山西省岩溶泉水流量动态变化与补给特点研究_贺志坚

山西省沁城煤矿奥灰水水文地质特征及突水因素分析1 基本概况山西省沁城煤矿位于山西省沁水煤田的南部，沁水县城东部，龙港镇李家山—西庄村一带，行政区划隶属于山西省晋城市沁水县龙港镇管辖。

批准开采2号、3号、15号煤层，2生产规模90万吨/年，矿区面积18.835km。

本次勘探完成施工3个水文孔，3个钻孔均进行抽水试验，共抽水11层次。

2 勘探区地层地表出露有二叠系上统上石盒子组二、三段、石千峰组等地层、第四系松散沉积物在本区大面积分布。

3 抽水试验本次勘探完成施工3个水文孔，3个钻孔均进行抽水试验，共抽水11层次。

主要针对奥灰水进行抽水试验。

水试验设备采用深井潜水泵，水位测量采用电测水位计，涌水量测量采用三角堰板法。

4 区域奥灰水特征井田所在区域位于沁水煤田西南部，延河泉域岩溶水系统的北部，总体上属于下河泉群子系统的西北部岩溶水滞留区。

延河泉是山西省较大的岩溶泉之一，泉口位于阳城县东冶乡延河村北沁河西岸，出露层位奥陶系中统上马家3沟组，1982—1989年平均流量3.39m/s。

泉口出露标高463.33m。

从补给、径流到排泄，延河泉域是一个完整的岩溶水系统。

中奥陶统厚层石灰岩是延河泉域的主要含水层。

受地质构造的影响，泉域内地层总体倾向为：南部向北，东西两2侧向中部倾斜的储水构造，泉域总面积2990km，灰岩出露面2积1316km。

主要含水层段的岩溶裂隙较发育，富水性一般较好。

其主要补给来源为西南部大片灰岩裸露山区的大气降水补给及地表水与上部含水层中地下水通过断裂带向深部的垂向渗漏补给。

据区域岩溶水资料，井田附近岩溶水属相对滞留区，总体流向东南，与大范围的区域岩溶水汇集于沁河河谷下游阳城县八甲口附近以岩溶大泉（下河泉）形式排泄出地表。

5 矿区奥灰水特征及突水因素分析根据区内水文地质孔资料和区域岩溶水资源分布图，井田位于延河泉岩溶水系统与北部滞留区，井田在中部区域存在标高较高的水位滞留区，区内奥陶系灰岩岩溶含水层埋深486.94-515.40m，主要岩性为灰岩、泥灰岩及泥质灰岩。

1地下水资源概况阳泉市位于山西省中东部，国土面积4758km2。

按照水资源区划分，境内95%以上的区域为海河流域滹沱河分区，只有盂县西部约20km2的区域属黄河流域汾河水资源分区；按水文地质类型划分，为裂隙地下水、孔隙地下水、岩溶山地地下水等。

到2016年底，阳泉市地下水资源总量为2.9412亿m3，多年平均可开采量2.583亿m3，现状年开采量0.4610亿m3，开发利用程度达到可开采量的17.8%。

其中，河谷区滹沱河的支流龙华河、桃河的支流南川河和阳胜河孔隙地下水属有潜力区，其余的属采补平衡区，特别需要强调的是桃河山间河谷区虽属采补平衡区，但孔隙地下水已达到开采极限。

2地下水动态监测现状2.1监测内容及方式地下水动态监测是地下水开发、利用和保护工作中最基础的要素。

监测的项目主要包括地下水水位变化、水质情况、泉水流量大小等指标。

阳泉市地下水监测主要以娘子关泉域的深层地下水监测项目为主，区域范围内有深层地下水监测井14眼，平均每周监测一次，年底整编汇总资料、进行数据分析。

2.2监测目的及岩溶水位动态分析监测目的。

地下水监测，主要分析研究岩溶地下水的动态，根据等水位线的变化趋势探讨原因，为水资源开发利用和保护提供基础资料。

岩溶水位动态分析。

阳泉市岩溶地下水，是娘子关泉域水资源系统的主体，是一个封闭的岩溶地下水系统，泉域内西高东低，落差近600m，最底点为娘子关镇，为水流排出口。

根据流域内岩溶地下水储存、运移和循环等特征，可把全流域水资源区分为补给径流区、汇流区、排泄区和滞留区四个水动力区。

补给径流区分布于系统东北部、北部、南部与东南部及西北部，面积约为2800km2，岩溶地下水位变化幅度大；汇流区位于阳泉市东部及平定县的中南部，以阳泉和巨城为中心的桃河与温河间的三角形地区，由于地类发展不均衡，地下水区域变化幅度较大，但总体呈现下降趋势；出流区以娘子关为中心，强径流带可深入地表以下50耀100m，因埋深浅，故变化幅度不大；滞留区主要分布于泉域西部，碳酸盐岩埋藏在二、三叠系砂页岩之下约300m的地区，面积约3600km2。

太行山东缘典型岩溶泉流量变化特征及规律分析林云;曲鹏冲;吕海新;武亚遵【摘要】为揭示太行山东缘小南海泉流量变化特征及规律,基于小南海泉1971-2016年的流量资料,采用R/S分析法、Mann-Kendall趋势分析法和小波分析法,探讨小南海泉流量变化规律及特征.结果表明:小南海泉年流量呈显著下降趋势,年变化幅度为0.05 m3·s-1;未来泉流量的变化趋势和过去一致,具有持续性特征,且持续性强烈;泉流量的变化存在约15、27年的主周期与6年的次周期.降水量的减少和气温的增加是导致泉流量减少的主要气象因素,且这种暖干化现象会持续发展.泉流量对降雨的响应存在一定的滞后,流量与前五个月的月降水量均呈高度相关,其中与前2月的降水相关性最高,研究成果可为小南海泉水资源合理开发和保护提供依据.【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】9页(P671-679)【关键词】泉流量变化;R/S分析;小波分析【作者】林云;曲鹏冲;吕海新;武亚遵【作者单位】河南理工大学资源环境学院,河南焦作 454000;中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心,河南焦作 454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南省南阳市小南海泉域管理处,河南安阳 455000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作 454000;中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】P641.1340 引言岩溶水是重要的供水水源，全世界大约25%的人口部分或全部依靠岩溶地下水供水[1]，其在维系人类生存和社会经济发展方面具有重要的贡献。

