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青风岭漏斗区地下水资源问题及治理措施

2012-08-15王道春温县水利局

河南水利与南水北调 2012年14期
关键词:沁河温县坑塘

□王道春(温县水利局)

□李鹏辉 □冯金铭(清华大学水利水电工程系)

1.水资源概况

温县位于豫北平原西邻,南临黄河,北靠沁河。土地面积481.3km2。人均水资源占有量仅有223m3,是河南省严重干旱缺水地区。多年平均降雨量为553mm,最大年降水量为932.8mm,最小281.5mm,年降雨的变差系数为0.32,降雨的年内分配也不均匀,降雨量多集中在夏秋季的6-9月,一般占全年的65%以上,年蒸发量为1763mm。

由于黄河、沁河历史上多次泛滥,温县形成西高东低、南滩北洼、中间岗的地貌特点。温县中部自西向东有青风岭横贯全县,青风岭为黄河二级阶地,是由古黄河长期泛滥形成的自然堤,面积为59km2。由于地势高,长期以来形成了黄河有水难用、沁河用水时间短的局面。可利用的地表水资源匮乏,地下水自然补充除天然降雨外,主要依靠北部的沁河和南部的黄河侧渗。农田灌溉、工业用水和城乡居民生活用水长期依靠机井抽取地下水。全县地下水总可采量为0.89亿m3,而每年实际开采地下水达1.3~1.5亿m3,年超采地下水0.41~0.6亿m3。综合多年的地下水观测资料,地下水位年均下降速度为0.51m。地下水埋深在13~38m。

2.地下水漏斗成因及影响

2.1 地下水严重超采,补给困难。温县及其周边地区地下水资源的过度开发,产生了大范围的漏斗区。温县的地下水早在1973年发现形成区域漏斗,全县设立地下水位观测点后,1975年经对观测资料分析,降落漏斗中心位于古贤至南张羌一线,漏斗呈椭圆形,东西向长轴28km,南北向短轴14km,长宽比2:1,面积284km2,漏斗体积7.57亿m3,具有较平坦的底部,地下水位平均埋深8.3m,最大埋深15m。以后漏斗区面积逐年扩大,向西扩大的面积大于向东。目前的漏斗区呈一宽约16km的带状分布,大致平行于黄河走向,涉及武陟、温县、孟州市等,为河南省最大的地下水漏斗区之一。温县县域内位于青风岭地下水漏斗区的漏斗面积达415km2,地下水位平均埋深23m,最大埋深达45m,漏斗区面积占全县总面积的89.8%。

对温县境内现有30个地下水位观测井的实测资料绘制的地下水等水位线可知,目前温县地下水漏斗最低水位位于杨垒—林召—小南张一带,呈东西向分布;番田—大吴—南张伦为南北向漏斗带。东西向长漏斗是因为温县特有的地形及河流条件所致,温县地处南边有黄河,北边有沁河之间,二河几乎平行,相距约25km,这种特殊的区域条件,造成了温县浅层地下水的补给、径流的特殊性。

2.1.1 北部地势高,地面高程在109~110m之间,由沁河补给地下水,补给比降为1/300~1/500,地下水位较高,地下水面坡降较陡,靠漏斗中心较近,等水位线较密。

2.1.2 南部地势较低,地面高程在103~105m之间,由黄河补给地下水,实测补给比降为1/6000,距离漏斗中心区较远,地下水位低于北部,地下水坡降较缓。黄河地势低,距漏斗中心稍远,所以等水位线较疏,坡降较缓。

2.1.3 南北向漏斗是受孟州地下水漏斗区的影响。温县西部番田一带的地下水位线较复杂,主要受孟州地下水漏斗区的影响。

2.1.4 东部受武陟地下水影响,温县县域封闭的等水位线的面积较小,大面积的处于孟州—温县—武陟漏斗之中。将来大力进行引水补源,温县的地下水位升高后,会补给孟州、武陟漏斗区。同时,周边补给也会有一部分地下水东流。

