淺談地下水漏斗區(qū)的治理與恢復(fù)

王永東

(遼寧省撫順?biāo)木郑|寧 撫順 113015)

1 地下水漏斗區(qū)的形成

1.1 地下水定義

廣泛埋藏于地表以下的各種狀態(tài)的水，統(tǒng)稱為地下水。大氣降水是地下水的主要來源。根據(jù)地下埋藏條件的不同，地下水可分為上層滯水、潛水和自流水三大類。上層滯水是由于局部的隔水作用，使下滲的大氣降水停留在淺層的巖石裂縫或沉積層中所形成的蓄水體。潛水是埋藏于地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層上的地下水，通常所見到的地下水多半是潛水。當(dāng)潛水流出地面時(shí)就形成泉。自流水是埋藏較深的、流動(dòng)于兩個(gè)隔水層之間的地下水。這種地下水往往具有較大的水壓力，特別是當(dāng)上下兩個(gè)隔水層呈傾斜狀時(shí)，隔層中的水體要承受更大的水壓力。當(dāng)井或鉆孔穿過上層頂板時(shí)，強(qiáng)大的壓力就會(huì)使水體噴涌而出，形成自流水。

1.2 地下水漏斗區(qū)的形成

地下水資源為可更新資源，可開采利用的水量主要是當(dāng)年或一定水文周期內(nèi)地下水的補(bǔ)給量。一個(gè)地區(qū)或一個(gè)流域在各種天然補(bǔ)給與消耗因素的綜合影響下，地下水保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。如平原地區(qū)淺層地下水直接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，其補(bǔ)給量與潛水蒸發(fā)和地下徑流排泄之間，在相當(dāng)時(shí)期內(nèi)處于平衡狀態(tài)。地下水降落漏斗也稱地下水漏斗。當(dāng)?shù)叵滤_采量大于補(bǔ)給量時(shí)，地下含水層產(chǎn)生向下凹陷的自由水面或水壓面(前者指潛水含水層的水位，后者指承壓含水層的水位)狀似漏斗，過量開采地下水使地下水收支平衡遭到破壞，造成地下水位下降，長(zhǎng)此以往則形成了區(qū)域性的漏斗狀凹面，其特征是地下水等水位線往往呈同心圓狀。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活對(duì)地下水的需求日益加大，導(dǎo)致了很多地區(qū)超量開采地下水，形成了多處地下水降落漏斗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2013年全國(guó)已形成一百多個(gè)區(qū)域地下水降落漏斗。

地下水位下降漏斗的類型有季節(jié)性漏斗和常年性漏斗。季節(jié)性漏斗:主要受氣候和開采因素的影響，常出現(xiàn)在干旱季節(jié)。降水季節(jié)，由于入滲、補(bǔ)給，水位逐漸恢復(fù)，漏斗隨之消失。常年性漏斗:由于長(zhǎng)年超量開采，形成的漏斗，雖經(jīng)雨季，地下水位(水壓)有所回升，但漏斗仍然存在。

地下水需地表水體的不斷補(bǔ)充，而這種補(bǔ)充往往由于地質(zhì)構(gòu)造的原因，不是簡(jiǎn)單的局部補(bǔ)充，一些地區(qū)的地下水要靠其他地區(qū)的地表水來補(bǔ)充。地下水的補(bǔ)給量與開采量達(dá)到平衡時(shí)，地下水位將維持穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生水位下降漏斗。當(dāng)?shù)叵碌刭|(zhì)構(gòu)造遭到破壞，切斷地下水補(bǔ)給來源或地下水開采量超過補(bǔ)給量時(shí)，就會(huì)形成地下水水位降落漏斗。偶爾的、暫時(shí)的超量開采，地下水降落漏斗會(huì)逐漸恢復(fù)。長(zhǎng)時(shí)間的、大量的超采地下水，地下水位來不及恢復(fù)，地下漏斗會(huì)越來越大，帶來地面下沉、水井報(bào)廢、地下水開采成本增加、工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到阻礙等一系列地質(zhì)、生態(tài)和環(huán)境問題。此外，礦井開挖或地質(zhì)變遷破壞了地下水隔水層，也會(huì)造成地下水急劇下降，形成水位降落漏斗。

2 地下水漏斗的危害

地下水漏斗的危害主要表現(xiàn)在以下幾方面:

(1)造成地面沉降、塌陷，導(dǎo)致工程建筑物開裂、傾斜、倒塌乃至埋沒;

(2)河流，湖泊水量減少，形成斷流、干涸等災(zāi)害;

(3)泉流量減少，水井枯竭，影響植被生長(zhǎng)，加劇荒漠化;

