Question

双村岩溶水系统水环境评价与可持续开发利用对策研究

Answer 1

王通国¹ 陈松² 周绍智²

（1.青岛地质工程勘察院，青岛266071；2.山东省鲁北地质工程勘察院，德州253015）

作者简介：王通国（1956—），山东临沭人，高级工程师，从事水工环地质勘查评价工作。

摘要：双村岩溶水系统位于鲁中南岩溶区的西南部，是一个较为完整的开放的岩溶单斜蓄水构造，边界条件较为清楚。系统内建有全国最大的煤炭企业兖矿集团和全国目前最大的火力发电厂——邹县发电厂，采煤矿井星罗棋布，工业企业十分发达。伴随而来的主要问题就是强化开采地下水资源，工业三废排放量增加，而要保持地下水资源的可持续开发利用，首先应该弄清水资源的环境状况。本文在水环境评价的基础上，提出了实现该系统水资源可持续利用的建议。

关键词：水环境；评价；开发利用；岩溶水系统；邹城市双村

1 地下水类型、分布及含水岩组的富水性

双村岩溶水系统内分布着松散岩类孔隙水、基岩裂隙水（包括层状类裂隙水和块状类裂隙水）、岩溶水3种。

1.1 松散岩类孔隙水

该类型水赋存于第四系晚期及近期的冲洪积及坡洪积松散沉积物孔隙中，分布于系统内中北部、西部及山前地带。东北部及西北部沿泗河地带有冲洪积扇及古河道分布，含水层以中粗砂、中砂、中细砂为主，砂层累计厚度20～30m，井孔单位出水量一般100～300m³/（d·m）；南部及东部山前地带，以含钙质结核的粘质砂土为主，无含水砂层，富水性较差。

该类型水的补给来源以大气降水为主，次为地表水渗漏补给、灌溉回渗补给。排泄方式有人工开采、地面蒸发、侧向径流和向下层岩溶水越流排泄。在孔隙水与岩溶水联系密地区，水位年变幅大于5m，其他地区一般1～3m。本类型水的化学类型主要是HCO₃—Ca、HCO₃—Ca·Na型，矿化度0.5～0.7g/L，西部地区的矿化度高于东部。

1.2 基岩裂隙水

（1）块状岩类裂隙水：分布于东部太古界变质岩及零星出露的各期岩浆岩的风化裂隙中，风化带发育深度一般小于10m，裂隙发育程度较低，富水性差，水位、水量随季节变化明显，井孔单位出水量一般小于50m³/（d·m）。水质优良，化学类型为HCO₃—Ca型，矿化度低于0.5g/L。

（2）层状岩类裂隙水：系统内层状岩类为石炭系—侏罗系砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、夹少量碳酸盐岩，隐伏于北部和西部第四系松散层之下，顶板埋深自东向西由20m至200m，富水性较差，除东部埋藏较浅地区井孔单位出水量10～50m³/（d·m）外，其他均小于10m³/（d·m），化学类型为HCO₃—Ca或HCO₃—Ca·Na型，矿化度小于1.0g/L。

1.3 岩溶水

岩溶水为系统内重点开发的地下水。含水层为寒武系、奥陶系灰岩、结晶灰岩、白云岩、白云质灰岩、豹皮灰岩，分布面积达553.25km²，其中补给区（裸露、半裸露区）面积246.75km²，以寒武系岩层为主；径流排泄区（隐伏区）面积306.5km²，主要是奥陶系岩层。在寒武系分布区，除两城南北泉隐伏地段井孔单位出水量大于1000m³/（d·m）外，其他地段均小于100m³/（d·m），富水性较差。奥陶系碳酸盐岩岩层是系统内的主要含水介质，为岩溶水的赋存和运移提供了庞大的调蓄空间，岩溶发育深度自顶板向下可达300m以下，岩溶形态以溶隙、溶蚀孔洞、溶洞及大的岩溶裂隙为主，岩溶之间连通性好，导水性强，因而水量十分丰富。现已发现的富水地段有双村、两城、北亢阜、黄路屯、夹道、泉上等多处，其单位出水量均在1000m³/（d·m）以上，单井出水量可达10⁴m³/d以上。目前，前三地已成为工业及城市供水的主要水源地，其他几处将是今后进行勘探的重点工作对象。在中部的面坊—谢庄—石里—纸坊头一带为较富水地段，单位出水量为 500～1000m³/（d·m），在其外围地区井孔单位出水量一般在 100～500m³/（d·m）之间。

岩溶水矿化度一般在0.5g/L左右，化学类型多为HCO₃—Ca型，个别地段HCO₃·SO₄—Ca·Mg型。

2 岩溶水资源量

双村岩溶水系统的勘察研究随着位于山东省邹城市的邹县发电厂建设规模的扩大而逐步深入，资源量的计算精度也随着提高。在以往几次勘查工作中，评价的补给量、储存量和可开采量均随着约束条件的变化而增大。

2.1 补给量

采用均衡法求得的多年平均补给量为Q_补＝28.57×10⁴m³/d。多年平均补给量是由降水入渗补给量（Q_降）、孔隙水（包括地表水转化部分）越流补给量（Q_越）和灌溉回渗补给量（Q_灌）三部分组成的。其中，Q_降占41.2%，Q_越占56.8%，Q_灌占2%。越流补给量超过降水补给量的原因是在卧牛山至两城沿白马河两岸为孔隙水与岩溶水联系密切区，并有岩溶天窗存在，在开采状态下，岩溶水位下降，致使地表水、孔隙水能够较快地转化为岩溶水，成为开采激化补给增量。而在自然状态下，越流补给量是不存在的。

