坪上泉域巖溶水水資源評(píng)價(jià)研究

賈曉東

（忻州市水資源管理委員會(huì)辦公室，山西 忻州 034000）

坪上泉域巖溶水水資源評(píng)價(jià)研究

賈曉東

（忻州市水資源管理委員會(huì)辦公室，山西 忻州 034000）

坪上泉出露于忻州市五臺(tái)縣南部的河谷中，泉水流量大小一定程度上受地表徑流量動(dòng)態(tài)變幅的影響，坪上泉出流分散，泉水口前開(kāi)發(fā)利用程度較低。由于泉域內(nèi)巖溶地下水開(kāi)發(fā)條件比較差，建議以泉水提用與井采相結(jié)合的利用方式進(jìn)行水資源開(kāi)發(fā)。

溶巖水；泉域；水資源；坪上泉域

1 泉域概況

坪上泉出露于忻州市五臺(tái)縣南部約30km的滹沱河與清水河匯合處的河谷中，是以散泉群形式出流的巖溶水排泄帶，泉水出露高程640～703m。據(jù)調(diào)查，濾沱河甲子灣村以南、清水河胡家莊以西至戎家莊村東的泉域邊界內(nèi)，有大小泉點(diǎn)221個(gè)，構(gòu)成4個(gè)主要泉組，其中滹沱河干流上有甲子灣、水泉灣、段家莊3個(gè)泉組，清水河上為李家莊泉組（含胡家莊、耿家會(huì)、李家莊、坪上散泉群）；此外還有在泉域西南端水頭溝孤立出流的大灣泉，它們共同組成坪上泉。

泉水多年平均總流量為4.9m3/s（1956～2003年），最大流量11.86m3/s最小流量2.27m3/s，不穩(wěn)定系數(shù)為5.22。據(jù)1994年觀測(cè)資料，各泉組流量為：水泉灣泉組0.75m3/s，段家莊泉組0.66m3/s，李家莊泉組0.94m3/s，大灣泉0.20m3/s，甲子灣泉0.12m3/s。水泉灣、段家莊、李家莊泉組是坪上泉的主體。泉水出露高程：甲子灣泉組為710.9～713.2m，水泉灣泉組為639.9～699.7m，段家莊泉組為672.8～678.8m，李家莊泉組為609.1～699m，大灣泉為700m。泉水出露地層除水泉灣泉組為中奧陶統(tǒng)下馬家溝組外，其余均出露于下奧陶統(tǒng)、中上寒武統(tǒng)中。泉水水質(zhì)優(yōu)良，屬HCO3-Ca·Mg型水溶解性總固體一般為212～333mg/L；個(gè)別為500mg/L（2005年李家莊泉），總硬度187.2-300mg/L。

泉域地處山西省中東部的五臺(tái)山區(qū)及系舟山區(qū)的北端，屬中山地形間夾山間盆地（茹村、五臺(tái)、豆村盆地）和河流谷地，地形高程一般為1000～3000m，相對(duì)切割深度500～1000m，總體地形是北高南低，北部最高峰北臺(tái)頂3058m，南莊附近滹沱河谷最低590m。

泉域內(nèi)主要河流有滹沱河及其支流清水河，屬海河流域子牙河水系。滹沱河自北而南穿過(guò)本區(qū)。區(qū)內(nèi)河長(zhǎng)38km。多年（1956～2003年）平均徑流量為16.42m3/s（南莊水文站）。清水河發(fā)源于五臺(tái)山的中臺(tái)，在坪上村匯入濾沱河。多年平均徑流量4.06m3/s。其在巖溶區(qū)流長(zhǎng)50km，因清水漏失胡家莊以上河段大部分為干谷，以下河段因泉水出流始有清水基流。泉域?qū)俅箨懶园敫珊禋夂?，高寒微濕，多年平均降水量?66.36mm。降水量受地形影響變化大，山區(qū)迎風(fēng)坡大，盆地河谷區(qū)小。

