替代水源，用地表水、黄河水、中水来置换地下水。在替代水源到达区域，由地方政府组织实施关井压采。

5.2.2 优化水资源配置

根据地下水现状问题，分析替代水源条件，提出超采区内地下水开采布局调整和水资源合理配置的具体建议。“大水网”工程实施后，大同市水资源条件将得到明显改善，而地下水位多年来持续下降，含水层中有巨大的水量调蓄空间，通过合理的回灌措施，将地表水、集蓄的雨

水、拦截的当地洪水等回灌补给地下含水层，增加地下水的资源储量，提高水资源的利用效率。

5.3 健全、完善地下水资源管理制度

5.3.1 加强日常监督管理

建立健全的法制体制。进行机制创新、制度创新和体制创新，开展计量监控，理顺价格体系，完善监督考核。

5.3.2 严格执行凿井、开采量审批制度

强化取水许可管理和建设项目水资源论证制度。对于新建井、更新井均要执行凿井审批制度，任何单位和个人不得随意凿井。对于超采区，除生活用水外，其它用水要严格限制，无论新建井、更新井与原有的水井，都要根据情况确定其开采量，并要安装计量器具加以监督。

5.4 强化节约用水

在全面推进节水型社会建设、加快“大水网”主体工程和配套工程建设的同时，根据水资源条件，因地制宜地提高其他水源的利用水平，为地下水压采创造条件。在要求城镇污水达标排放的前提下，根据污水处理厂及用户的分布、水质水量要求，规划一般工业、城市景观等尽可能利用污水处理达标后的再生水，替代部分地下水开采量，实现优水优用、分质供水。