2.2 储存量

岩溶水储存量依据含水层在标高30～13 m范围内的体积及其贮水系数计算求得。在该范围内的可调蓄储存量为0.68×10⁸m³。

2.3 可开采量

该系统岩溶水可开采量的计算主要是通过建立数学模型和数值模拟实现的，辅以比拟法、干扰井群法加以验证，最新计算结果为28.57×10⁴m³/d，也就是多年平均补给量。目前，系统内岩溶水实际最大年开采量为9749×10⁴m³/a（即25×10⁴m³/d），在可开采量中已有87.5%得到验证。根据多年不间断的观测，随着开采量逐年增加，岩溶水位并未出现连续下降和水源地开采降落漏斗继续扩展趋势，证明所计算的结果是可靠的。

3 水环境质量评价

3.1 地表水环境质量

因系统内岩溶水与地表水有着密切的水力联系，所以，应首先考虑评价地表水的质量状况。在系统内与岩溶水关系密切的主要是白马河水和湖水。根据《地表水环境质量标准》（GHZB1—1999），选取23项水质测试指标，采用单项组分、单样品法，对白马河水和湖水进行比较评判，结果白马河水均为超Ⅴ类水，污染较为严重，主要污染指标有：

湖水为Ⅲ类水，水质较好。

3.2 浅层孔隙水质量

系统内孔隙水在较大范围内与岩溶水联系密切，是岩溶水的主要补给项。根据《地下水质量标准》（GB/T14848—93），选取总硬度、

等10项指标，采用模糊数学法进行评价。评价结果反映南部山区山前地带水质优良，属Ⅰ类水；沿白马河两岸附近颜庄—两城为Ⅴ类水，水质极差，已遭受污染；其他地带浅层孔隙水为Ⅲ类水，水质较好。

3.3 岩溶水质量状况

系统内岩溶水质量状况良好，大都属于Ⅰ、Ⅱ类水，仅在第四系松散层较薄，引河水灌溉地段有所变差，属Ⅲ类水，基本适用于各种用途。

4 岩溶水开发中存在的主要问题

（1）对岩溶水的开发缺乏统一规划，无序开采现象较严重。该系统岩溶水自80年代初开始大规模开采利用以来，开采量呈现逐年上升趋势，至1994年总开采量已超过20×10⁴m³/d，1997年达到最大为26.7×10⁴m³/d。随着当地工业经济发展和城市规模扩大，对地下水需求量增加迅猛，需水的企业、工厂和农村乡镇从本部门利益考虑就地就近自行开采，导致布井不合理、水资源浪费或开采过于集中，致使部分地段产生程度不同的环境水文地质问题。

（2）降落漏斗已经形成并有扩展趋势。在双村—侯庄一带已有10余家企业建井开采岩溶水，2000年合计开采量达到18.3×10⁴m³/d，占全区岩溶水总开采量（25×10⁴m³/d）的73.2%，由此使双村水源地降落漏斗面积超过100km²，在较枯水的1992年枯水期，漏斗面积达到220km²。对此倘若不加控制，必然会使岩溶水位持续下降，引起一系列的环境地质问题。

（3）水质污染。由于城市工业的发展，“三废”的排放量不断增加，使系统内的地表水不同程度地受到污染，进而影响到第四系潜水，继而在“三水”水力联系密切区影响到深部的岩溶水。目前在黄路屯、两城等地段岩溶水已经出现水质变差的现象。如果岩溶水一旦受到污染，其范围将较广且短期内不易治理，所以，其潜在的污染决不可忽视。

（4）工农业争水矛盾。在两城水源地因“三水”联系密切，相互转化快速，在枯水期若增大岩溶水开采量就会造成农村浅层水井水位急剧下降，取水困难。为此，邹县电厂与当地农民已发生多次用水纠纷。

5 实现水资源可持续开发利用的对策研究

双村岩溶水系统赋存着丰富的优质岩溶水资源，为开发利用提供了前提条件，但如何开发利用和保护好宝贵的地下水资源，保持良好的水资源环境，实现地下水资源的可持续开发利用，是我们面临的一大课题。鉴于此，提出以下对策和建议。

（1）做好地下水的开发规划，实行按规划有组织、有计划地开发，在已集中开采区限制继续打井取水，同时，优先考虑开发具有潜在远景、且不易发生环境和工程地质问题的埋藏型岩溶水。

（2）在“三水”联系密切区，大力发展引地表水灌溉工程，一方面预防工农业争水矛盾产生，另一方面可以增加岩溶水的补给量，起到增源增采、涵养水源的作用。

（3）开展地下水与地表水联合调蓄工作。将地面水与岩溶水联网，实行科学调度，达到以丰补歉的目的。

（4）对系统内已发现的富水地段及北部有硬岩覆盖的地区进行更进一步的水文地质工作，投入一定的资金，运用新技术、新方法在覆盖型岩溶水分布区寻找富水区，开辟新的水源地。

（5）加强对白马河水的治理工作，避免因河水污染造成岩溶水的污染。

（6）在岩溶水的补给区设立一级保护区，严格控制新上工业企业，尤其是对环境污染严重的工业，保护好岩溶水的源头。

（7）做好地下水的动态监测和动态管理。建立地下水、地表水监测网络，并逐步实现自动化监测。在大量资料和实践的基础上，建立该系统的管理模型，以适应大系统、多目标、多级优化的综合管理趋势，获得最大的经济效益，促进当地国民经济的可持续发展。