泰安市地下水及其生态与环境问题研究

张 芹 张秀娟 李 军 钱丽丽

一、引言

地下水在城市供水、农村人畜饮水、农田灌溉、工业生产等方面发挥着十分重要的作用。随着社会和国民经济的迅速发展，泰安市地下水资源开发、利用与配置、保护间的矛盾日益突出，社会经济对地下水资源质与量提出了更高的要求。科学指导地下水开发、利用、保护，加强地下水管理，对保障我国饮水安全、供水安全、粮食安全和生态安全，促进区域经济社会与资源环境协调发展，实现地下水资源的可持续利用具有重要意义，十分必要和紧迫。

二、地下水动态变化及发展趋势

地下水位的变化既受自然因素的影响，也受人为因素的制约，它直接反映着地下水的补给或再生能力，也影响着地下水均衡。泰安地区地下水的补给来源主要包括四个方面：一是降水入渗补给量；二是灌溉入渗补给量(包括渠系渗漏补给和田间入渗补给)；三是山前侧渗补给量；四是河道渗漏补给量。

泰安市自1975年设立长期地下水动态观测点以来，经过多次优化整合，至2017年，全市共有省级观测井70眼，其中重点井12眼，基本井58眼。通过长期地下水动态观测资料分析，年地下水动态随降水量的季节性变化有以下规律：1～2月，降水量和开采量很小，地下水位升降幅度不大 ；3～6月份，降水量小而开采量大，地下水位迅速下降，大部分区域在6月低前后出现年内最低水位；7～9月上旬，是年内降雨集中季节，水位大幅度回升，一般在9月出现年内最高水位；9月下旬～10月地下水位又随着开采量的增加呈下降趋势；11～12月份，地下水位又恢复为稳定阶段。遇特殊年份，地下水位的变化有较大差异：有的年份汛后降水量大，侧渗补给量大，最高水位出现在年底；有的年份汛期和汛后降水量小，最高水位出现在年初。此次选取30眼观测井资料，点绘了多年平均降水量引起的水位年变差等值线图和2018年1月1日埋深等值线图，见图1、图2。

从图1可以看出，严重缺水的肥城盆地和宁阳西南部地区，多年平均年变差达-0.30m以上，这些地区要限制地下水的开采。而水源充足的东平县南部大清河周围及夏张一带，年变差值在0.2～0.3m之间，在新泰宫里镇一带，年变差值在0.1m左右，说明在现状条件下，这些地区地下水开发利用还有一定潜力。

从图2可以看出，2018年初，潜水埋深超过6m的地区在宁阳县宁西平原和岱岳区房村、良庄一带。

图1 多年平均降水量引起的水位年变差等值线图

图2 泰安市2018年1月1日潜水埋深等值线图

三、地下水开采引起的环境地质问题

随着近代工农业的发展，地表水资源量已远远不能满足需要，因此，大面积开采地下水来弥补水资源的不足已成为必然趋势。地下水动态变化季节性较明显，地下水位和水量的丰枯，均随着降水的大小和开发程度变化。根据泰安市历年平均降水量分析，泰安市降水已连续多年呈逐步减少趋势，地表水可供水量相对减少，再加上工农业发展及人民生活水平提高，对地下水的需求越来越大，开采地下水造成地下水位下降，出现多处地下水漏斗区，给环境带来许多不利影响。

地下水位的不合理开采会引起区域地下水位持续大幅度下降、含水层被疏干、抽水成本增加等一系列问题，严重的地面裂缝或沉降等严重的地质问题，具体来说，可导致如下问题：

（1）地下水位大幅度下降，改变了地表水与地下水之间及含水层之间的天然补给关系，使原来水量工程规划的效益降低，区域地下水位的大幅下降，导致一些天然条件下接受地下水补给的河流，变成了地下水补给源。此次采用山东省泰安市省级井网优化后的地下水潜水井观测资料30站年，计算2012～2017年平均地下水埋深。从地下水埋深、年变差统计表看，2012～2017年潜水水位六年来累计计算，平均水位下降 0.95m，见表1。

（2）地下水降落漏斗面积增大

地下水位降落漏斗是指在井、孔抽水时形成的漏斗状水位下降区。自泰安市1975年有地下水记录资料以来，漏斗区就一直存在，早期只是零星分布，随着近代工农业的发展及用水量的增加，特别是二十世纪八九十年代，漏斗区已经连成一片，干旱年份，漏斗区面积可达到300～400km2。泰安市漏斗区面积多分布在泰城城区、新泰新汶、肥城盆地、宁阳西部及华丰等地。

