太原市晉祠泉域生態(tài)環(huán)境特征分析

趙芹珍蔡繼清

（山西省水土保持科學(xué)研究所 山西太原 030013）

1 自然地理環(huán)境特征

1.1 地理位置與地形地貌

晉祠泉水出露于山西省太原市西南18 km2的懸甕山下，晉祠泉域位于太原市西部，汾河中上游，總面積2 030 km2,南北長(zhǎng)84.5 km，東西寬49.5 km，地形總趨勢(shì)是北高南低，西高東低。區(qū)內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，多數(shù)地區(qū)是基巖裸露的巖石山區(qū)。汾河以北山脈多由寒武、奧陶系堅(jiān)硬的碳酸鹽巖石組成，具有典型的巖溶山區(qū)特點(diǎn)；汾河以南主要是石炭、二疊和三疊系地層分布區(qū)，基巖出露在溝谷兩側(cè)，山梁及山頂多有黃土、紅土覆蓋。

巖溶水系統(tǒng)地貌類型主要為構(gòu)造切割地貌和流水堆積地貌，泉域內(nèi)有土石山區(qū)（1 652 km2）、黃土丘陵溝壑區(qū)（288 km2）、河谷川地與黃土丘陵階地區(qū)（90 km2）三種地貌類型[1]，其中山丘區(qū)面積1 791 km2,平原區(qū)面積259 km2。

1.2 水文氣象

泉域地處黃土高原中部，屬暖溫帶大陸性氣候，多年平均氣溫9.1℃，極端最低氣溫-21℃，極端最高氣溫39℃，日照時(shí)數(shù)2 450 h,干旱指數(shù)介于2.0～3.05之間，無霜期165 d；多年平均蒸發(fā)量2031.3 mm，水面蒸發(fā)3～5月占年蒸發(fā)量的35%，汛期6～9月占 46%，10～11月占 10%，冰期 12～2月占 9%；多年平均降水量 507 mm，其中夏季（6～8月）降水量占 62.6%，秋季（9～11月）降水量占21.7%，春冬兩季（12～5月）降水量占11.2%，年降水量總體呈下降趨勢(shì)。

1.3 土壤與植被類型

晉祠泉域土壤類型主要為褐土、草甸土與潛育型水稻土[4]。褐土包括三個(gè)土屬即淡褐土性土、山地褐土與淡褐土，其中淡褐土性土包含黃土質(zhì)淡褐土性土、洪積砂礫質(zhì)淡褐土性土、洪積粗骨性淡褐土性土；山地褐土包含耕種黃土質(zhì)山地褐土與粗骨性山地褐土；淡褐土，草甸土包括鹽化淺色草甸土分為河淤土、潮土兩種；潛育型水稻土為洪積物潛育型水稻土。泉域內(nèi)分布的主要植物[4]-[5]有黃櫨（Cotinus coggygria）、黃刺玫（Rosa xanthina Lindl.）、土莊繡線菊（Spiraea pubescens Turcz）、沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）、連翹（Forsythia suspensa(Thunb.)vahl．）、黃薔 薇 （Rosa hugonis Hemsl）、 虎 榛 子（Ostryopsis davidiana Decaisne）、胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz）等灌叢以及榆（Ulmus pumila Linn.）、槐（Robinia?pseudoacacia?L．）、楊（Populus）、柳（Willow）、油松（P.tabuliformis）、白樺（Betula platyphylla Suk）等喬木樹種。

1.4 土地利用類型與水土流失

泉域內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)比例見表1，土地利用類型布局不合理，林業(yè)用地比例偏低，容易造成嚴(yán)重的水土流失。

表1 晉祠泉域土地利用類型

暴雨集中、地形破碎、土質(zhì)松散、植被覆蓋度低是導(dǎo)致該區(qū)水土流失發(fā)生的主要原因，泉域內(nèi)非水土流失面積653.3 km2，占總面積的31.2%；水土流失面積1 438 km2，占總面積的68.8%。其中土石山區(qū)表面覆蓋主要為二迭、三迭紀(jì)砂巖和頁巖，巖面風(fēng)化強(qiáng)烈，為中度侵蝕區(qū)，土壤侵蝕模數(shù)500～2 000 t/（km2·a），水土流失形式以水力侵蝕為主，其次是重力侵蝕與風(fēng)化侵蝕；黃土丘陵溝壑區(qū)植被覆蓋率低，沖溝發(fā)育，水土流失極為嚴(yán)重，為強(qiáng)烈侵蝕區(qū)，土壤侵蝕模數(shù)4 000～7 000 t/（km2·a）；黃土丘陵階地區(qū)分布在洪積沖積平原為輕微侵蝕區(qū)，土壤侵蝕模數(shù)約500 t/（km2·a）。

