晋祠泉域地下水位控制指标及其生态修复研究

尤龙凤

(太原市水资源管理保护中心，山西 太原 030002)

地下水是太原市的主要供水水源之一，随着经济社会的快速发展，在大规模开采地下水和煤矿开采对水资源破坏的双重作用下，太原市部分地区地下水严重超采，引发了区域地下水水位下降、岩溶泉水断流(兰村泉1986年断流、晋祠泉1994年断流)、地下水水质恶化等一系列水生态环境问题[1]。

晋祠泉域作为太原市的第二岩溶大泉，其岩溶地下水资源是太原市居民生活用水和工农业生产用水的主要供水水源，对太原市的经济社会发展具有极其重要作用。随着泉域岩溶地下水资源的大量开发利用，加之泉域内煤矿大规模开采引起的采煤排水量的持续增大等原因，泉域内地下水水位不断下降，导致泉水出现断流。为保护和修复晋祠泉域生态系统，山西省委省政府先后采取了汾河清水复流、晋祠泉复流工程、煤矿兼并重组、地下水关井压采等一系列措施[2]，遏制了泉域水生态环境持续恶化的趋势。2008年晋祠泉地下水位首次出现回升，到2018年底恢复至距泉口1.61m，但近两年又出现水位下降的情况，晋祠泉迟迟未复流。本文研究确定晋祠泉域地下水水位控制指标及其生态修复措施，旨在为进一步加强太原市晋祠泉域的地下水管理，防治泉域地下水继续超采和污染，改善泉域生态环境现状，实现泉水恢复出流。

1 晋祠泉域概况及主要生态环境问题

1.1 泉域概况

晋祠泉是山西19个岩溶大泉之一，具有重要的历史文化传承，泉水出露于太原西山悬瓮山下，由难老泉、圣母泉、善利泉组成，出露高程802.59～805m。泉域总面积2030km2，行政区划以太原市的古交市、清徐县、晋源区、万柏林区所辖范围为主，局部涉及尖草坪区、娄烦县和交城、静乐等县(区)。

根据《山西省第二次水资源调查评价》成果，晋祠泉域1956—2000年系列多年平均岩溶水资源量为7570万m3/a(2.40m3/s)，可开采资源量为1956万m3/a(0.62m3/s)。20世纪70年代以来，由于泉域岩溶地下水超采及煤炭开采对岩溶水系统的破坏等原因，导致泉水于1994年断流。

1.2 晋祠泉岩溶泉水流量及水位动态

1.2.1岩溶泉水流量

20世纪50年代，晋祠泉实测平均流量1.94m3/s且较为稳定，属稳定型泉水。自20世纪60年代以来，特别是80年代后期泉水流量逐年减少，由60年代年均1.69m3/s，下降至70年代的1.13m3/s，再由80年代年的0.46m3/s，降至90年代初的0.15m3/s，于1994年4月30日泉水断流。

晋祠泉的流量变化经历了两个特征不同的时期。第一个时期为1954—1960年，该时期的泉流量变化比较平稳；第二个时期为1961—1994年，该时期的泉流量迅速衰减，直到断流，如图1所示。

1.2.2岩溶地下水位动态

晋祠泉自1994年4月断流至2008年，泉口地下水水位持续急剧下降，泉口水位埋深在2008年达到最低的27.76m。为改善晋祠泉域生态环境，山西省有关部门积极采取了多种有效的治理措施。先后实施了煤矿兼并重组、汾河清水复流工程、晋祠泉复流工程和泉域地下水超采区综合治理等[2- 3]。自2008年后，晋祠泉域岩溶地下水位开始止降回升，至2011年断流10年的清徐县平泉村“不老泉”(属于晋祠泉域)复流，2013年底晋祠泉水位回升至高程793.56m，距泉口9.03m。到2018年底恢复至距泉口1.61m。泉口地下水水位动态变化如图1所示。

图1 晋祠泉流量与泉口水位变化曲线图

1.3 泉域现状存在的主要生态环境问题

1.3.1人工岩溶水井大量开采泉域岩溶地下水

人工开采岩溶地下水是晋祠泉开发利用的主要方式，在1971—1994年间，岩溶水的直接开采已经成为控制晋祠泉流量变化的最重要的因素，甚至可以说是晋祠泉断流的决定性因素。截止2019年，泉域仍有岩溶水井180眼，岩溶地下水开采量达3252.3万m3，占泉域水资源量的43%，开采系数为1.66，属于严重超采。

1.3.2清徐边山自流井排泄晋祠泉岩溶水

晋祠泉与平泉是区域上同一个岩溶水系统的不同排泄点，其泉口水位及泉流量变化受控于整个岩溶水系统补给与开采排泄变化影响。从水位动态、水化学-同位素特征等分析，晋祠泉补给平泉，平泉不老池岩溶水中晋祠泉补给量占73%[4]。2019年清徐县西边山有平泉等自流井12处，年径流量903.6万m3，大量袭夺晋祠泉流量，影响了晋祠泉复流。

1.3.3煤矿开采对晋祠泉岩溶水影响严重

晋祠泉域内现有9座带压开采煤矿，其对泉域岩溶水的年影响量达1009.5万m3，占泉域水资源量的13.3%。煤矿排水量与泉流量之间相关性分析表明，煤矿排水量与泉流量之间存在明显的相关关系，随着煤矿排水量的增大，泉流量逐渐减少[5]。