2.2 补源工程老化,过境水资源未充分利用。为遏制地下水漏斗区的水位下降,1974年,水利部新乡农田灌溉研究所在温县建立了人工回灌试验基地,着重解决青风岭漏斗区地下水的入渗技术。在地下水漏斗较为严重的西部地区相继修建了一些引水补源工程,同时在内涝河上建节制闸拦蓄回补地下水。但由于受上游来水时间和空间的限制,加之补源渠道运行多年来,淤积堵塞严重,功能性老化,效益衰减;利用沁河水源所建的亢村引沁灌区因沁河河床下切,无法自流引水,现依靠提灌灌溉不足667hm2,占设计面积的25%;近年来利用黄河水源建设的引黄补源工程仅开挖建成了干渠工程,由于末级渠系建设工程不配套,年引水量只有3000万m3,仅占年设计引水总量1.3亿m3的23%,过境水资源未充分利用。其它补源工程的水源主要是利用广利灌区的灌溉尾水,广利灌区规划分配给温县的年引水量3000万m3,但80%集中在汛期,实际年可利用灌溉水量仅600万m3左右,来水时间和空间受较大的局限性。

2.3 部分河流地表水污染,有效利用率较低。除黄河、沁河外,温县境内有10条内涝河道全长153km,河道密度较大,部分河道污染严重,造成了污水侧渗地下水的影响。尤其是新蟒河等入境河流,流域面积大,非汛期来水量少,水体中的化学需氧量(COD)和氨氮含量为劣Ⅴ类。同时城区排水系统不完善,导致城区水体受到污染,目前城区建有截留式合流制排水系统较少,部分区域的生活污水就近排入水体,污染了环境。加剧了水资源的短缺和地下水漏斗区面积的扩大。

由于地下水位逐年下降,给温县工农业生产带来了一系列的负面影响。机井越打越深,由原来的40~60m,发展到80~100m;单井控制面积由原来的5.33~8.0hm2,缩减为2.0~3.33 hm2;提水机具不得不更新,由离心泵改为离心泵下卧,后又换为深井泵、潜水泵;出水管径越来越小,由152、101mm改为76、50、38mm;打井费用越来越高,由原来500~2000元,发展到10000~13000元以上;农民增产不增收。目前,取水日趋困难,遇到干旱天气,还造成粮食减产。

3.水生态措施

水资源的合理开发利用要根据当地实际情况,充分利用过境水和地表水资源,因地制宜建造蓄水工程以拦蓄汛期雨洪和灌溉结余用水,同时加强水环境整治,避免地表水资源的污染。遏制温县青风岭漏斗区地下水下降应采取的主要措施是开源节流,地下水在规划年限内主要发展补源灌溉,补源水量将大于开采量,待地下水位回复后,地下水可开采量将是一重要水源。

3.1 发展坑塘补水。坑塘治理利用是调整农业结构、促进经济增长方式转变和补充区域性地下水的有效途径,虽然比较分散,整修挖深并与河渠网络相连以后,调蓄能力是很大的。据初步统计,温县境内现有大小坑塘133个,面积约270.9万m2,将这些废弃的坑塘加以整治,与河道和补源渠道相互贯通,形成“长藤结瓜”、水源互济的补水网络。若按平均2m水深,一次性可蓄水541.8万m3,可减少项目区周边70km2范围内工农业生产地下水开采量,对缓解温县日益突出的水资源具有重要的积极作用。其中,最大的坑塘为南水北调中线总干渠形成的取土坑,三个位于青风岭地下水漏斗区,坑塘的面积达95.6万m2,平均深4.9m,占全县坑塘面积的35%,且相对集中,与引黄干渠相距800m,通过适当加以工程改造利用,建设形成平原小水库,可形成较大的引黄调蓄工程。工程区地下水为低,不仅可以储蓄汇集雨水、灌溉期的退水,还可在黄河高水位和将来建成的小浪底北岸灌区高水位时蓄水补源,有效增加地下水补源面积,实现温县城东地下水补源、水生态汇集、景观绿化和各方面实现功能。

