邢台市城市水源地地下水开发利用与保护

邢台市城市水源地地下水开发利用与保护鲍其钢1孙芬花2乔光建1（1、河北省邢台市水文水资源勘测局河北邢台054000；2、石家庄市水
文水资源勘测局河北石家庄050051）摘要：邢台百泉岩溶盆地中赋存的岩溶地下水，是邢台市区及有关县市工农业生产和生活的主要水
源。岩溶地下水具有补给快、循环周期短、水质好等特点，同时流域内污染源容易污染岩溶地下水。通过对岩溶区内地下水系统特征分析和水质评价
，进一步阐明在开发利用岩溶地下水时应遵循其自然特性进行合理开采，并提出保护岩溶区水源地的措施和建议。关键词：城市水源地;岩溶地下水
;水环境;水质评价;开发利用;邢台市中图分类号:TV212?文献标识码:A?文章编号:1672-1683(2003)04-00
12-03?邢台市城市供水水源主要是百泉泉域的岩溶地下水，市内的重点水源地都位于百泉泉域的径流区下游地段及排泄区附近。随着开采量
的增加，都直接影响整个泉域的排泄、径流区的水位动态。所以，对邢台百泉泉域地下水系统的分析研究，进一步探讨对百泉岩溶地下水合理开发利
用，对邢台市城区国民经济发展和保障人民群众生活用水有重要意义。1邢台百泉岩溶地下水系统概况?邢台百泉岩溶地下水系统位于邢台、邯
郸西部，包括邢台市、内邱县、邢台县、沙河市及武安市的部分地区。总面积3843km2。区域内西部为山区，海拔标高1000m
左右；向东逐渐过度为低山丘陵，标高200～500m；东部为平原，标高60～100m。?邢台百泉地下水系统处于太行山拱断束。区
内构造复杂，行迹纵横交错，由于岩浆岩的侵入，将含水体分割得支离破碎。其西部边界为变质岩；东南部为寒武系、奥陶系灰岩裸露区，面积33
8.6km2。百泉泉域是一个以降水为惟一补给来源，边界性清楚，基本独立、完整、封闭式的水文地质自然单元。其补给方式有两种：大气降
水在灰岩裸露区面状直接入渗补给，入渗系数在0.6～0.7之间；其次是大气降水在西部变质碎屑岩区形成地表径流，汇入下游河道和水库，河
水和水库放水在河道渗漏段部分下渗，以线状间接补给岩溶水。区域内有发源于西部变质岩区的小马河、白马河、七里河、沙河、马会河、北?河
。各河流在雨季洪峰期流经裸露区产生严重渗漏。邢台百泉泉域是一个独立的岩溶地下水盆地，含水层以奥陶系、寒武系灰岩为主，岩溶裂隙发育
，垂直分带明显。自地下水位以下至标高－150m为岩溶强发育带，标高－150m至－400m为岩溶中等发育带，标高－400m至
－650m为岩溶弱发育带。2邢台百泉岩溶地下水开发利用情况2.1天然状态下百泉岩溶地下水特征1958年以前，该泉域地下水流动
系统处于天然稳定状态，地下水埋深总的变化规律是：从补给区埋深型到排泄区逐渐过渡为浅埋型，直到排泄点以泉群涌出地表。水位标高从补给区
大于160m，到排泄点为60m。那时岩溶水基本没有开采，只是引用，百泉泉域的出流量一般为8～10m3/s。1958—1978
年间，随着工农业的发展和人口的增加，岩溶水逐渐被开发，此期间该泉域出流量平均值为6.87m3/s。上述两个流量都表征当时岩溶水的
补给量。百泉岩溶地下水的流网形态受构造控制，总的特征是呈波状起伏的辐型流面，在强径流带则为槽谷状展布。在补给区流线密集，向排泄区则
逐渐变的稀疏。其流线的趋势是，分别从西南、西、西北向百泉汇流。百泉泉域内除西部变质岩山区有众多的小泉外，较出名的大泉有百泉、达活泉
两大泉群，是百泉泉域岩溶水的主要排泄点。百泉泉域位于邢台市区东南4km处，有百泉、珍珠泉、华庄泉等11处排泄点。达活泉泉域位于邢
台市达活泉公园一带，有达活泉、紫金泉等5处排泄点。由1972—1982年百泉泉域两大泉群月年平均流量统计，反映出泉域衰减和消亡过程