2 巖溶水資源系統(tǒng)循環(huán)特征與泉水出露條件

坪上泉域以清水河流域?yàn)橹黧w，以走向北東30°～40°的百泉郊——白家莊復(fù)式間斜為基本構(gòu)造格架。泉域內(nèi)出露地層有：太古界、元古界深、淺變質(zhì)巖，廣泛分布于泉域北、東及東南部，是巖溶含水系統(tǒng)基底及補(bǔ)給巖溶水的地表水產(chǎn)流區(qū)；下古生界寒武系、奧陶系碳酸鹽巖，分布于五臺(tái)山南部及系舟山區(qū)，組成軸向北東——南西展布的復(fù)式向斜構(gòu)造；上古生界石炭系、二疊系碎屑巖，向斜軸部零星覆蓋在奧陶系之上；新生界上第二系、第四系松散巖覆蓋于各時(shí)代之上。寒武、奧陶系碳酸鹽巖在區(qū)內(nèi)沉積總厚度大于900m，是泉域巖溶地下水儲(chǔ)存、徑流、運(yùn)移場(chǎng)所，尤其以上寒武統(tǒng)和中奧陶統(tǒng)巖溶發(fā)育最強(qiáng)。

2.1 巖溶地下水補(bǔ)給

坪上泉域巖溶地下水主要存在降水入滲與河流滲漏兩大補(bǔ)給源。百泉郊——白家莊向斜平緩開(kāi)闊，向斜核部碳酸鹽巖出露面積為500km2以上。受各時(shí)代地質(zhì)構(gòu)造作用的影響，垂直裂隙相當(dāng)發(fā)育，地貌以峻峰溝谷組合形態(tài)為主，為降水入滲提供了有利條件。清水河及各支流呈扇形向中部寒武、奧陶系碳酸鹽巖區(qū)匯流，上游太古界、元古界等非碳酸鹽巖區(qū)的總匯水面積在2000km2以上，其中清水河主干流在碳酸鹽巖區(qū)滲漏長(zhǎng)度為55.72km，支流濾泗河、泗陽(yáng)河的滲漏段長(zhǎng)度分別為8.75km、8.22km。清水河從耿莊鎮(zhèn)進(jìn)人碳酸鹽巖裸露區(qū)，河谷中堆積有第四系砂礫石松散層，厚度0～30m，結(jié)構(gòu)松散，滲透能力強(qiáng)，滲透系數(shù)為43～100m/d，為河水滲漏提供了有利條件。經(jīng)實(shí)測(cè)演算，清水河多年平均（1967～1992年）滲漏量為1.62m3/s，占同期泉水流量的35%。

2.2 巖溶地下水徑流

受構(gòu)造和碳酸鹽巖含水層和滹沱河最低侵蝕基準(zhǔn)面等一系列因素控制，泉域內(nèi)區(qū)域巖溶地下水形成了特有的矩形、雙向動(dòng)力網(wǎng)的特征。北東、南西兩側(cè)巖溶地下水總體向中部滹沱河排泄帶運(yùn)移，在補(bǔ)給區(qū)，由于下奧陶統(tǒng)的相對(duì)隔水作用，中奧陶統(tǒng)和寒武系含水層基本是沿巖層面溶蝕裂隙分層運(yùn)動(dòng)，到排泄區(qū)受各種斷裂構(gòu)造切割溝通，產(chǎn)生一定的混合。

2.3 巖溶地下水排泄與泉水成因條件

滹沱河從五臺(tái)劉家寨向下游到閻家莊橫切過(guò)向斜核部泉域碳酸鹽巖含水層，形成區(qū)內(nèi)巖溶地下水最低的排泄基準(zhǔn)，滹沱河成為了巖溶地下水的排泄帶。受復(fù)向斜中次級(jí)褶皺（如河西背斜、坪上背斜)及平行于褶皺軸線的斷裂構(gòu)造影響，各碳酸鹽巖含水層沿滹沱河上下起伏，在巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的界面處成為地下水相對(duì)集中排泄地帶。甲子灣地層使得中上元古界白云巖與太古界牛心溝組變質(zhì)巖隔水層對(duì)接，形成了甲子灣泉；下奧陶統(tǒng)的相對(duì)阻水作用使得巖溶地下水排泄形成水泉灣泉組；在清水河與滹沱河交匯部位，沿河谷向下游出露下寒武統(tǒng)饅頭組紫紅色頁(yè)巖，區(qū)域隔水層的阻水作用，使得巖溶地下水排泄形成李家莊泉組。