我国北方岩溶水资源丰富，天然水资源总量为192.45亿m3·a-1，岩溶地下水是北方30多个地市级以上城市和100多个县级城市饮用水、数十个大中型火电厂的冷却用水、70%以上大型煤矿生产生活用水和上千万亩农田灌溉用水水源[2]。

第42卷 第5期2023年 9月 地质科技通报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yV o l .42 N o .5S e p .2023王志恒,梁永平,史浙明,等.古堆-南梁泉域岩溶水环境问题现状与泉源区保护[J ].地质科技通报,2023,42(5):228-240.W a n g Z h i h e n g ,L i a n g Y o n g p i n g ,S h i Z h e m i n g ,e t a l .C u r r e n t s i t u a t i o n o f k a r s t g r o u n d w a t e r e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s a n d s p r i n gs o u r c e p r o t e c t i o n i n t h e G u d u i -N a n l i a n g s p r i n g b a s i n [J ].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2023,42(5):228-230.基金项目:自然资源部中国地质调查项目(D D 20230425;D D 20221758;D D 20190334);国家自然科学基金项目(41902256);中国地质科学院基本科研项目(2020010;J K Y Q N 202370;2022007)作者简介:王志恒(1990 ),男,助理研究员,主要从事地下水资源评价及开发利用的研究工作㊂E -m a i l :w a n gz h _k a r s t @163.c o m 通信作者:申豪勇(1988 ),男,副研究员,主要从事北方岩溶地下水资源调查与评价工作㊂E -m a i l :s h a o y o n g @m a i l .c g s .go v .c n ©E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y .T h i s i s a n o pe n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y -N C -N D l i c e n s e .古堆-南梁泉域岩溶水环境问题现状与泉源区保护王志恒1,2,梁永平1,2,史浙明3,申豪勇1,2,张松涛4,赵 一1,2,谢 浩1,2,赵春红1,2,唐春雷1,2(1.中国地质科学院岩溶地质研究所/广西岩溶资源环境工程技术研究中心,广西桂林541004;2.联合国教科文组织国际岩溶研究中心/岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心,广西桂林541004;3.中国地质大学(北京),北京100083;4.山西省水利发展中心,太原030001)摘 要:古堆-南梁泉域位于山西省南部,是一个深循环与浅循环共存㊁冷水系统与热水系统循环转化㊁多级次排泄的复合型岩溶水系统,因长期不合理的开发利用,泉域内出现了一系列岩溶水环境地质问题㊂以水文地质调查工作为基础,综合采用地下水流场对比分析㊁水文地球化学及同位素分析㊁岩溶水资源评价等方法,详细论述了古堆-南梁泉域内岩溶水环境问题现状及其成因,并提出了泉源区生态修复与规划方案㊂结果表明:受气候变化与人类活动的叠加影响,系统内古堆泉㊁南梁泉㊁海头泉分别于1999年㊁1992年㊁2002年断流,2013-2021年区域地下水位平均下降速度达2.53m /a;水化学㊁同位素分析结果指示了排泄区九原山附近松散岩类孔隙水越流补给量㊁三泉水库渗漏补给量对岩溶地下水的影响已不可忽略;泉域内岩溶水超Ⅲ类水水质标准样品占比由2014年的62.5%升高至2021年的81.25%;泉源区0.904k m 2范围可细分为核心保护区㊁水库蓄水区㊁一般保护区,应分区进行生态保护与修复规划㊂研究结果可为山西省超采区综合治理㊁古堆泉水生态修复与保护工作提供基础依据㊂关键词:古堆泉;岩溶水;环境问题;泉源保护;超采区2022-07-14收稿;2023-01-28修回;2023-02-27接受中图分类号:P 642.25 文章编号:2096-8523(2023)05-0228-13d o i :10.19509/j .c n k i .d z k q.t b 20220352 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):C u r r e n t s i t u a t i o n o f k a r s t g r o u n d w a t e r e n v i r o n m e n t a l pr o b l e m s a n d s p r i n g s o u r c e p r o t e c t i o n i n t h e G u d u i -N a n l i a n g s p r i n g ba s i n W a n g Z h i h e n g 1,2,L i a n g Y o n g p i n g 1,2,S h i Z h e m i n g 3,S h e n H a o y o n g 1,2,Z h a n g S o n g t a o 4,Z h a o Y i 1,2,X i e H a o 1,2,Z h a o C h u n h o n g 1,2,T a n g Ch u n l e i 1,2(1.I n s t i t u t e o f K a r s t G e o l o g y ,C A G S /G u a n gx i K a r s t R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t R e s e a r c h C e n t e r o f E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y ,G u i l i n G u a n gx i 541004,C h i n a ;2.I n t e r n a t i o n a l R e s e a r c h C e n t r e o n K a r s t u n d e r t h e A u s p i c e s o f U N E S C O /I n t e r n a t i o n a l J o i n t R e s e a r c h C e n t e r o n K a r s t D y n a m i c S ys