临清市地下水超采区水生态修复监测与评估初步研究

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(1.山东省水文局，山东 济南 250014；2．山东省临沂市水文局，山东 临沂 276001；3.山东省聊城市水文局，山东 聊城 252000)

1 自然地理概况

临清市位于山东省的西北部，总面积957 km2，总人口76.7万人。城市建成区面积25.5 km2，城区人口20万人。是鲁西北地区的次中心城市，是山东省西出、晋冀东进的重要门户。由于受黄河历次决口改道和自然侵蚀的影响，形成了地形局部微度起伏，岗、坡、洼相间的地貌形态。

多年平均降水量541.1 mm，降水量季节分配不均匀，降水集中在夏季，汛期6-9月降水量占全年降水量的 73%。多年平均蒸发量1 069.6 mm。境内河流有卫运河和马颊河两大水系，均属海河流域。流域面积大于10 km2的支流有26条。

2 地下水水资源开发利用状况

根据《聊城市水资源调查评价》成果，临清市多年平均地表水资源量2 017万 m3，可利用量为1 134万 m3，年内分布不均，降水量主要分布于6-9月；浅层地下水资源量14 198万 m3，可开采量为11 398万 m3。浅层地下水以淡水为主，矿化度小于2 g/L的区域面积913.6 km2，占临清市总面积的95.5%。

临清市区域内地下水的开采主要用于非引水季节农田灌溉、人畜饮水、工业企业用水。区域内共有机井13 099眼，浅井出水量在30～60 m3/h，深井出水量在60～90 m3/h。分析区西部面积为520 km2的区域，地下水开发利用程度较高，地下水埋深在6～25 m；分析区东部面积为437 km2的区域，地下水开发利用程度较低，地下水埋深一般在2～6 m，部分区域地下水埋深小于2 m。

3 临清市地下水超采区现状

3.1 超采区及其危害

临清市多年平均降水量为541.1 mm，当地水资源人均占有量仅有165 m3，是一个资源性重度缺水区，所面临的水资源供需矛盾是十分严峻的。临清市是卫东漏斗区的中心,起始于上世纪80年代后期，由于浅层地下水的大量超采，已形成以城区为中心的大面积地下水漏斗区，中心地下水位已降落到海平面以下，给当地的水环境和生态带来较大影响和破坏。

临清浅层漏斗中心位于市区，漏斗中心埋深22 m，漏斗面积约654 km2。临清市地面沉降早已发生，且沉降量较大，市区沉降量大于3.22 mm/a。

地下水漏斗区容易引起地面沉降、地面裂缝、水环境污染等环境地质灾害及生态环境破坏现象，给当地水生态环境、人们生产生活带来不利影响。同时，由于地下水位持续下降，特别是地下水漏斗区的形成和不断扩展，很容易加速地表污水的下渗速度，加剧地下水的污染程度。整体生态环境趋于恶化，地下水水质下降等问题也日趋严重，因此必须加强对地下水的保护，减少对地下水的开发，研究超采区水生态修复显得尤为重要。

3.2 修复工程措施

临清市委市政府高度重视水生态修复工作,近几年来多方争取项目、筹措资金,在原有引黄工程的基础上，先后建设了南水北调工程、城南水库、北大洼水库、裕民渠人工湿地等引水、蓄水、净水工程，此外张官屯水库、车庄沟地下水库也正在规划建设之中。逐步实现黄河水、长江水、卫运河水、当地地表水、地下水、中水、雨洪利用、微咸水等多水源联合调度，通过配套工程的建设和水资源的联合调度，使临清市地下水漏斗区的水生态得以彻底修复成为可能。

4 水生态监测与评估

4.1 地下水监测站网布局

地下水位监测，研究区选取地下水监测站网观测井50眼，其中原有地下水监测网观测井35眼，地表水对地下水漏斗区补给规律研究观测井15眼。全市井网密度平均31.4眼/103km2，各县(市、区)井网密度中，密度较大的42.7眼/103km2，密度较小的19.7眼/103km2；根据地下水开采强度和超采区范围，突出重点，加密监测站点，2013年初划定浅层地下水超采区面积2 777 km2，这部分区域作为地下水监测的重点区域，布设监测井121眼，井网密度达到43.6眼/103km2。未超采区面积5 938 km2，监测井150眼，井网密度25.3眼/103km2。从监测功能上分，监测站分超采区监测站、县(市、区)边界站、区域控制站、水源地监测站。井网密度、分布、功能满足《地下水监测规范》(SL183-2005)和县域水资源监测要求。