2 水資源系統(tǒng)環(huán)境特征

2.1 河流水系與小流域

泉域內(nèi)河流均屬黃河流域汾河水系[2]，汾河在區(qū)內(nèi)流長(zhǎng)100 km，流域面積7 000 km2,先后匯入汾河的較大支流有：大川河、屯蘭川、柳林河、原平川、天池河、獅子河、白石溝、北頭河、虎峪溝、鳳峪溝、柳子溝、方山河等，為季節(jié)性河流，呈現(xiàn)年際變率大，豐、平、枯水年流量相差懸殊的特點(diǎn)。主要河流水系包含小流域面積分類及數(shù)量分布見表2。其中，天池河流域?yàn)辄S土丘陵溝壑區(qū)、巖石裸露區(qū)兩種地貌類型，土壤類型山地褐土、階地草甸土，年平均輸沙模數(shù)3 000 t/(km2·a)；獅子河流域?yàn)辄S土覆蓋型灰?guī)r山區(qū)，灰?guī)r裸露面積較大，年平均輸沙模數(shù)4 000 t/(km2·a)；屯蘭川流域上游為變質(zhì)巖山區(qū)，中下游灰?guī)r、砂頁巖土石山區(qū)，年平均輸沙模數(shù)2 000～3 000 t/(km2·a)；原平川流域上游為山區(qū)，下游為階地，是砂頁巖區(qū)，年平均輸沙模數(shù)3 000～4 000 t/(km2·a)；大川河流域山區(qū)多為砂頁巖土石山區(qū)，黃土覆蓋，年平均輸沙模數(shù) 3 000～4 000 t/(km2·a)；柳林河（部分區(qū)域）流經(jīng)太原地段河長(zhǎng)28 km，流域范圍內(nèi)多屬石灰?guī)r山區(qū)，年平均輸沙模數(shù) 1 000～2 000 t/(km2·a)。

表2 晉祠泉域主要河流水系小流域數(shù)量分布

圖1 晉祠泉水流量與降水量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)對(duì)比

2.2 巖溶地下水賦存條件與分布規(guī)律

晉祠泉域?qū)贅?gòu)造斷塊山地巖溶類型，地下水系統(tǒng)為中奧陶統(tǒng)灰?guī)r儲(chǔ)水構(gòu)造，是一個(gè)補(bǔ)給徑流排泄自成體系的水文地質(zhì)單元。依據(jù)巖溶地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，地下水流向與巖溶含水層間配置關(guān)系，泉域水資源系統(tǒng)為“順置式”系統(tǒng)模型，即巖溶地下水總體流向與含水層傾向相同，地下水的總體運(yùn)動(dòng)方向與地層傾向相一致，有較大范圍的地下水承壓區(qū)分布。按照埋藏和運(yùn)動(dòng)特征，巖溶水多運(yùn)動(dòng)于隱伏灰?guī)r中，屬覆蓋型承壓水。為溶隙含水系統(tǒng)，綜合形成網(wǎng)脈狀面流與溶洞-溶隙導(dǎo)水帶。根據(jù)含水介質(zhì)的巖性特征和地下水賦存條件，巖溶地下水分為碳酸鹽巖裂隙溶洞水、碎屑巖類裂隙孔隙水和松散巖類孔隙水三個(gè)基本類型[6]，水循環(huán)深度多達(dá)300 m以上[9]；碳酸鹽巖裂隙溶洞水為晉祠出流水，碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在古交汾河以南的廣大地區(qū)，松散巖類孔隙水主要分布在汾河及其較大支流的山區(qū)河谷。補(bǔ)給-徑流區(qū)以裂隙溶隙水為主，徑流-排泄區(qū)以溶隙溶縫型巖溶水為主；從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)，富水性由弱變強(qiáng)，面狀分散接受補(bǔ)給，經(jīng)過大面積網(wǎng)狀徑流區(qū)于排泄區(qū)小范圍內(nèi)集中排泄。補(bǔ)給區(qū)至排泄區(qū)地下水埋深、地下水位以及水力坡度呈現(xiàn)由大變小的趨勢(shì)[7]。