，达活泉泉域1981年干枯后，至今尚未恢复自流。百泉泉域1982年出现了有记载以来的第一次断流，使素有“百泉之城”美称的邢台市泉水
干涸。以后时断时有，流量极小。如图1为邢台百泉泉域泉水1972—1982年流量过程图。?邢台百泉地区岩溶地下水年周期水位动态变化
，可分为三个阶段：第一阶段是回生期。岩溶地下水位于每年7～11月，在补给区为短时、快速、直线式回生；在径流区、排泄区，逐渐过渡为缓
慢曲线式回生，回生速度在补给区为7～50cm/d，径流区为2～7cm/d，排泄区2～2.5cm/d。第二阶段是相对稳定期。在
丰水期，径流区与排泄区于11月中旬以后，有1～3个月水位稳定期。补给区一般无稳定区。在枯水年份，各区均不具有水位稳定期。第三阶段是
下降期。岩溶地下水的水位，一般在补给区于每年10月至下年6月，径流区于11月至下年6月，排泄区于1月到6月，呈直线式下降。下降速度
在补给区为3～5cm/d，径流区为2～3cm/d，排泄区为0.5～2cm/d。2.2开采条件下百泉岩溶地下水特征1978年
以后，由于作为岩溶水主要补给来源的大气降水处于偏枯周期（1958—1980年年平均降水量为551.2mm，1981—1997年年
均降水量为496.3mm），降水补给量减少，而随着国民经济的发展，对岩溶地下水的开采量逐年增加，导致百泉在20世纪80年代几次断
流。在集中开采区，还产生了地下水位下降漏斗，使地下水流系统受到人为经济工程的影响，目前，已成为天然—人工复合流动系统的非稳定状态。
在岩溶水水位动态变化过程中，1979年以前，水位只具有周期性变化规律，多年水位基本保持平衡。1979年以后，岩溶水大规模集中开采，
水位变化大，呈现出多年下降趋势，同时导致泉水减小乃至断流。年内水位历时曲线的上升段变缓，下降段曲线变陡，说明补给量已小于开采量，反
映了开采型水位特征。如图2为邢台市紫金泉水厂1991—2000年地下水埋深变化过程线。?开采条件下的岩溶地下水流网形态，与天然状
态类似，只是在排泄区流网更加稀疏。但是，在人工集中大量开采岩溶水的地段，则出现漏斗状流网形态。例如，邢台市区由于过量开采岩溶水，自
1978年以来，地下水位年平均下降1.6～1.8m/a，1999年最大埋深达85.06m（动水位埋深）。已经形成多次“水荒”和
工矿企业因“吊泵”而停产的事件，在其它开采较集中的地方，均形成局部小漏斗区。在这些地方，地下水流网形态均发生局部变化，呈现出漏斗状
流网形态特征。不过，如果能在雨季减少开采量，则随着补给量增加，地下水位下降漏斗即会随之消失，流网形态恢复原状。在开采条件下，百泉岩
溶地下水的水位动态与天然状态类似，在一个水文年内有回生期、相对稳定期和下降期。但是，天然状态下地下水位动态曲线一般为单峰单谷形，而
在开采条件下，由于受人为因素的影响。地下水位动态曲线呈波状起伏，变化比较复杂。在丰水年，岩溶地下水获得大量补给，地下水位大幅度上升
，以后各年补给量相对减少，虽然地下水位动态曲线表现为有升有降，但总的趋势是呈阶梯状下降，直到下一个丰水年。这种动态变化除受大气降水
因素控制外，还与人为增加开采量和朱庄水库蓄水拦截地表径流、减少岩溶地下水补给量有关。3供水水源地地下水补给量及可开采量计算百泉泉
域补给区分布于高村、王窑、皇台底、西丘一线以西地区和基岩裸露区，寒武系中—上统及奥陶系中—下统碳酸盐岩裸露区的渗漏条件受区域节理裂
隙的控制，面裂隙率一般为7％～20％，以北-北东向裂隙为主，北西向亦有相当水文地质意义，且很少有植被覆盖，形成了良好的入渗条件。根