（3）地面沉降时有发生

地面沉降主要指巨厚松散沉积物分别区，人为长期开采地下水引起水位大幅度下降，在上部重力和自重作用下，土体空隙被压缩变密，造成地面垂直下降的地质现象。这种地质灾害的直接原因就是人类大量开发利用地下水，水位持续下降，使上部土层负压增大，最终导致了这一地质灾害的形成。地面沉降危害严重，如地表积水，建筑物断裂，地下管道报废等，而且一旦形成后很难再恢复原样，是一种不可逆转的过程。

（4）大量抽取地下水导致的区域地下水位的大幅下降，不仅引起含水层水动力条件发生了变化，同时也将促使含水层水文条件的变化，可导致含水层地下水水质的变化。在一些地区，地下水位常年低于河水位，河水（包括河床潜流）由对地下水的季节性补给变成常年补给，河流不再是地下水的排泄渠道。近十几年来，地表水体污染日趋严重，全市大多数主要河道成了排污河道，污废水中主要污染成分有COD、BOD5、氨氮及五项毒物等，水体污染面积不断扩大，因浅层地下水主要靠地表水体补给，又造成了浅层地下水污染的恶性循环，有的供水井已不能饮用。

（5）地下水是维持土体应力平衡的一个重要因素。大量开采地下水，使水体从含水层空隙中被排出或使地下水水头压力降低，改变了土体原来的应力状态和平衡条件，从而使土体结构和稳定遭到破坏，导致地面沉降、开裂及塌陷等地质灾害的发生。使地下水从承压状态变为无压状态，从而激发并加速了地下水的侵蚀作用，使土体的细小颗粒被地下水冲刷携带，长而久之，便形成了地面塌陷。

四、解决地下水及其生态环境问题的对策

要解决泰安地区地下水开发利用所带来的问题，关键是要因地制宜，分区控制地下水开采，改善水文地质环境；运用经济和法律手段限制开采量；进一步完善地下水管理体制。

根据地下水超采和造成的危害程度，将地下水开采管理划分为“禁采区”“限采区”和“控采区”。对浅层地下水严重超采区实行禁采，浅层地下水一般超采区、已引发地质灾害地区和受污染地区实行限采，轻微超采区实行控制开采，实现采、补平衡。通过开采控制，使地下水资源得到恢复。

表1 泰安市2012～2017年年均地下水埋深、年变差统计表（单位：m）

（1）地下水禁采区：主要包括泰安市城区。控制措施是封闭禁采区内所有地下水井，实行地下水禁采，同时充分利用本区地处山前区，地表水资源条件较好的特点，开发引水入市工程，完善城市地表水供水系统，以地表水代替地下水，推广中水利用，减小地下水的开采量。

（2）地下水限采区：主要在肥城、新泰等地。控制措施为批准的地下水开采量必须低于可开采量，逐步恢复限采区内的地下水储存量，使地下水位控制在合理埋深范围之内，逐步实现采、补平衡，改善和保护生态环境。有关水行政主管部门根据分区地下水开采方案，组织编制限采区年度开采计划。

（3）地下水控采区：包括现状轻微超采区和采补平衡区。控制区地下水允许开采量不得高于可开采量，实现采、补平衡。主要分布在山前平原采补基本平衡区。泰莱山前平原的采补平衡区地下水资源条件较好，但也不能过度开发，以免造成新的环境地质问题。应控制地下水开采量，有计划、有目标地利用，维持较好的水文地质环境。

（4）运用经济和法律手段控制开采地下水：提高水资源费标准，使地下水水价和水资源费高于地表水供水水价和水资源费，促进当地地表水的利用，限制地下水的使用。鼓励利用处理后的污水，在水价上给予优惠，以减少地下水的开采量。建立地下水养蓄基金制度，以限制开采自备井。严格执行取水许可审批制度。严格控制超采区内新增地下水取水项目的审批，对新建、改建、扩建的项目原则上不再增加地下水取水量。对有特殊要求的取水户，需对开采方式、取水层位、地下水资源量、对环境的影响等作出严格的可行性论证