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本文作者：李亞松1費(fèi)宇紅1錢永1簡(jiǎn)明2韓占濤1王平1張兆吉1作者單位：1中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所2河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊(duì)

漏斗發(fā)展形態(tài)變化及演變特征

目前，已有部分學(xué)者就滄州地區(qū)深層地下水超采以及帶來(lái)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題方面進(jìn)行了研究，但是尚未就漏斗從其形成、演化和恢復(fù)方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。文中根據(jù)滄州市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)告［4－9］，和滄州地區(qū)深層地下水位降落漏斗特征，將其變化發(fā)展分為了4個(gè)時(shí)期。第一個(gè)時(shí)期為漏斗直線發(fā)展階段(1967－1980)。1966年以前，滄州市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鎮(zhèn)生活用水完全依靠地表水和少量的淺層地下水，為應(yīng)對(duì)氣候干旱，農(nóng)業(yè)用水量持續(xù)上漲，以及廣大農(nóng)村農(nóng)業(yè)水利化程度低的情況，河北平原于1966年開(kāi)始進(jìn)行農(nóng)田供水水文地質(zhì)勘查，滄州的機(jī)井建設(shè)得到了飛速發(fā)展，地下水開(kāi)采量陡升，成為了形成地下水位降落漏斗的主導(dǎo)因素。十幾年間，低水位期水位下降了52．04m，平均每年下降約5．38m。此間，全區(qū)14個(gè)縣城的集中開(kāi)采區(qū)均已形成漏斗，其他如油田供水點(diǎn)等集中開(kāi)采區(qū)也相繼形成漏斗。同時(shí)，青縣、滄州、泊頭、南皮、黃驊及滄州化肥廠杜林水源地形成漏斗，在－20m的等水位線范圍內(nèi)與滄州漏斗形成一體，即組合成新的滄州漏斗，使漏斗的形狀由同心式規(guī)則圓形變?yōu)椴灰?guī)則圓形。第二個(gè)時(shí)期為漏斗穩(wěn)定發(fā)展階段(1981－1995)。深機(jī)井?dāng)?shù)量在經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間的陡增之后開(kāi)始變緩，到1986年，全市深機(jī)井總數(shù)達(dá)到14679眼，1990年達(dá)到15771眼，總數(shù)一直維持在15000～17000眼左右，年平均開(kāi)采量也保持在4．4×108m3～5．2×108m3。這一時(shí)期，降落漏斗中心水位降深為20．42m，年降深量為1．36m，降深速度有所減緩，但是－40m等水位線封閉面積年增加量高達(dá)254．4km2，造成這種現(xiàn)象的原因主要為發(fā)生了地下水位降落漏斗的夷平作用。對(duì)于每一個(gè)含水系統(tǒng)的水來(lái)說(shuō)，基本不與外界發(fā)生水力聯(lián)系或者發(fā)生微弱的水力聯(lián)系。但在漏斗區(qū)，一個(gè)含水系統(tǒng)里邊的兩個(gè)以上漏斗存在水力聯(lián)系，或者是不同含水系統(tǒng)之間存在著兩個(gè)漏斗而發(fā)生了水力聯(lián)系，主要是因?yàn)槁┒返陌l(fā)展使漏斗邊緣水向中心匯集，使一個(gè)系統(tǒng)里邊的兩個(gè)漏斗的水相互補(bǔ)給，甚至不同系統(tǒng)的漏斗之間發(fā)生了水力聯(lián)系，由于這種作用，使漏斗周圍水位降低，而中心水位下降速度減慢或者水位回升，就形成了漏斗的夷平作用［10］。這一時(shí)期，全區(qū)－40m等水位線封閉區(qū)形態(tài)顯示滄州地下水位降落漏斗由單一漏斗開(kāi)始逐漸演變?yōu)槎鄠€(gè)漏斗綜合的區(qū)域性漏斗。第三個(gè)時(shí)期為漏斗急劇擴(kuò)張階段(1996－2002)。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，需水量不斷增加，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)增多和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量陡增，都需要大量地下水作為保證。十年來(lái)，地下水年平均開(kāi)采量為6．9×108m3，漏斗中心總降深量為10．56m，年降深量?jī)H為1．06m，但是－50m等水位線封閉區(qū)面積卻從966．0km2增至6528．5km2。漏斗呈現(xiàn)向滄州地區(qū)北部發(fā)展的趨勢(shì)，－70m封閉線以平均7km/a向北部擴(kuò)展，－80m封閉線以平均1．4km/a的速度向北部擴(kuò)展，分別是其向南部擴(kuò)展的5倍和4倍，主要受滄州地區(qū)北部青縣漏斗的拉動(dòng)以及北部工業(yè)區(qū)和水源地較為集中的影響。而到2005年底，第III含水組地下水降落漏斗在滄州境內(nèi)只存有埋深＞60m的封閉區(qū)，埋深≤60m的封閉區(qū)因外移在南北方向上已經(jīng)在境內(nèi)完全敞開(kāi)，向北已延伸至天津、河北廊坊境內(nèi)，向南延伸至山東德州和河北衡水境內(nèi)［11］，漏斗形態(tài)已經(jīng)由點(diǎn)狀漏斗群向露盆發(fā)展，降落漏斗夷平作用顯得更加明顯。第四個(gè)時(shí)期為漏斗逐漸恢復(fù)階段(2003年至今)。為配合國(guó)家對(duì)于地下水超采區(qū)治理規(guī)劃，地方管理部門頒布了關(guān)于關(guān)停市區(qū)單位自備井的相關(guān)決定，開(kāi)始實(shí)施深層地下水封井計(jì)劃，滄州市區(qū)封停單位自備井工作逐漸開(kāi)展，市區(qū)深層地下水的開(kāi)采量逐年減少，地下水下降的趨勢(shì)也逐步得到遏制，自2005至2007年3年時(shí)間內(nèi)，成功封井282眼。至2009年底滄州市區(qū)第III、第IV、第V含水組平均水位分別上升了146m、18．22m和34．28m［12］。