从现有的地下水监测网中共选取测井18眼，作为水质监测井，井网密度平均18.8眼/103km2。井网密度、分布、功能满足《水环境监测规范》(SL219-2013)要求。

4.2 地下水生态环境变化趋势

4.2.1 地下水动态变化分析

根据2015-2016年收集的研究区域地下水位监测数据，2015-2016年临清市1-5月份受降水偏少、开采量大等因素影响，研究区域区域地下水位呈不同程度下降状态，2015年1-5月份下降0.81 m；2015年汛期由于降水较少，蒸发量大，6-9月区域地下水位仍呈下降趋势，全市地下水位平均下降1.05 m；10-12月秋冬季用水量较少，降水量大，地下水位呈上升趋势，全市地下水位平均上升0.57 m。2015年全年全市地下水位平均下降1.05 m。

2016年1-5月份相比去年同期降幅较大，地下水位下降1.86 m；2016年汛期由于降水相对较多，6-9月区域地下水位仍呈上升趋势，全市地下水位平均上升1.18 m；10-12月秋冬季用水量较少，降水量大，地下水位仍呈上升趋势，且趋势比较大，全市地下水位平均上升2.05 m。2016年全年全市地下水位平均上升1.36 m。动态变化及降水量对照见图1。

由于浅层地下水位动态主要受降雨影响，从地下水监测成果及地下水动态变化看，2016年较2015年降水量总体较多，地下水位变化趋势合理，亦表明监测资料质量可靠。

图1 临清市2015-2016年地下水位

4.2.2 地下水质量变化趋势分析

水质类别评价：根据2014年-2016年水质监测资料，分析地下水质现状，以《地下水质量分类标准》(GB/T14848-1993)作为评价标准，大部分检测项目为Ⅰ～Ⅲ类，但氯化物、硫酸盐、总硬度、铁和锰为Ⅳ类或Ⅴ类。

综合指数评价：

1)评价参数：选取在水体中起主导作用，能反映整体水质状况的色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、pH值、总硬度、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、挥发性酚类、硝酸盐氮、氨氮、氟化物、氰化物、砷、汞、镉、铬(六价)、铅等共22个项目。

2)首先对照地下水质量分类指标表(表1)进行各单项组分评价，划分组分所属质量类别。

3)基于内梅罗指数方法,对各类别按下列规定(表2)分别确定单项组分评价分值Fi。

按式(1)和式(2)计算综合评价分值F。

(1)

(2)

按照单项组分评价分指标表和地下水质量级别表计算综合分值，水质总体评价为较差。18眼水质监测井2014年水质与2016年水质变化不大。

4.3 地表水生态环境变化分析

4.3.1 主要河道水量动态变化趋势分析

提水工程指利用扬水泵站从河道、湖泊等提水的工程(不包括从蓄水工程、引水工程中提水的工程)，聊城市共有固定扬水站213处，均属小型扬水站，其中东昌府区37处、临清市80处、冠县55处、东阿县8处、茌平县2处、高唐县5处。沿卫运河提水工程5处(临清市3处，冠县2处)，总设计提水能力42.2 m3/s，设计灌溉面积109.4万亩，提卫运河水量作为入境水量监测。

对2015、2016年各主要河道径流量进行统计分析，南运河、卫河径流量年际变化较大，径流量变化明显，且2016年全年径流量分别是2015年径流量的5.8倍、15.8倍。王庄干渠、长顺渠、头闸口干渠等河流动态变化不明显。

4.3.2 地表水对地下水的补给规律分析

选择朱庄、朱唐、唐庄、鸭厂等自动监测井逐日水位监测资料，由于以上监测井所在区域主要是受临清友谊渠对地下水补给，因此重点收集了友谊扬水站开机引水情况监测资料，集中选取了友谊渠开机提水时间段提水量资料和监测井地下水位数据，并根据相关资料数据分析地表水对地下水的补给规律。地下水补给规律分析详见图2。2016年地表水对地下水补给规律分析详见图3。