t e m s a n d G l o b a l C h a n g e ,G u i l i n G u a n g x i 541004,C h i n a ;3.C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s (B e i j i n g),B e i j i n g 100083,C h i n a ;4.D e v e l o p m e n t R e s e a r c h C e n t e r o f W a t e r i n S h a n x i ,T a i yu a n 030001,C h i n a )A b s t r a c t :[O b je c t i v e ]T h e G u d u i -N a n l i a n g s p r i n g b a s i n l o c a t e d i n s o u t h e r n S h a n x i P r o v i n c e i s a c o m p l e x k a r s t w a t e r s y s t e m w i t h t h e c o e x i s t e n c e of d e e p an d s h a l l o w c i r c u l a t i o n ,t h e t r a n s f o r m a t i o n o f c o l d a n d h o t w a t e r ,a n d m u l t i s t a g e d i s c h a r g e .D u e t o l o n g -t e r m u n r e a s o n a b l e e x pl o i t a t i o n a n d u t i l i z a t i o n ,a s e r i e s o f Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第5期王志恒等:古堆-南梁泉域岩溶水环境问题现状与泉源区保护g e o l o g i c a l e n v i r o n m e n t p r o b l e m s r e l a t e d t o k a r s t g r o u n d w a t e r h a v e e m e r g e d i n t h e s p r i n g b a s i n.T h e p r e s-e n t s t u d y a i m s t o p r o p o s e a n e c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n a n d p l a n n i n g s c h e m e f o r t h e s p r i n g b a s i n b y d i s c u s s i n g i n d e t a i l t h e s t a t u s o f k a r s t g r o u n d w a t e r-r e l a t e d e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s a n d t h e i r c a u s e s.[M e t h o d s] B a s e d o n a h y d r o g e o l o g i c a l s u r v e y,t h i s p a p e r c o m p r e h e n s i v e l y e m p l o y s a v a r i e t y o f m e t h o d s,i n c l u d i n g c o m p a r a t i v e a n a l y s i s o f g r o u n d w a t e r f l o w f i e l d,h y d r o g e o c h e m i c a l a n d i s o t o p i c a n a l y s i s,a n d e v a l u a t i o n o f k a r s t w a t e r r e s o u r c e s.[R e s u l t s]T h e r e s u l t s s h o w t h a t d u e t o t h e s u p e r i m p o s e d e f f e c t s o f c l i m a t e c h a n g e a n d h u m a n a c t i v i t i e s,G u d u i S p r i n g,N a n l i a n g s p r i n g,a n d H a i t o u s p r i n g c u t o f f t h e f l o w i n1999,1992, a n d2002,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e a v e r a g e d e c l i n e r a t e o f t h e r e g i o n a l g r o u n d w a t e r l e v e l f r o m2013t o2021 r e a c h e s2.53m/a.T h e r e s u l t s o f h y d r o c h e m i c a l a n d i s o t o p i c a n a l y s i s i n d i c a t e t h a t t h e r e c h a r g e t o t h e k a r s t g r o u n d w a t e r o f p o r o u s g r o u n d w a t e r f r o m u n c o n s o l i d a t e d d e p o s i t s t h r o u g h l e a k a g e a n d s u r f a c e w a t e r f r o m S a n q u a n R e s e r v o i r t h r o u g h s e e p a g e c a n n o t b e i g n o r e d.T h e p r o p o r t i o n o f k a r s t w a t e r s a m p l e s w o r s e t h a n t h e w a t e r q u a l i t y s t a n d a r d o f c l a s s I I I i n t h e s p r i n g b a s i n i n c r e a s e d f r o m62.5%i n2014t o81.25%i n 2021.T h e r a n g e o f0.904k m2o f t h e s p r i n g s o u r c e a r e a c a n b e s u b d i v i d e d i n t o c o r e p r o t e c t i o n z o n e,g e n e r-a l p r o t e c t i o n z o n e a n d r e s e r v o i r s t o r a g e z o n e.E c o l o g i c a l p r o t e c t i o n a n d r e s t o r a t i o n p l a n n i n g s h o u l d b e c a r-r i e d o u t c o n s i d e r i n g t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e t h r e e z o n e s.