3.2 利用黄河、沁河水源搞好灌溉补源和河道补水。利用地表水灌溉补源不仅可减少地下水的开采,而且还可通过土壤入渗的方式补充地下水。温县南临黄河,北靠沁河,具有较丰富的过境水资源,充分利用好引黄和引沁两大灌溉补源工程。据观察,温县引黄工程2008年通水以来,补源区内地下平均水回升2.8m,补水效果显著。目前只有30km的干渠和13km支渠工程,黄河水的利用率偏低,应加快引黄灌区末级渠系工程建设,扩大灌溉补源面积。位于温县北部的引沁灌溉补源干渠穿越济河、护城河等多条内涝河流,河道平均相距不到2km,但目前大多数内涝河几近干涸,有的河道萎缩严重,急需拓宽清淤,修建闸坝进行拦蓄雨洪及灌溉末期剩余用水。同时利用沁河高水位时将河道中充满水,可以大面积的平面下渗,补源效果较好,并建立河道与补源渠相互贯通的补水网络。

3.3 加强水环境整治

3.3.1 实行污水资源化供水。污水处理厂处理后的再生水,可用来灌溉或景观用水。目前,温县污水处理厂采用氧化沟处理工艺,现状处理能力2.0万m3/d,《温县城市总体规划》预测2020年规模为9.5万m3/d。按现状处理能力每天2万m3,处理后的再生水每年将近650万m3,2020年可达3000万m3,同时应搞好中水回用工程建设,充分利用达标排放的再生水,实现污水资源化供水,将是一个较大的水资源利用。

3.3.2 实行雨、污分流制。对污水的再生利用应实行雨、污分流制,新建地区的排水系统一律采用分流制,城区现有的雨污合流制排水系统,逐步更新改造为分流制。雨水进入河道后,适当拦蓄,就近利用自然河道坑塘和引黄补水渠调蓄雨水,根据温县地形、地貌现状,可将温县分为南、东两个排水分区。分别为东侧的荣涝河、南侧的老蟒河,用作农灌或其他利用。

3.3.3 建设人工湿地。目前,温县河道内的污水主要集中在新蟒河、猪龙河等入境河道,来自上游的污染量较大。可在上游建设人工湿地,经人工湿地处理后的污水,可直接排入下游河道作为景观用水。对工业污染源,要求企业对污染进行处理,实行总量控制达标排放,甚至实现零排放。对农村生活污水和生产污水,结合新农村建设,可采取以户为单位分散治理。

4.结论

在全球气候条件变化的大背景下,地下水漏斗的形成具有一定的自然因素。温县常年降水量较少,多年平均降雨量为553mm,近些年降雨量有显著减少的趋势,如2007年和2008年年平均降雨量均少于400mm,仅为正常年的70%。通常情况下降水入渗占地下水补给总量的70%,造成地下水补给资源大幅度减少。但人类生产生活超采地下水,在一个水文周期内地下水资源得不到及时补给,是地下水漏斗形成的主要原因。青风岭地下水漏斗主要是由于经济迅猛发展,工农业生产用水量加剧,过度超采地下水,同时补源工程老化、过境水资源未充分利用,使地下水资源不能有效补给而形成的。

遏制地下水漏斗发展的根本之策还是用好地下水,科学评价、统筹管理、合理利用,主要措施是“开源节流”。对温县而言,充分利用黄河和沁河两大过境水资源进行灌溉补源,整治丰富的内涝河水系和废弃坑塘,打造长藤结瓜式的水利体系,是有效调控水资源切实可行的措施。同时,提倡节约用水,发展节水灌溉技术,依法进行水资源管理,加强水环境治理也是必不可少的措施。

[1]李晓明,李凯.世界上最大地下水漏斗 华北危机怎解?[N].科学时报,2009年12月15日.

[2]孙雪峰,张建禄,杜泉楷.温县水资源综合开发利用试验简述[J].灌溉科技,1980,(1-2 期):8-13.

[3]赵卫东,李云霞,刘咏.平原区增加有效地下水资源的途径—以河南省焦作市郇封地下水漏斗区为例[J].焦作工学院学报(自然科学版),2003,22(5):375-378.

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