分析表明，友谊渠开机提水前附近区域的地下水水位相比提水后的水位要低，并且通过数字分析可知，提水后地下水水位的上涨情况要推迟一段时间，这与地表水对地下水的补给需要渗透的时间是一致的。2015年的相比2016年的提水量时间跨度长，总量也多，监测井的地下水位2015年相比2016年来说偏高一些；同一年度的2、3月份虽然引水量也不小，但是因为春灌的缘故，地表水对地下水的补给影响程度不明显。

4.4 主要河道水环境质量动态变化分析

根据本区的水质监测资料，分析地表水水质现状，德王东支以Ⅲ类、Ⅳ类水为主，水质较好；德王河以Ⅲ类、Ⅳ类水为主，个别月份为劣Ⅴ；王坊分干以Ⅲ类、Ⅳ类水为主，部分月份为劣Ⅴ类水；友谊渠以劣Ⅴ为主，部分月份为Ⅲ类或Ⅳ类水；裕民渠以劣Ⅴ为主，部分月份为Ⅳ类或Ⅴ类水；长顺渠以劣Ⅴ为主，水质较差。

从2015-2016年度水质监测资料中选取具有代表性的水质站点6处，采用氨氮、COD和高锰酸盐指数等指标的监测数据进行动态变化分析，监测频次为每年6次。

总体来看，各河流很多站点水质仍然处于劣Ⅴ类，其中长顺渠、裕民渠和友谊渠水质较差，主要是COD和氨氮污染较重；德王东支、德王河、王坊分干大部分时段水质尚可，但有时水质较差；各河流非汛期水质差，汛期水质尚可。水质类别变化显著的有德王河、王坊分干、友谊渠、裕民渠；长顺渠氨氮、COD变化显著，高锰酸盐指数变化较小。河流水环境质量动态变化详见表1。

图2 2015年地表水对地下水补给规律分析图

图3 2016年地表水对地下水补给规律分析图

表1 2015-2016年市辖河流水环境质量动态变化表

4.5 引黄工程对研究区水生态环境影响评价

4.5.1 引黄工程对地下水补给规律分析

研究区域客水资源主要是引黄河水，选取水务探矿公司、小王子食品公司、大学、机械厂等地下水自动监测井，根据引黄水量与监测井的地下水位监测资料，对2015年至2016年的地下水位与引黄水量的关系进行分析。分析结果表明，引黄工程对地下水有一定的补给影响，引水量越大，后期补给作用越强，对研究区地下水生态功能修复起到积极作用。补给规律分析见图4。

图4 2015-2016年引黄工程对地下水补给规律分析图

4.5.2 引黄灌溉供水对水生态环境影响

在位山三干渠入临清界处南环桥设置取水断面，监测资料取自2015-2016年份水质监测成果。按照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)标准和单指标水质评价方法对位山三干渠水质进行评价。

通过评价可知，临清引黄水水质主要介于Ⅱ～Ⅲ类间，以Ⅲ类为主，有的监测月份达到了Ⅱ类水，临清引黄良好的水质将极大地改善了临清市地表水及地下水环境，但其作用是滞后的，后期作用将更加明显和突出。总体来看，引黄灌溉供水通过渗透作用对于改善当地地下水环境有很大的积极影响。但也存在渗透层污染物下渗对地下水水质带来的短暂负面影响，提高河流、灌区下垫面(底质)环境质量，有助于提升当地地下水生态环境质量。

5 结语

在收集临清市自然地理、社会经济、气象水文以及河流水资源开发利用等资料的基础上，围绕地表水、降水、引黄工程对地下水的补给、水体质量影响进行了较全面的分析评价，做了有益的探索。研究表明，降水、地表水、引黄工程等对临清市地下水水位的提升产生了不同程度的影响，且大气降水及引黄工程对地下水水质的改善起到了积极的作用。为进一步提高超采区水生态修复监测与评估效果，建议如下：

(1)水生态监测与修复是一项长期工程，延长系列资料监测时间，获得更长时间的监测资料更有利于地表引水回补地下水水量、改善地下水水质滞后期等生态修复的研究。

(2)加大监测井、雨量站布置密度，科学布置监测井位置。

(3)有待于对河流、灌区河床底质进行底泥监测和污染物评价，探讨污染物补给地下水下渗机理。

(4)借鉴国内外先进的水生态评估理论和方法，探讨地下水超采区水生态修复技术和方法，制定水生态修复措施、方案，加强区域地下水保护性的开发利用。