[C o n c l u s i o n]T h e r e s u l t s o f t h e s t u d y c a n p r o v i d e a b a s i s f o r t h e c o m p r e h e n s i v e m a n a g e m e n t o f g r o u n d w a t e r o v e r e x p l o i t a t i o n a r e a s i n S h a n x i P r o v-i n c e a n d t h e e c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n a n d p r o t e c t i o n o f G u d u i s p r i n g b a s i n.K e y w o r d s:G u d u i s p r i n g;k a r s t g r o u n d w a t e r;e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m;s p r i n g s o u r c e a r e a p r o t e c t i o n;g r o u n d w a t e r o v e r d r a f t a r e aR e c e i v e d:2022-07-14;R e v i s e d:2023-01-28;A c c e p t e d:2023-02-27多年来,岩溶水为我国华北地台区城镇生活㊁能源基地建设提供了不可替代的水源保障[1]㊂随着我国北方地区气候干旱化的发展[2]与人类活动对水资源需求的不断增加,加之对岩溶水系统复杂结构的认识薄弱,缺乏合理有效的管理,造成区内近1/3的岩溶大泉相继断流,80%以上泉水流量大幅度衰减,由此频繁引发环境地质问题[3]㊂山西省南部的古堆 南梁泉域是一个深循环与浅循环共存㊁冷水系统与热水系统循环转化㊁多级次排泄的复合型岩溶水系统[4-6]㊂因长期不合理的开发利用,古堆泉于1999年断流,此后泉口水位以年均3.5m以上的速度持续下降,成为山西省乃至黄河流域区域岩溶地下水位下降幅度大㊁地下水超采严重㊁水环境问题较为突出的地区之一[7]㊂山西省省委㊁省政府高度重视岩溶地下水保护和超采区治理工作,自2012年以来,先后在加强监督管理㊁强化岩溶大泉保护㊁完善监测体系㊁关井压采和水源置换等多个方面开展了工作[8],丰富和完善了地下水超采区综合治理体制㊂基于此,笔者以近年来在古堆-南梁泉域内开展的岩溶水文地质调查㊁地下水位统测㊁水化学同位素分析㊁岩溶水资源评价等工作为基础,详细论述古堆泉域内岩溶水环境问题的现状及其成因,针对古堆泉水复流与保护工作,提出泉源区生态修复与规划方案,以期为古堆泉水的生态修复与保护工作提供理论参考与基础依据㊂1泉域概况古堆泉又名 鼓水 ,是山西省19处岩溶大泉之一,也是汾河流域唯一的中低温热泉,素有"石鼓神泓"的美誉,出流于山西省运城市新绛县三泉镇古堆村鼓山脚下,由22个泉点组成,出流标高441~445 m,多年平均水温23~25ħ,天然平均流量1.3m3/ s[9-11]㊂区内属半干旱大陆性季风气候,降水稀少而蒸发强烈,地表水资源匮乏,岩溶地下水资源一度掌握着当地经济社会发展的命脉㊂受北部塔儿山㊁南部紫金山,东部中条山隆起与西部吕梁山山前凹陷的控制,泉域范围内地形整体南北高㊁中部低,东部高㊁西部低㊂区内河流属黄河流域汾河水系,汾河自北向南穿越泉域,另有汾河支流浍河㊁滏河㊁三泉河㊁汾城河和排碱沟等季节性河流(图1)㊂区内地层出露较为齐全,基底变质岩地层有新太古界界河口岩群及五台群;沉积盖层有古生界寒武系㊁奥陶系㊁石炭系㊁二叠系,中生界三叠系和新生界新近系㊁第四系等,另有中生代火成岩侵入体或盖层在塔儿山㊁二峰山地区出露,地层总体向西北方向倾斜㊂因地处汾渭地堑由南北向东西方向的转折端,同时受沁水向斜与吕梁山复背斜的共同影响,古堆泉域是一个地质结构在东西㊁南北方向上总体均呈 三隆㊁三陷 的结构框架,隆㊁陷间为组成地垒与地堑的大断距断裂构造㊂泉域岩溶含水层为下古生界中上寒武统及奥陶系碳酸盐岩,上覆石炭系-二922Copyright©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年叠系煤系地层为区域隔水顶板,下伏下寒武统碎屑岩及前寒武系变质岩为区域隔水底板㊂岩溶地下水主要接受北部㊁东部碳酸盐岩裸露区㊁覆盖区降水入渗补给及河流在碳酸盐岩裸露河段的渗漏补给,整体自东向西渗流㊂古堆 南梁泉域汇水面积2942 k m2,分为:①塔尔山-九原山古堆泉岩溶水子系统(以下简称古堆泉子系统);②佛岭山-高显-海头泉岩溶水子系统(以下简称海头泉子系统);③中条山-南梁泉岩溶水子系统(以下简称南梁泉子系统);④侯马盆地深循环岩溶水子系统(以下简称侯马深循环子系统),并以南梁泉(冷水泉,1992年断流)㊁海头泉(低温热泉,2002年断流)为中间排泄带,以古堆泉(低温热泉,1999年断流)为最终排泄点的冷水-热水复合型岩溶水系统[4]㊂1.碳酸盐岩裸露区;2.碳酸盐岩覆盖区;3.碳酸盐岩浅埋藏区;4.碳酸盐岩深埋藏区;5.非碳酸盐岩区;6.早期泉域边界;7.新泉域边界(下部细线为子系统边界);8.控制性钻孔碳酸盐岩埋藏深度(m);9.岩溶泉水(蓝色为出流下降泉,红色为断流上升泉);10.地下水流向(左侧为浅循环流向,右侧为深循环流向);11.剖面线及起止点标注;12.长观孔位置及名称㊂A r.新太古界;ɪ.寒武系;O.奥陶系;C.石炭系;C-P.石炭系-二叠系;Q+N.第四系+新近系;Q.第四系;πδη.