据野外小流域观测，在碳酸盐岩分布区，一般雨后无地表径流，既是在暴雨之后，地表径流亦极短暂；在非碳酸盐岩分布区，则因岩性的限制，入渗
条件较差，主要起地表汇流作用，构成间接补给区。区域内河谷渗漏段的渗入补给量占整个泉域天然补给量的一半以上。本区河流具有两个重要特点
：第一是各河流进入碳酸盐岩分布区之后，因大量渗漏而断流；第二是河流的展布与区域横向构造具有一定的联系。因此，受横向构造控制的渗漏段
，常处于纵向构造带相连接的复合部位，出现强烈的渗漏现象。像沙河的南、北两条支流，在八里庙、朱庄一带穿越朱庄断裂束，八里庙附近位于奥
陶系中统灰岩上的佐村水库建成蓄水后，两昼夜全部漏光。?河谷渗漏的条件也于区域性节理裂隙的发育方向有关，同时，还受河床地质结构的控
制。当沟谷中有透水性较好的冲洪积层分布，而其下伏为透水性良好的灰岩时，则沟谷中的水通过卵石、硕石层渗漏补给灰岩含水层。例如北洺河，
在沙洺河以上常年有水。而从沙洺至西寺村段，却由于河床为奥陶系中—下统和寒武系中统灰岩、白云质灰岩，河水漏失而干涸。因此，北洺河仅在
汛期洪水较大时才全河有水，但经过一段时间后，即随着水势减小和灰岩段河床漏水而干涸。采用《河北省邢台市水文地质工程环境地质综合评价
报告》中的综合入渗系数法来计算泉域岩溶水补给资源。综合入渗系数法是考虑“朱庄水库不放水，而其它水库以多年规律正常运行”状态下的降水
综合入渗系数（1984—1993年资料系列，α1=0.823），主要包括面状入渗与朱庄水库之外的其它水库放水的河道线状入渗两部分。
朱庄水库弃水补给单独计算，根据建库后资料分析，朱庄水库弃水渗漏补给系数实测结果为0.437～0.543。岩溶水补给资源按下式计算，
计算出多年平均补给量为15762.6万m3。Q补=α1×P×F＋α2×Q朱弃式中：Q补为岩溶水的补给量；α1为降水综合入渗
系数；P为灰岩裸露区面雨量；F为裸露区入渗面积；α2为朱庄水库弃水河道渗漏补给系数；Q朱弃为朱庄水库放水的河道流量。若要保持多年
平均水位不发生大的变化，泉域内的岩溶水可开采量保持1.58亿m3。考虑到岩溶水系统具有一定的调蓄能力，按“以丰补歉、多年调节”的原
则评价开采资源，且开采区外一定范围内水动力特征不发生大的改变，既不造成水文地质条件的变异。通过计算，水位变化1m时，岩溶水所给出
或储存的地下水量为698万m3。该岩溶区具有地下水库调蓄功能，为该区多年调节用水提供了良好的条件。在近年来地下水开采量增大情况下，
岩溶水的地下调节发挥了巨大作用。4供水水源地污染源调查4.1工业污染源调查工业污染源是该流域内主要污染源，对水环境的危害也最
大。工业废水中的主要污染参数因行业、工艺流程不同，其含量也因生产规模和管理水平不同而不同。经调查，该流域内主要以冶金、化工、煤矿、
铁矿、造纸等工业为主，其主要污染参数有氨氮、COD、硫化物、挥发酚、氰化物等。百泉岩溶区内主要包括5个县市，2000年废污水排放
量17224万t，主要污染物COD年排放量为10749t，是工业污染的主要污染物。其次为氨氮，年排放量1760t，其它污
染物排放量均较小。各县市污水及污染物排放情况见下表1。4.2农业污染源调查面污染污染物产生于整个流域，以分散的形式间歇地向水
体排放污染物，这种时间上的间歇与天气降水过程有关，污染物产生于整个流域，并经过汇流进入水库。农作物施用的化肥、农药会由于降雨径流的
携带有一部分进入水体，造成水质污染。由于岩溶区入渗快，补给充分，对地下水影响较大。根据调查资料统计，百泉岩溶区流域内化肥施用量折纯
量为66204t／a，平均393kg/hm2，农药施用量为1389t／a，平均8.25kg/hm2。流域内农业污染情