漏斗成因探討

地下水位下降漏斗形成原因主要是強(qiáng)采地下水的結(jié)果，但是同時(shí)也受氣候條件、工農(nóng)業(yè)布局以及區(qū)域地質(zhì)和水文地質(zhì)條件控制，總結(jié)和歸納可以得出其主要影響和控制因素包含以下3個(gè)方面。

1不利的氣候條件

滄州地區(qū)氣候條件為干旱半干旱濕潤(rùn)性氣候，降水年內(nèi)分布不均，年際豐枯變化懸殊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1956～2003年的47年間，全市共出現(xiàn)偏旱和干旱年份13次，平均4年一次，并且從20世紀(jì)80年代以來(lái)進(jìn)入了降水相對(duì)較枯的時(shí)期，平均年降水量減少了約30mm。為克服干旱，需要開(kāi)采大量的地下水用以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。

2特殊的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件為內(nèi)因

滄州市地處海河流域南系諸河下游，歷來(lái)即有"九河下梢"之稱，所以砂層顆粒較細(xì)，地下水滲透速度較為緩慢。由于淺層主要為咸水，開(kāi)發(fā)利用程度低，滄州地區(qū)第III含水層為主要開(kāi)采層，其補(bǔ)給主要來(lái)自于西部側(cè)向徑流補(bǔ)給，然而上游的保定、衡水地區(qū)的開(kāi)采層同滄州基本一致，造成了對(duì)滄州側(cè)向補(bǔ)給的截流，深層地下水得不到有效補(bǔ)給，加速了漏斗的發(fā)展。