(4)破壞水土保持，造成水土流失，并導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化等[9]。

另外，地下水漏斗的長(zhǎng)期存在會(huì)使地下水資源逐漸衰竭，降低了地下水的環(huán)境容量和自凈能力，使地下水更易遭受污染，導(dǎo)致地下水污染的治理恢復(fù)比地表水困難得多，近海城市還可能引起海水入滲，使地下水由淡水變成咸水。以上海市為例，從1921年明顯出現(xiàn)地面沉降以來，上海市區(qū)地面累計(jì)沉降量已經(jīng)超過2 m，最大年均沉降量達(dá)110 mm，最近40多年來因地面沉降造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3 000億元。雖然上海自1965年以來通過人工回灌地下水，使地面沉降得到一定控制，但近年來快速增長(zhǎng)的高容量高層建筑，日益成為導(dǎo)致地面沉降的新的重要因素。與此同時(shí)，整個(gè)長(zhǎng)三角地區(qū)因地下水過量開采產(chǎn)生的地下水漏斗、地面沉降等，目前亦未得到根本控制。

3 治理與恢復(fù)

針對(duì)我國(guó)目前地下水資源過度開采，地面形成多處降落漏斗、地下水資源瀕臨枯竭的嚴(yán)重現(xiàn)狀，通過加強(qiáng)立法，從源頭上對(duì)地下水資源采取相應(yīng)的技術(shù)保護(hù)措施，是改善我國(guó)目前地下水資源現(xiàn)狀，達(dá)到合理開發(fā)利用地下水，實(shí)現(xiàn)采補(bǔ)平衡的根本途徑。

1988年我國(guó)頒發(fā)的《水法》中，對(duì)開采地下水進(jìn)行了專門規(guī)定。按照法律規(guī)定，地下水保護(hù)和管理的核心任務(wù)是科學(xué)開發(fā)，合理用水，加強(qiáng)監(jiān)督管理，加強(qiáng)動(dòng)態(tài)觀測(cè)預(yù)測(cè)，對(duì)過量開采的地區(qū)，要嚴(yán)格控制開采，防止水量衰竭和水質(zhì)惡化。保護(hù)基本原則是:

(1)一般地區(qū)的地下水保護(hù)措施:合理布局;科學(xué)開采;加強(qiáng)監(jiān)督。

(2)超采地區(qū)的地下水保護(hù)措施:人工補(bǔ)給;調(diào)整開采井布局。

(3)地下水和地表水聯(lián)合調(diào)度。

(4)利用河槽蓄水，增加地下水補(bǔ)給。

由于地下水漏斗是一個(gè)世界性普遍面臨的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展遺患，因此國(guó)外的不少城市也都碰到了由于地下水位下降而引起的地面沉降，形成區(qū)域性的地下水降落漏斗的問題。通過采取一系列有效措施，多數(shù)城市的沉降速度已明顯降低，有些城市甚至出現(xiàn)地下水位上升，地面回彈的情況。國(guó)外各種控制地下水位下降的措施相繼應(yīng)用于工程實(shí)踐中。主要包括:減少地下水開采量;地表面滲水;人工向地下充水回灌;截水墻;地下噴水管等。而實(shí)踐證明，最直接有效的措施有兩個(gè):一是限制地下水開采量;二是回灌地下水，抬高地下水位或承壓水頭。間接措施還應(yīng)包括節(jié)約用水，開辟其他水源等。

4 遼陽首山地下水漏斗區(qū)的治理措施

4.1 概述

遼陽首山漏斗區(qū)地跨遼陽市、縣，具體范圍是:東、北接太子河，西臨新民村、付五道、高莊子一線，南靠首山腳，東南至新開河。漏斗區(qū)范圍覆蓋水田5 470 hm，旱田24 060 hm，城市占地14.1 km2，該區(qū)域還集中了遼陽、鞍山、鞍鋼的供水水源地等。

首山漏斗是遼寧省大型地下水沉降漏斗區(qū)之一，地下水資源開采歷史達(dá)五十余年。1990年代初期，漏斗區(qū)地下水年開采量達(dá)3.1億 m3，漏斗區(qū)中心地下水最大降深達(dá)24.02 m，漏斗區(qū)最大面積320 km2。

近年來，由于工礦企業(yè)采取節(jié)水措施，以及生產(chǎn)規(guī)模減小，用水量減少，封閉開采井，削減取水量，地下水水位有所回升。2005年遼寧省水資源公報(bào)數(shù)據(jù)顯示，首山超采區(qū)的地下水動(dòng)態(tài)埋深為20 m，靜態(tài)埋深為16.68 m，漏斗區(qū)面積縮小到 299.6 km2。