况调查见表2。4.2农业污染源调查面污染污染物产生于整个流域，以分散的形式间歇地向水体排放污染物，这种时间上的间歇与天气降水
过程有关，污染物产生于整个流域，并经过汇流进入水库。农作物施用的化肥、农药会由于降雨径流的携带有一部分进入水体，造成水质污染。由于
岩溶区入渗快，补给充分，对地下水影响较大。根据调查资料统计，百泉岩溶区流域内化肥施用量折纯量为66204t／a，平均393k
g/hm2，农药施用量为1389t／a，平均8.25kg/hm2。流域内农业污染情况调查见表2。5供水水源地地下水水质
评价对邢台市城市地下水水质评价，根据《地下水质量分类指标》进行水环境质量综合评价。地下水质量评价以地下水水质监测资料为基础，首先
进行各单项组分评价，划分组分所属质量类别，对各类别按规定分别确定单项组分评价分值Fi见表3。按下式计算综合评价分值F根据F值，
按以下规定划分地下水质量级别见表4。本次水质分析资料使用邢台市供水水源井2000年水质监测值分析资料进行评价，评价项目为：PH值、
氯化物、硫酸盐、总硬度、溶解性总固体、氨氮、亚硝、硝酸盐、高锰酸盐指数、氰化物、砷、挥发酚、六价铬、汞、镉、铅、锌、铁、锰、氟化物
、细菌总数、大肠菌群等。通过对邢台市供水水源井紫金泉9号井、14号井、18号井、19号井、20号井，韩演庄水厂4号井、5号井，董村
水厂1号井等进行水质评价，城市水源地水质评价见表5。评价结果紫金泉20号井为良好，其余全部为优良，影响水质的主要项目有矿化度，
总硬度，该项目主要由水文地质条件所影响。另外，通过评价发现，硝酸盐氮检出率高，分析其原因，可能与长期使用氮肥有关，也与当地的水文地
质条件有关，有待进一步研究。6供水水源地地下水的合理开发利用6.1对水资源统一规划，统一管理邢台百泉岩溶地下水是邢台市区域水资
源系统的重要组成部分，与地表水之间有着密切联系，相互依存，相互制约。对岩溶水的开发，必须将其置于整个水资源系统统一考虑，科学规划，
兼顾地表水和地下水、上游和下游、以及工农业用水需要，避免重复建设和相互干扰，建立优化的水资源开发管理系统。在同一岩溶水系统内盲目
打井提水，竟相开发，水源地搬家，使水井越打越深，提水成本成倍增长。因此，对岩溶区内水资源要统一管理，统一规划，对水源地的分布、开采
的层位、开采量、水井的深度，矿山排水的层位和排水量，地下水的增补和调配等应有统一的管理机构进行统一的科学规划，统一严格管理。6.2
通过人工调节，提高水资源利用率通过试验，利用朱庄水库放水补充百泉岩溶水，取得较好的效果。如1994年汛前,当邢台市区地下水位大幅
度下降时，邢台市根据有关部门的建议，由朱庄水库放水，通过河道渗漏，全部补给市区地下水，市区岩溶水位明显上升，收到良好效果。水库有计
划调节弃水补充地下水，水库弃水的渗漏补给系数可更大。现状条件下朱庄水库放水渗漏补给系数最低为0.437，若通过对河道进行人工处理，如河道开挖加大过水断面，增加人工渗水坑等，或者水库弃水时进行调节放水，效果更好。通过分析可知，在岩溶区内，水库不仅具有防洪灌溉功能，还可通过调节水量补充地下水。在今后岩溶区内，制定水库调度方案时，应考虑对地下水的补给功能，这是今后水库调度研究的新内容，新课题。6.3人工补给是增加水资源的有效措施可以利用岩溶水系统的巨大地下库容，用渗坑或修建人工补给水库、拦河坝等大型回灌工程拦蓄洪水进行补给。有关资料表明，在岩溶山区修建的水库有严重渗漏现象，但这些漏库为我们研究岩溶水人工补给提供了间接试验数据，根据对岩溶水文地质条件的研究，无论从地面水入渗、地下蓄水和水源条件都是可行的。作者简介：鲍其钢（1964），男，工程师，汉族，河北省南宫市人，邢台水文水资源原勘测局副局长，从事水文水资源测验和管理工作。