3工農(nóng)業(yè)用水量陡增為外因

據(jù)1953～2005年統(tǒng)計(jì)資料顯示，全市農(nóng)業(yè)灌溉面積在50年間增加了幾十倍，糧食總產(chǎn)由5．46×108kg增加到32．37×108kg，增長(zhǎng)了5倍多，而中小型企業(yè)數(shù)量不斷增加也使得工業(yè)產(chǎn)值翻了上百倍。全市人口則由1953年的352萬(wàn)人增加到2005年的679．36萬(wàn)人，增長(zhǎng)了近一倍［13］。工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人口增多都加大了地下水資源負(fù)荷程度，地下水開(kāi)采量到2005年高達(dá)11．3×108m3，而按照水資源評(píng)價(jià)導(dǎo)則確定的方法計(jì)算滄州市深層地下水允許開(kāi)采量?jī)H為2．92×108m3，實(shí)際開(kāi)采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了可供水量。因此，滄州深層地下水位降落漏斗的形成和演變，是在不利的氣候條件和地下水開(kāi)采量陡升的外力驅(qū)動(dòng)下，受特殊地質(zhì)及水文地質(zhì)條件控制而形成的。

地下水超采的環(huán)境響應(yīng)與應(yīng)對(duì)措施

地下水超采除了形成區(qū)域地下水位降落漏斗外，還引發(fā)了一系列諸如地面沉降、咸淡水面下移等的環(huán)境問(wèn)題。過(guò)量抽取地下水，形成水頭差，導(dǎo)致含水層頂?shù)装灞徊粩鄩好茚屗?，?dǎo)致含水層骨架變形，除了造成地面沉降外，還有可能由于釋出水中的氟碘離子異常引起地下水水質(zhì)的下降。滄州市地面沉降發(fā)現(xiàn)于1971年，當(dāng)時(shí)沉降量只有9mm，到2001年底，沉降中心累計(jì)沉降量已達(dá)到2236mm，并且沉降量大于2000mm的范圍已經(jīng)覆蓋了整個(gè)滄州地區(qū)［14］，地面沉降導(dǎo)致城市建筑物損壞、管道變形，破壞水準(zhǔn)點(diǎn)，造成地面積水和排水不暢等，危害巨大。此外，深層淡水含水層和淺層咸水體之間的水位差，致使上部咸水向深層淡水含水層滲透，對(duì)埋藏在下部的深層淡水造成威脅，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料分析顯示，咸淡水界面下移一般為10m左右，最大下移深度超過(guò)30m［15］，部分地區(qū)已經(jīng)由于深層淡水咸化而導(dǎo)致其無(wú)法被利用。地裂縫頻發(fā)也是地下水超采的惡果之一。最近5年中，滄州共發(fā)現(xiàn)地裂縫20余處，在任丘出現(xiàn)的一條地裂縫，最寬處達(dá)3m，長(zhǎng)約4km，白洋淀和滹沱河大堤也都曾發(fā)現(xiàn)較大的橫穿裂縫，危害防洪安全。目前滄州地區(qū)已經(jīng)推行了一些水資源優(yōu)化配置的舉措，如全面封停自備井，實(shí)現(xiàn)外流域調(diào)水等，也取得了不錯(cuò)的效果，但是外流域調(diào)水打破了原有的水資源空間布局，而且全面封停自備井導(dǎo)致大量提水設(shè)施閑置，資源無(wú)法得到有效利用。為此，文中提出幾條水資源優(yōu)化配置的建議，首先督促?gòu)S礦企業(yè)各單位提高水資源利用效率，盡量降低日用新水量，提高重復(fù)利用率;極力推行低耗水量農(nóng)作物，推行節(jié)水農(nóng)業(yè)，充分利用雨洪資源;地下水資源應(yīng)為"限采"而非"禁采"，城鄉(xiāng)居民用水在農(nóng)用灌溉期可主要使用外流域調(diào)水，而在非灌溉期則可以開(kāi)采部分地下水，降低成本的同時(shí)還可以保證地下水循環(huán)和更新;最后應(yīng)逐漸開(kāi)發(fā)淺層咸水資源，使其早日能為民所用。