火成岩侵入体图1古堆泉域水文地质略图F i g.1 H y d r o g e o l o g i c a l s k e t c h o f t h eG u d u i s p r i n g b a s i n2泉域岩溶水环境问题及成因近几十年来,受气候变化与人类活动影响,山西岩溶大泉流量出现不同程度的衰减甚至断流[12-13],由此引发了诸如泉水断流㊁区域地下水位下降㊁岩溶水流动特征改变㊁岩溶水水质退化等一系列水环境问题,古堆 南梁泉域也不例外㊂2.1泉水断流20世纪80年代以来,随着经济社会建设对水资源需求的与日俱增,而我国北方整体呈干旱化趋势发展,加之对泉域水文地质条件认识不足,已有的水资源评价成果不能满足地下水资源管理的需求,使古堆 南梁泉域岩溶水 入不敷出 的局面日趋严重,古堆泉㊁南梁泉㊁海头泉分别于1999年㊁1992年㊁2002年断流㊂据三泉管理站监测资料(表1),1970年以前古堆泉水流量一般稳定在1.2~1.3m3/s,但之后的20多年,随着工㊁农业不断发展,汾阳岭㊁九原山地区灌溉井大量抽取地下水,袭夺了部分泉水流量,塔032Copyright©博看网. All Rights Reserved.第5期王志恒等:古堆-南梁泉域岩溶水环境问题现状与泉源区保护表1 古堆泉水流量观测统计T a b l e 1 S t a t i s t i c a l t a b l e o f G u d u i s p r i n g fl o w o b s e r v a t i o n s 观测时间(年)1956以前1964-19681974-19781979-19821983-19861987-19881989-19901991-19931999泉流量/(m 3㊃s -1)1.31.20.90.7150.6180.4950.7150.532断流儿山㊁二峰山地区铁矿排水,减少了泉域部分天然补给量,使古堆泉水流量日益减小,最终于1999年彻底断流㊂南梁泉流量具有连续性监测资料,因此绘制了泉水流量衰减过程曲线,并与同期降水量进行了对比分析,结果如图2所示㊂根据泉域降水累计距平曲线斜率分布情况,可将1965-1992年降水量划分为丰水期与枯水期相间的4个阶段,期间特别是1970年以后,泉水流量过程曲线与降水累计距平曲线具有 峰谷同步 的特点,说明降水量是影响泉流量变化的重要因素之一㊂但同时可以1986年为界,将泉水流量衰减过程分为2个阶段:1965-1986年(20a )泉水流量由0.67m 3/s 衰减至0.442m 3/s,衰减速度为0.011m 3/(s ∙a );1987 1992年泉水断流,6a 内平均衰减速度达0.074m 3/(s ∙a),后期衰减速度为前期的6.5倍,而两阶段平均降水量衰减程度仅为9%(由512.23mm 衰减至465.88mm ),表明降水量减少不是引起南梁泉流量衰减的主要因素㊂资源评价结果表明,在不计河流渗漏量的条件下,南梁泉子系统的天然补给量占整个古堆 南梁泉域的61%(若计算河流渗漏量,该值将更大),而南梁泉天然排泄量只占3处泉水天然排泄量的30%,该子系统内现有开采量远小于其多年平均补给资源量,但系统内地下水位多年平均降幅也在1.5m 以上,分析认为引起南梁泉流量减小直至断流的主要原因应是周边3个岩溶水子系统水位下降使南梁泉子系统侧向径流排泄量增大㊂图2 南梁泉流量衰减过程曲线F i g .2 F l o w a t t e n u a t i o n p r o c e s s c u r v e o f N a n l i a n g s p r i n g海头泉出流于唐代,开发利用始于宋代,距今已有1300a 的历史㊂1949年前泉水流量为0.163m 3/s ,水质良好,水温高达36ħ,是一个古老的清水自流灌区㊂1960年加大了泉源开发,由原来的三泉(七星海㊁八角海㊁南韩海)出水变为三泉六井出水,泉水流量增加为0.168m 3/s㊂随着周边岩溶水开采量的逐渐增加,20世纪70年代流量开始衰减,至90年代末泉水流量仅为0.049m 3/s 左右,2002年1月泉源流量急剧下降至0.026m 3/s 左右,2002年3月20日泉源㊁自流井全部断流㊂海头泉水流量如表2所示㊂表2 海头泉水流量观测统计T a b l e 2 S t a t i s t i c a l t a b l e o f H a i t o u s p r i n g fl o w o b s e r v a t i o n s 时间泉流量/(m 3㊃s -1)时间泉流量/(m 3㊃s -1)1949年以前0.1371975年0.1631949年0.1541976年0.1571950年0.1541978年0.1161951年0.1541986年0.1551960年0.168八十年代0.1201961年0.1701997-2001年0.0491968年0.1582002年1月0.0491974年0.1542002年3月20日泉㊁自流井全部断流2.2区域地下水位下降地下水动态规律的研究,是合理有效地对地下水资源进行管理和保护的前提与基础[14];地下水流场形态的研究,是从水动力学角度划分和研究地下水循环结构单元的有效途径[15],二者均可为实现水资源可持续开发利用及制定相应的用水管水方针政策提供重要理论依据㊂为掌握区域地下水流动特征及水位变化情况,2013年山西省水文水资源勘测局在古堆 南梁泉域内开展了45个点次的岩溶水位统测工作,2021年受山西省水利发展中心委托,中国地质科学院岩溶地质研究所又在泉域内开展了40个点次的地下水位统测,并绘制了岩溶水流场,如图3所示㊂本研究选取两期统测工作中位置相同的21个统测点及泉域内地理位置具代表性意义的6个长系列观测孔的水位资料来分析区域地下水位变化情况㊂统计结果表明(表3,4),21个相同统测点中,2013年水位标高最低值为393.17m ,最高值为1026.04m ,平均520.87m ,对应的2021年水位标高最低值为364.6m ,最高值为944.8m ,平均132Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年500.66m ,8年内区域地下水位累计下降达20.21m ,年平均下降速度为2.53m /a,区域地下水位下降已成为不争的事实㊂4个子系统中,除海头泉子系统(编号②)水位年均下降速度为1.81m /a 外,古堆泉子系统(编号①)㊁南梁泉子系统(编号③)及侯马深循环子系统(编号④)平均水位下降速度分别为3.93,3.26,3.55m /a,出现此差异性下降的原因,应与各子系统内水资源要素构成㊁碳酸盐岩分布埋藏条件㊁人类开采活动及各子系统间的水力联系等多种因素有关㊂1.碳酸盐岩裸露区;2.碳酸盐岩覆盖区;3.碳酸盐岩浅埋藏区;4.碳酸盐岩深埋藏区;5.非碳酸盐岩区;6.早期泉域边界;7.新泉域边界(下部细线为子系统边界);8.岩溶泉水(蓝色为出流下降泉,红色为断流上升泉);9.地下水流向(左侧为浅循环流向,右侧为深循环流向);10.地下水位统测点及水位(上部深蓝色为2021年水位标高,下部浅蓝色为2013年水位标高,单位m );11.水质取样点及编号;12.