首山漏斗區(qū)的形成和長(zhǎng)期存在，破壞了該區(qū)域內(nèi)的水生態(tài)平衡，導(dǎo)致了地下水資源日漸枯竭，水質(zhì)惡化，農(nóng)業(yè)灌溉定額增大，供水保障率下降。因此，對(duì)地下水漏斗區(qū)進(jìn)行及時(shí)的、科學(xué)的綜合治理，盡快恢復(fù)該區(qū)域的水生態(tài)平衡是當(dāng)務(wù)之急。

4.2 治理與恢復(fù)措施分析

從首山漏斗區(qū)的成因與現(xiàn)狀來看，地下水資源的恢復(fù)與治理是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、綜合性的系統(tǒng)工程。應(yīng)從非工程措施和工程措施兩方面入手，雙管齊下，長(zhǎng)期堅(jiān)持，方可見效。

在實(shí)施非工程措施方面，首先應(yīng)加大地下水開采許可制度的執(zhí)法力度，嚴(yán)控非法開采、超量開采地下水，同時(shí)還要加強(qiáng)漏斗區(qū)內(nèi)污染源的監(jiān)控與管制，最大限度減少對(duì)有限地下水資源的污染，從源頭遏制住水質(zhì)不斷惡化的趨勢(shì);其次，要加大節(jié)約用水宣傳，改善用水企業(yè)的用水工藝，提高重復(fù)用水率，逐步形成節(jié)制用水、杜絕浪費(fèi)的良好社會(huì)風(fēng)尚，為構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)奠定思想意識(shí)基礎(chǔ);最后，還要加強(qiáng)科學(xué)規(guī)劃，系統(tǒng)管理，凝聚社會(huì)各類資源，形成高效、合理的水資源管理體系，將地下水資源的開發(fā)利用納入科學(xué)、法制軌道，從根本上解決地下水漏斗區(qū)的危機(jī)。

遼陽區(qū)域內(nèi)，河流資源比較豐富。尤其太子河水量豐沛，貫穿全境，是利用工程措施進(jìn)行人工回灌補(bǔ)充地下水漏斗的得天獨(dú)厚的資源。結(jié)合首山漏斗區(qū)的地形地貌特征，選擇人工回灌補(bǔ)充地下水可從兩方面著手。一是在首山漏斗區(qū)地下水徑流的上游，太子河干流上修建一至兩座橡膠壩，攔截河道建立人工湖，以此壅高水位，從而達(dá)到增加入滲補(bǔ)給的目的。橡膠壩的地點(diǎn)則可選擇在太子河干流下王家村至韓夾河村一帶。經(jīng)初步估算，此項(xiàng)回灌措施年補(bǔ)給地下水量可在400余萬 m3以上;二是利用首山地下水漏斗區(qū)范圍內(nèi)人工采砂形成的多處沙坑，如繡江、水泉、北王家及王雙樹子等面積較大的沙坑，通過遼陽灌區(qū)渠道和引水管線將太子河水引入沙坑內(nèi)，對(duì)地下水進(jìn)行回灌。此項(xiàng)措施的年回灌水量預(yù)估可達(dá)150萬 m3左右。通過上述兩項(xiàng)工程措施的實(shí)施，可大大緩解首山漏斗區(qū)的水生態(tài)平衡危機(jī)。工程措施與非工程措施的齊頭并進(jìn)，首山漏斗區(qū)的恢復(fù)便指日可待。

5 結(jié)語

地下水作為一種水資源，雖然是可以更新的，但是在日益增長(zhǎng)的社會(huì)用水需求下，也不是取之不盡、用之不竭的。地下水保護(hù)工程措施除了可以采取河道回灌和沙坑回灌措施外，還可以配合從超采區(qū)“移井”至非超采區(qū)等工程措施，以減少超采區(qū)地下水的開采量。但若想從根本上消弭地下水漏斗的存在，還應(yīng)該從非工程措施方面取得突破，樹立尊重自然規(guī)律的行為和道德準(zhǔn)則，是實(shí)現(xiàn)人水和諧、促進(jìn)原生態(tài)發(fā)展的最佳途徑。

[1]黃國(guó)如，等.考慮地下水人工回灌的灌區(qū)水資源管理研究[J].灌溉排水.2001.20(3):10 －16.

[2]黃真理，等.中國(guó)環(huán)境水利學(xué)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社.2006.

[3]何俊仕，等.流域與區(qū)域相結(jié)合水資源管理理論與實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社.2006.

[4]劉兆昌，張?zhí)m生，等.地下水系統(tǒng)的污染與控制[M].