2 泉域地下水水位控制指标

晋祠泉域自开展生态修复工作以来，水位得到了明显回升，泉口水位自2008年到2018年累计回升26.15m。但是2019年和2020年两年晋祠泉水位出现了下降、回升趋缓的现象。2019年较2018年下降了1.75m，水位埋深距泉口3.36m，2020年水位埋深距泉口3.29m。究其原因主要是泉域岩溶地下水仍处于严重超采状态，加之部分生态修复措施没有落实到位。当前的晋祠泉生态修复工作已进入攻坚阶段，需要持续加大修复工作力度。因此，确定晋祠泉域地下水水位控制指标，在总结以往经验的基础上进一步研究制定其生态修复措施是非常必要的。

根据山西省有关规划和部署，晋祠泉域生态修复目标为2025年实现泉水复流，因此确定2025年晋祠泉泉口地下水水位控制指标为802.59m。

3 泉域生态修复措施研究

为实现2025年水位控制目标，恢复晋祠泉水出流，需在晋祠泉域开展以下保护和生态修复措施，以此涵养泉域地下水，恢复地下水水位。

3.1 配套建设替代水源工程，进行地下水超采治理[6]

配套建设替代水源工程，实施泉域岩溶水关井压采，压减岩溶地下水开采量，进行晋祠泉域地下水超采治理。利用太原市呼延水厂引黄水、规划建设的太原市西山地表水厂供水工程及太原东西山调水工程引黄水作为替代水源，关闭万柏林区内部分岩溶水井；利用汾河一坝西干渠地表水作为替代水源，置换晋源区边山农业灌溉岩溶地下水，关闭晋源区内部分岩溶水井；利用汾河灌区灌溉水作为替代水源，置换清徐县平泉自流井农业灌溉用水，对平泉自流井群进行封堵再治理，压减岩溶地下水外排量。

3.2 实施生态补水工程

3.2.1汾河二库蓄水位高位运行措施

继续实施已有汾河水库、汾河二库与万家寨引黄南干线供水联合调度方案，完善汾河二库大坝相关配套工程，将水库现状水位提升至设计正常蓄水位运行，增加汾河二库库区浸润面积，加大库区渗漏量。

3.2.2罗家曲至龙尾头生态补水工程

在罗家曲村至龙尾头村强渗漏段河道范围内规划建设拦河坝及附属工程设施，形成一定的水面面积，增加地表水下渗量。

3.3 实施矿山禁采限采工程

3.3.1煤矿禁采工程

对位于晋祠泉域岩溶水径流—排泄区，存在带压开采问题，采煤排水量大，对晋祠泉汇流、出流产生严重破坏，直接影响晋祠泉复流的煤矿进行关闭。

3.3.2煤矿保水限排工程

对晋祠泉域内的带压开采煤矿实施采煤保水限排，通过修复断层、加固底板等措施，保护岩溶水不受煤矿开采影响。

3.4 岩溶泉监测工程

建设采煤排水自动监控系统，对晋祠泉域内的煤矿安装自动监控设施，实时监测煤矿采煤排水及其回用情况。对泉域内的带压开采煤矿，建设岩溶水水位监测设备，配套建设远程岩溶水水位自动监测系统，实时监测煤矿岩溶水位动态变化[7]。同时，完善泉域水位、水质监测系统，为了科学规划、合理保护晋祠泉域提供基础数据支撑。

3.5 泉域水质污染综合治理

对泉域内的“老窑水”污染问题采取“源头防治+末端治理”的方法，针对不同问题类型，采取相应治理措施[8]；在泉域渗漏段对现有污水处理厂进行提标改造，确保入河水质经处理达到地表水功能区水质目标要求后排放；完善污水收集管网，提高废污水处理回用率；开展入河排污口整治和农村面源污染治理工程等。

3.6 综合分析

(1)晋祠泉生态修复是一项重大的系统工程，涉及部门较多。为了确保其生态修复各项工作的顺利完成，促进泉水早日恢复出流，应构建“政府主导、多部门联动”的高效管理体制，加强泉域生态修复工作的统筹协调，把晋祠泉生态修复措施变成行之有效的行动和管理依据。

(2)从玉门河南峪村—杜儿坪煤矿东侧—官地矿与白家庄矿交界处—龙山—明仙村东—晋祠泉是晋祠泉域岩溶地下水强径流带，该强径流带汇集了来自北部汾河二库渗漏补给及西北古交方向的补给水源，是对晋祠泉水流量影响最敏感的地区[9- 10]，关闭万柏林区白家庄煤矿等岩溶水井对晋祠泉水复流具有显著效应。应加快实施太原东西山调水工程及配套净水厂、管网、附属设施等替代水源工程的建设，确保2025年晋祠复流目标实现。

(3)实施“五水综改”方案，建立税价、水价联动机制，促进引黄水的利用，减少地下水的开采。

4 结语

晋祠泉是北方有名的岩溶大泉之一，由于过度开发利用，泉水于1994年断流。本文对泉域现状存在的生态环境问题进行分析，按照以保护为主、自然修复和工程措施并重，以地下水超采治理、生态补源和煤矿整治为重点，提出泉域生态保护和修复的目标及主要措施。各项修复措施的落实对推进晋祠泉复流工作可起到积极的推动作用，同时也为山西省兰村、古堆、洪山等千古名泉的复流乃至北方类似断流岩溶大泉复流和生态修复提供参考和借鉴。但是，泉域地下水的生态修复治理是一个复杂的过程，研究制定其保护和修复措施应着重考虑各项措施的系统联动性和实施的可行性。