岩溶水等水位线(红色表示2021年等水位线,蓝色表示2013年等水位线)图3 古堆泉域地下水流场与取样点位置图F i g .3G r o u n d w a t e r f l o w f i e l d a n d s a m p l i n g p o i n t l o c a t i o n s i n t h e G u d u i s p r i n g ba s i n 表3 两期水位统测统计对比分析T a b l e 3 S t a t i s t i c a l c o m p a r a t i v e a n a l ys i s o f w a t e r l e v e l m e a s u r e m e n t s f o r t h e t w o p e r i o d s 地下水位/m统计结果2013年2021年水位变差最小值393.17364.6028.57最大值1026.04944.8081.24平均520.87500.6620.21表4 各子系统内两期水位变差统计T a b l e 4 S t a t i s t i c s o n t h e v a r i a t i o n o f gr o u n d w a t e r l e v e l s b e -t w e e n t h e t w o p e r i o d s w i t h e a c h s u b s ys t e m 子系统名称统测点数2013年平均水位/m 2021年平均水位/m水位变差/m下降速度/(m ㊃a -1)古堆泉5399.43367.9831.453.93海头泉7534.63520.1414.491.81南梁泉5682.83656.7626.073.26侯马深循环4455.94427.5328.413.55古堆泉子系统内西部汾阳岭-九原山一带为农业井灌区,东部塔儿山一带为铁矿区,农业灌溉与铁矿排水成为子系统内的用水大户,据初步统计2019年子系统内农业灌溉开采量为1142.2万m 3,铁矿排水量为280.2万m 3,合计取水量为1422.4万m 3/a,已经接近该子系统天然补给量的2倍之多,开采量过大而补给量不足成为古堆泉子系统水位快速下降的直接原因㊂海头泉子系统岩溶水在佛岭山山前和丹山-绵山隆起的碳酸盐岩裸露区及覆盖区接受降水入渗补给,并主要由佛岭山山前北东向断裂㊁高显-史村隆起㊁丹山-绵山隆起区导水,将东部地区岩溶地下水向西部地区输送,其地下水位主要受中部水源地开采㊁铁矿排水及西部侯马深循环水位变化3方面因素的影响㊂调查发现,近年来该子系统中部地区开采量及铁矿排水量明显减少,如酒钢水源地于2013232Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第5期王志恒等:古堆-南梁泉域岩溶水环境问题现状与泉源区保护年关停㊁海头泉泉口附近铁矿排水口已经关闭(2014年偶测排水量0.2715m 3/s),这些成为海头泉子系统水位下降幅度相对较小的原因㊂由地下水流场变化情况可以看出,高显-史村一线(图3中S 4至S 5一带)岩溶水流场由汇聚状转变为发散的分水岭状,这应是侯马深循环子系统与海头泉子系统差异性水位下降速度引起的区域地下水流场形态改变的原因㊂南梁泉子系统岩溶地下水主要补给来源包括大气降水在碳酸盐岩裸露区的直接入渗补给㊁续鲁峪河在碳酸盐岩裸露河段的渗漏补给及碳酸盐岩浅埋藏区和覆盖区上层水的越流补给,其天然补给资源量更是占到整个泉域的61%以上,且南梁泉子系统岩溶地下水位在4个子系统中最高(表4),因此在古堆 南梁泉域内起到了 天然水塔 的作用㊂天然条件下岩溶地下水向西径流过程中在南梁村附近受翼城凹陷内第四系松散沉积物的阻水作用,部分岩溶地下水出流形成南梁泉,未出流的岩溶地下水一部分补给松散岩类孔隙水,另一部分则进入侯马深循环子系统继续向西径流[4]㊂现状条件下,南梁泉水断流,子系统内本身的开采量很小,据国家地下水监测工程数据分析,近年来翼城凹陷内孔隙水水位下降幅度远小于岩溶水,因此侯马深循环子系统水位成为制约南梁泉子系统水位变化的关键因素㊂侯马深循环子系统内无碳酸盐岩裸露,地下水主要接受海头泉子系统㊁南梁泉子系统的侧向径流补给,在九原山一带排泄至古堆泉子系统,碳酸盐岩埋藏深度大(图1)㊁富水性差㊁多岩溶热水是其主要的特征,区内岩溶热水井的开采是其水位快速下降的主要原因㊂古堆泉水断流前,泉域内几乎无长系列岩溶水位动态监测资料,本研究收集到泉域内自2002年以来系列长度不等㊁观测精度不一的地下水位动态资料6个(位置见图1),控制了3个浅循环子系统的排泄区及人工开采量较大的区域,各观测孔地下水位动态特征曲线如图4所示㊂图4 古堆泉域长系列观测孔地下水位动态曲线F i g .4 D y n a m i c c u r v e o f g r o u n d w a t e r l e v e l i n t h e l o n g s e r i e s o b s e r v a t i o n h o l e s i n t h eG u d u i s p r i n g ba s i n 332Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年由地下水位动态曲线(图4)可知,自2002年以来,区内各观测孔水位变化趋势基本一致,均呈波动性下降态势,但从观测系列较长的宏钢5号(图4-a)㊁德西毛(图4-b)㊁古堆泉(图4-f)3个观测孔水位变化过程可以看出,在采取关井压采㊁关停大水矿井㊁水源置换等一系列措施后,大致以2013㊁2014年为界,区域地下水位下降速度明显减缓㊂同时注意到南梁泉水位下降速度迟迟未迎来减缓的转折点(图4-d),可能是因为南梁泉水位总体较高,西部地区各子系统水位下降速度虽有减缓,但总体水位仍处于较低状态,尚未对南梁泉子系统形成有效的壅水而促使其水位降幅减缓㊂2.3岩溶水流动特征改变2013年进行地下水位统测时,泉水已断流多年,区内岩溶地下水经持续大规模开采,地下水流场已是不少地区水位出现趋势性下降后的状态,例如古堆泉口一带的水位下降幅度达45m左右,显然与自然条件比较已发生了巨大的变化㊂但从流场的整体形态上看,还能体现岩溶水径流的基本概貌,地下水位下降主要发生在大规模开采的盆地内,虽局部地区的开采型漏斗已形成,但总体上水位的下降具有近于等幅和同步性(图3)㊂反观2021年流场,其整体形态基本保持了原有的从东㊁南㊁北向泉域西部最终排泄区古堆泉方向径流的宏观趋势,但区域地下水位下降已经十分明显,这与前述两期统测点水位对比结果相吻合,同时根据流场局部形态还可看出以下几点较为明显的变化:(1)原本为天然排泄基准的古堆泉泉口因开采量大幅压缩以及三泉水库渗漏补给影响,泉口水位(2021年7月为367.8m)高出周边1.0m以上,沿柴庄隆起(曲沃蒙城-襄汾汾道沟一带) 汾阳岭 