滹沱河、清水河切出巖溶含水層的區(qū)域隔水底板而溢流成泉，是屬侵蝕、接觸、溢流全排型泉。

3 泉域水資源環(huán)境問(wèn)題與成因分析

3.1 泉水排泄區(qū)環(huán)境質(zhì)量

坪上泉位于滹沱河與清水河河谷中，目前基本保持了泉水出流的自然狀態(tài)，沿河谷有公路干道通過(guò)，但目前的公路設(shè)施對(duì)泉水影響不大，一旦將來(lái)成為運(yùn)煤主道，對(duì)泉水的影響將不可忽視。西龍池抽水蓄能電站的施工，對(duì)泉域環(huán)境影響較大。

3.2 泉水流量

坪上泉域巖溶地下水分布于五臺(tái)山區(qū)，山高谷深，開(kāi)采條件較差。泉域內(nèi)巖溶碳酸鹽巖主要是南東和北西側(cè)太古界和下元古界變質(zhì)巖，礦產(chǎn)資源分布范圍有限，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)巖溶水資源量的影響不太突出。特別在20世紀(jì)50～60年代泉水流量中出現(xiàn)了9.54m3/s、11.86m3/s、9.99m3/s的極大流量，與當(dāng)年降水量密切相關(guān)。由前面的巖溶水文地質(zhì)條件可知，清水河具有極強(qiáng)的入滲條件，泉水流量大小一定程度上受地表徑流量變幅影響，由于這些極大流量值位于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)早期，導(dǎo)致了統(tǒng)計(jì)泉水流量在數(shù)值上的遞減趨勢(shì)。另外，通過(guò)泉域降水量與泉水流量的變化趨勢(shì)比較，認(rèn)為造成坪上泉水流量衰減的主要原因是氣候因素。

3.3 泉水水質(zhì)污染與成因分析

坪上泉域巖溶地下水主要補(bǔ)給來(lái)源是降水入滲與河流滲漏，其中河流滲漏量達(dá)到泉水流量的1/3以上，泉域巖溶地下水的防污性能較差。河流上游區(qū)人類(lèi)的生活、生產(chǎn)對(duì)地表水的污染必然要導(dǎo)致巖溶地下水的污染。

4 坪上泉域水資源保護(hù)目標(biāo)與措施

4.1 水資源保護(hù)目標(biāo)

維持泉水一定出流量。由于泉域內(nèi)巖溶地下水開(kāi)發(fā)條件比較差。建議以泉水提用與井采相結(jié)合的利用方式進(jìn)行水資源開(kāi)發(fā)。抑制泉水污染趨勢(shì)，保護(hù)泉源區(qū)自然狀態(tài)。

4.2 保護(hù)措施

4.2.1 泉源重點(diǎn)保護(hù)區(qū)

坪上泉排泄分散，泉水口前開(kāi)發(fā)利用程度較低，主要用于當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟拈L(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，坪上泉可建立大型供水水源地，需要加強(qiáng)保護(hù)甲子灣泉到李家莊泉的滹沱河與清水河的河谷沿岸地帶，總面積10.3km2。

4.2.2 水質(zhì)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)

坪上泉域巖溶地下水補(bǔ)給主要有面狀降水入滲補(bǔ)給和清水河的線狀滲漏補(bǔ)給，清水河水質(zhì)的好壞對(duì)巖溶地下水的質(zhì)量好壞至關(guān)重要，開(kāi)展對(duì)清水河滲漏段河水的水質(zhì)保護(hù)是保證巖溶地下水不受污染的有效途徑，因此將清水河滲漏段作為水質(zhì)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)。其范圍為清水河及其支流的河谷地帶包括清水河干流從耿莊鎮(zhèn)河西村到李家莊一帶、支流濾泗河從劉家莊到與清水河交合處環(huán)椿坪、支流泗陽(yáng)河從瓦岔到河口總面積約26.2km2。其中特別要對(duì)發(fā)源于五臺(tái)縣城的濾泗河水質(zhì)開(kāi)展重點(diǎn)保護(hù)，建議在五臺(tái)縣建立污水處理廠。鑒于五臺(tái)山（臺(tái)懷鎮(zhèn)）旅游業(yè)發(fā)展迅猛，生活污水直排的影響應(yīng)引起高度重視。

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1004-7042（2017）05-0011-02

賈曉東（1984-），男，2013年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。

2017-03-08；

2017-04-12