2.3 泉水流量動(dòng)態(tài)變化與補(bǔ)給

晉祠泉水流量變化經(jīng)歷了兩個(gè)特征不同的時(shí)期（見圖1），1963-1969年，泉水流量變化比較平穩(wěn)，數(shù)值差異不大；1970-1994年，泉水流量迅速衰減，直到斷流。1963-1974年，降水量與泉水流量衰減變化趨勢(shì)基本同步，表明降水是泉水流量變化的主要因素；1975-1994年，泉水流量與降水量過程線明顯分離，泉水流量的衰減幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水的減少幅度，在此階段降水對(duì)泉水流量的衰減有一定影響，但已不是主要的影響因素。泉水流量主要與泉水補(bǔ)給區(qū)的面積和降水量補(bǔ)給的大小有關(guān)[8]。導(dǎo)致泉水流量衰減的因素有大氣降水量、汾河滲流量的逐年減少、巖溶地下水開采逐年增加以及補(bǔ)給區(qū)植被稀少水土流失等原因。大氣降水量作為晉祠泉水流量的補(bǔ)給來源，其多年變化規(guī)律與晉祠泉水流量具有密切關(guān)系，泉水某一時(shí)刻的流量是受多年降水量綜合作用的結(jié)果，它表明含水巖體具有多年調(diào)節(jié)性，也反映出北方巖溶泉的主要特征。

泉域巖溶水系統(tǒng)的補(bǔ)給主要來自兩大部分，一部分是泉域西北部大面積的灰?guī)r裸露區(qū)和西部邊界條帶狀灰?guī)r裸露區(qū)，另一部分是河流滲漏，汾河主河道常年滲漏補(bǔ)給和季節(jié)性河流的滲漏補(bǔ)給。北部灰?guī)r裸露區(qū)碳酸鹽巖裂隙斷裂密集、巖溶發(fā)育，為大氣降水入滲的主要補(bǔ)給區(qū)，補(bǔ)給入滲率為0.3～0.37，灰?guī)r上覆黃土或其它隔水巖組，入滲率小于0.30；汾河段滲漏區(qū)不同水文年的汾河滲漏總量分別為:豐水年汾河滲漏總量9.58m3/s，偏豐水年6.69 m3/s，平水年1.84 m3/s，偏枯水年0.26 m3/s，枯水年0.13m3/s。另外區(qū)內(nèi)存在的“構(gòu)造天窗”以及風(fēng)化嚴(yán)重、裂隙發(fā)育的巖層區(qū)域也能夠進(jìn)行補(bǔ)給，但補(bǔ)給量相對(duì)較少。對(duì)晉祠泉而言，汾河水在深水位灰?guī)r區(qū)的滲漏則不容忽視，這種補(bǔ)給更可能占主要地位。

3 結(jié)語

為了保護(hù)晉祠泉水，應(yīng)積極開展科學(xué)研究，尋求增加泉域地下水補(bǔ)給量的途徑，通過一系列生態(tài)環(huán)境建設(shè)增加泉水補(bǔ)給量和出流量是十分必要的。本文詳細(xì)分析了泉域內(nèi)自然生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，降水量與泉水流量隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及降水量對(duì)泉水流量的影響；研究了晉祠泉水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征與晉祠泉水補(bǔ)給的區(qū)域分布規(guī)律，對(duì)太原巖溶水系統(tǒng)的形成與演化研究具有重要的理論意義，為太原市以及北方類似條件地區(qū)保護(hù)巖溶泉水資源進(jìn)一步開展水土保持綜合治理措施與生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)基礎(chǔ)理論依據(jù)。

［1］山西省水利廳,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所,山西省水資源管理委員會(huì).山西省巖溶泉域水資源保護(hù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2008

［2］李英明，潘軍峰.山西河流［M］.北京：科學(xué)出版社,2004

［3］劉耀宗，張經(jīng)元，王彪.山西土壤［M］.北京：科學(xué)出版社，1992

［4］《太原植被》編輯委員會(huì).太原植被［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1991

［5］馬子清.山西植被［M］.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［6］田松良，武小捷.太原市水土保持與水資源系統(tǒng)保護(hù)關(guān)系探討［J］.中國(guó)水土保持，2000(8):31-32

［7］中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)巖溶地質(zhì)專業(yè)委員會(huì).中國(guó)北方巖溶和巖溶水［M］.北京:地質(zhì)出版社.1982

［8］肖長(zhǎng)來，梁秀娟,王彪.水文地質(zhì)學(xué)［M］.北京:清華大學(xué)出版社,2010

［9］鄒峽青，何世春.山西晉祠泉域水文地球化學(xué)特征及成因［J］.中國(guó)煤田地質(zhì),1992，4(4):53-56