九原山(襄汾赵康一带)岩溶地下水强开采区形成区域性开采型降落漏斗,据2021年统测结果,该区内水位标高低于365m的点有2处,分别是曲沃里村镇石滩汽车站附近岩溶井和襄汾县赵康镇窑儿上村井,表明排泄区岩溶地下水具有向隆起中部汇集的趋势㊂(2)塔儿山-二峰山由于火成岩大量侵入,岩溶含水层总体导水性较差,受南部翼城县㊁北部浮山县地下水开采影响,这一带形成了向南㊁北分流的地下水分水岭(由8个水位统测点控制)㊂(3)侯马深循环子系统是岩溶地下水弱富水区,补给条件差,高显-史村隆起南北两侧碳酸盐岩埋深均在1000m以上(图1),含水层导水性差,导致开采条件下侯马深循环子系统无法从高显-史村隆起获得足够的补给,长期的岩溶热水开采已形成影响区域岩溶地下水流场形态的降落漏斗,特别是在侯马市区东部8年内水位下降幅度已达50m以上,不同步的水位下降速度使高显-史村隆起的等水位线演变为向南㊁北侯马盆地深循环子系统分流的地下水分水岭㊂(4)2013年的岩溶地下水流场在翼城桥上村-中卫村一带沿瞿家桥河存在一个近东西向并向南梁泉方向渗流的低位槽谷,从水文地质条件上初步分析这一槽谷的形成,是由于自南部碳酸盐岩裸露区接受降水入渗补给的岩溶地下水顺地层倾向向北西渗流汇集,至瞿家桥河向北因岩溶含水层埋深加大,受上覆隔水顶板阻挡而折向西渗流,在地下水面与隔水顶板交界地带具有相对较大的水流通量,长期溶蚀作用可形成导水能力相对较强的径流带,在流场形态上表现出槽谷的特征㊂类似的状况在我国北方其他不少地区也有出现,如娘子关泉域内的昔阳-阳泉岩溶地下水强径流带[16]㊁太原西边山碳酸盐岩浅埋区的王封-赤桥岩溶地下水强径流带[17]等㊂2021年的地下水流场中这一槽谷更加显著,区域水位的大幅下降更加突出地显示了岩溶含水层的岩溶发育程度和导水性能的差异㊂2.4排泄区孔隙水、地表水倒灌补给岩溶水天然条件下,泉域内碳酸盐岩覆盖区周边地带的多数地段孔隙水位高于岩溶地下水,基于水文地质条件认为存在孔隙水对岩溶水的越流补给,但由于水位相差不大,如20世纪80年代排泄区九原山一带自东向西孔隙水位标高为440~460m,周边岩溶水位标高也在440m以上,因此这部分越流水量可被忽略㊂而近年来,城市的发展促进了人口的集中和工农业走向规模化,其正面效应是带来了财富的积累和社会的进步,但其负面效应也不可忽视[18],当地居民为追求经济发展,长期持续大规模开采岩溶地下水,造成古堆泉域内区域岩溶地下水位大幅下降,孔隙水位下降幅度却远小于岩溶水,两者的水位出现数十到百余米的水头差(图5),因此越流量会大大增加㊂汾阳岭-九原山一带的岩溶水水化学特征也指示了现状条件下孔隙水回灌补给岩溶水的现象㊂如图6所示,天然条件下岩溶水由汾阳岭向九原山地区径流排泄,随着径流路径的延长,与围岩有更长的接触时间,地下水中溶滤的各项组分浓度将有所增加[19-20],同时此路径上还接受来自侯马深循环岩溶热水的混合作用,因此在九原山附近排泄区岩溶水的电导率与水温应较汾阳岭一带偏高,而现状条件却出现了与此相反的现象,说明汾阳岭-九原山一带孔隙水对岩溶水的越流补给量已不可忽略㊂关于排泄区九原山附近岩溶水的电导率㊁温度较汾阳岭地区低(图6)的原因,笔者认为除孔隙水432Copyright©博看网. All Rights Reserved.第5期王志恒等:古堆-南梁泉域岩溶水环境问题现状与泉源区保护1.碳酸盐岩裸露区;2.碳酸盐岩覆盖区;3.碳酸盐岩浅埋藏区;4.碳酸盐岩深埋藏区;5.地下水流向(右侧为浅循环流向,左侧为深循环流向);6.断流泉水位置及名称;7.泉域边界(下部细线为子系统边界);8.断层;9.乡镇位置及名称;10.等水位线与水位标高(m );11.岩溶水孔位及水位标高(m );12.浅层孔隙水孔位及水位标高(m );13.中深层孔隙水孔位及水位标高(m )图5 排泄区岩溶水位与孔隙水位对比图F i g .5 C o m p a r i s o n o f t h e k a r s t gr o u n d w a t e r l e v e l a n d p o r e g r o u n d w a t e r l e v e l i n t h e d i s c h a r ge a r ea 1.碳酸盐岩裸露区;2.碳酸盐岩覆盖区;3.碳酸盐岩浅埋藏区;4.碳酸盐岩深埋藏区;5.地下水流向(右侧为浅循环流向,左侧为深循环流向);6.断流泉水位置及名称;7.泉域边界(下部细线为子系统边界);8.断层;9.乡镇位置及名称;10.岩溶水孔位(分子表示温度(ħ),分母表示电导率(S /m ))图6 排泄区岩溶水温度与电导率分布F i g .6 T e m p e r a t u r e a n d c o n d u c t i v i t y di s t r i b u t i o n o f k a r s t w a t e r i n t h e d i s c h a r ge a r e a 越流补给外,三泉水库渗漏补给岩溶水也是重要的影响因素之一㊂三泉水库建于1956年,紧邻古堆泉排泄区,本为蓄积古堆泉水供给下游农业灌溉区使用,1999年泉水断流后三泉水库也随之干涸㊂2009年山西省兴建了禹门口提水东扩工程,三泉水库成为该工程的调蓄库㊂2012年9月,禹门口提水东扩工程试通水,三泉水库蓄水水位至443.5~444m时,出现大量渗漏,山西省有关部门于2015年对库尾进行了防渗处理[21],但从水化学㊁同位素分析结果看其渗漏量仍是近年来泉口水位下降速度减缓的重要原因之一㊂如表5㊁图7所示受三泉水库渗漏补给影响,古堆泉口岩溶水水化学组分浓度与同位素值均发生了较大变化,大致以2014年为界可将古堆泉口水质资料分为2个系列,可以看出在所列的11项水化学㊁同位素指标中除ρ(H C O -3)和ρ(F -)外(可能与上覆松散层孔隙水对岩溶地下水的反向补给有关),后一系列(2014年及以后)泉口岩溶地下水的其余9项指标均向三泉水库水样的浓度值靠拢,明显地受到了三泉水库渗漏补给的影响㊂氘氧同位素可以有效地指示水体的补给来源[22]㊂2014年古堆泉水的氘氧同位素值位于岩溶水井样品值的中部,表明泉域岩溶水向排泄区汇集混合,虽然也存在三泉水库的补给,但在泉域岩溶水流场中泉口水位仍然是泉域最低排泄点(图3),接受泉域岩溶水的补给;至2021年,泉口多数开采井关闭,受其他地区岩溶水开采和三泉水库渗漏补给的影响,泉域内岩溶地下水位最低点出现在汾阳岭一带,泉口岩溶水形成了向泉域内倒流的态势(图3),古堆泉口附近岩溶水所获补给量中,三泉水库渗漏量所占比例有所增加,使得在δD-δ18O 关系图中泉口水样分布在与三泉水库水样非常接近的位置(图8)㊂图7 古堆泉岩溶水化学P i pe r 三线图F i g .7 P i p e r d i a gr a m o f k a r s t w a t e r i n t h e G u d u i s p r i n g532Copyright ©博看网. 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4个项目申报2022年山西省科学技术奖提名公示材料4个项目申报2022年山西省科学技术奖提名公示材料一、山西岩溶大泉水文地质调查新技术及水资源开发与爱护（一）完成单位：山西省水利进展中心（二）申报奖项：山西省科学技术进步奖二等奖（三）项目简介生态文明建设是关系中华民族永续进展的根本大计，"山水林田湖草生命共同体'的提出，是对人与自然关系熟悉的一种深化。

岩溶大泉作为山西省最主要的生态文化和生态载体，不仅在国民经济建设、城市供水平安和维系生态系统稳定中发挥着关键作用，更是山西省生态文明建设高度的标杆。

《山西岩溶大泉水文地质调查新技术及水资源开发与爱护》项目针对当前剧烈人类活动和全球气候变化状况下，山西岩溶水文地质条件简单、岩溶水资源衰减、岩水水质恶化和岩溶生态系统失稳等卡脖子问题，突破我省岩溶埋深大、监测数据缺乏、岩溶水污染途径隐藏、岩溶有机污染分析检测手段不足等难题，自主研发和提出了一系列岩溶水文地质调查理论和技术成果，为我省岩溶水资源爱护和社会生态可持续进展供应了技术牵领和实践路径：1.项目集成和研发了水化学-环境多同位素识别解译岩溶地下水污染来源的岩溶水文地球化学调查技术，该技术经应用于晋祠泉域岩溶地下水污染组分来源识别，胜利识别出受煤矿老窑水污染影响的岩溶地下水井位，形成了完整的岩溶地下水污染调查技术流程和山西特色的技术成果。

2.以岩溶水文地质调查为基础，结合岩溶水地球化学模拟技术，建立了岩溶水污染组分物源定量评估模型，科学评估了岩溶介质中石膏溶蚀与黄铁矿氧化对岩溶水水质的贡献，定量描述了采煤活动对岩溶地下水水质恶化的影响，解决了简单岩溶地下水系统中污染来源的精准化界定难题。

3.以岩溶水系统理论为指导，借助先进的岩溶水文地质调查技术和理论，精确刻画了重点区段地表水-岩溶水相互作用行为，提出了人工回灌补给岩溶水源的理论熟悉和技术方案，形成了人工管理下的地表回灌补给岩溶地下水技术和岩溶地下水资源评估模型。

SHANXI WATER RESOURCES临汾市霍泉岩溶水资源合理开发利用分析李伟芳（临汾市水文水资源勘测分局，山西临汾041000）［摘要］岩溶水资源是水资源的重要组成部分，临汾市境内霍泉岩溶水已成为泉域内各县市的重要供水水源，近年来霍泉岩溶水出现了过量开采的现象，泉域内的岩溶水位动态变化呈下降趋势，为了合理开发利用维护霍泉的岩溶水系统，满足泉域内临汾市各县市经济发展的需要，需要进行水资源的优化合理配置，以实现经济社会的可持续发展。

［关键词］岩溶水资源；水位动态；开发利用；霍泉［中图分类号］P746［文献标识码］C［文章编号］1004-7042（2017）07-0014-021基本概况霍泉是山西省著名的岩溶大泉，泉域面积1272km2，其中临汾市488km2。

分布于临汾市的洪洞县、古县和安泽县，泉域内裸露可溶岩面积为664km2。

近年来霍泉已成为泉域内各县市的重要供水水源，主要用于农业灌溉、工业、城市与农村生活用水，由于泉域内各县市经济快速发展，霍泉岩溶水出现了过量开采的现象，且日趋严重。

2霍泉岩溶水资源量2.1霍泉泉水自然出流量霍泉1951—2010年泉水自然出流量见表1。

霍泉多年平均自然出流量为3.67m3/s，最大值为1964年4.94m3/s，最小值为2002年2.75m3/s。

2001—2010年较多年平均减少19.6%，1951—1960年减少30.3%，总体上霍泉自然出流量呈衰减趋势。

表1霍泉自然出流量不同年代统计分析表单位：m3/s2.2霍泉岩溶水资源量评价岩溶水资源量评价包括天然补给资源量评价、储存资源量评价、可开发利用量评价。

岩溶水的天然资源量是指在天然条件或人为开采状态下，岩溶泉域从外界获得的有补给保证的水量，也就是在开采利用岩溶水后，能够通过现代水文循环予以补给的水量，它属于岩溶水资源可再生的部分。

其数量用岩溶泉域各项补给量总和的多年平均值表示。

在未开发状态下，岩溶泉域往往处于纯自然的宏观稳定状态，其多年补给量大体等于多年的排泄量。