水源地开采过程中地下水流场变化对土壤盐渍化影响

２００７年７月　地下水　Ｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　Ｊｕ１．，２００７　Ｖｏ１．２９　ＮＯ．４　第２９卷　第４期　水源地开采过程中地下水流场　变化对土壤盐渍化影响　冯琳，陈峰，王金山　（河南省地质矿产勘查开发局第二水文队，河南郑州４５００５３）　［摘　要］　阐述了滩小关水源地周围的自然环境条件及水源地开采当中所引起的地下水流场变化、　地下水位的变化、地下水化学态征的变化，明确指出地下水位的变化是区域地表土壤盐渍化的主要因素。　提出合理开采浅层地下水，降低地下水位是改良土壤盐溃化的主要途径。　［关键词］　水源地；地下水流场变化；土壤盐渍化　［中图分类号］Ｐ６４１．２　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］　１００４一ｌ１８４（２ＯＯ７）Ｏ４—００５８一Ｏ２　１水源地概况　滩小关水源地位于河南省巩义市河洛镇滩小关村　能获得黄河侧渗补给，黄河大部分时段以排泄地下水　为主，地下水总体由西南流向北东，未有漏斗出现。　２００３年枯水期西部水位在１０４～１０５　ｍ，东部水位　在１０２　ｍ，水源地附近水位在１０３　ｍ，水源地主要接受　来自西北方向的黄河侧渗补给；２００３年丰水期西部水　位在１０６　ｍ，水源地附近１０４　ｍ，东部水位在１０３　ｍ，地　北黄河滩地。水源地于２００２年５月开工建设，２００５年　４月一期建成开采，单井出水量２１０　ｍ。／ｄ，水源地开采　量８　０００　１０　０００　ｍ。／ｄ。　１．１地形地貌特征　下水流由西南向流向北东。　水源地开采后对区内地下水流场产生较大影响，　地下水位逐步下降，２００５年枯水期西部水位在１０４～　１０５　ｍ，地下水埋深１．４３～２．４３　ｍ，东部水位在１０２～　该区地势为南高北低，地形起伏较大。南部为黄土　丘陵，冲沟发育，地面标高２００　ｍ左右。北部为河谷平　原，地势平坦，微向下游倾斜，地面标高为１０２．８～　１０６．７　ｍ。区内地貌依其成因、物质组成、形态特征可分　１０３　ｍ，地下水埋深１．９７～２．６　ｍ，水源地附近水位在　１０１～１０２　ｍ，地下水埋深３．１６～５．２３　ｍ，中心水位标　为流水地貌和黄土地貌两大类，其中流水地貌以堆积　地貌为主。　１．２地层　高达到１００．０１　ｍ，中心地下水埋深大于５　ｍ。漏斗面积　枯水期为１．２９　ｋｍ　，丰水期为０．６３　ｋｍ　，地下水由四　周向水源地中心径流，水源地可接受来自黄河及伊洛　河的侧渗补给。　２．２水源地开采前后地下水水位动态变化特征　区内第四系广泛分布，上更新统（Ｑ。　）、全新统　（Ｑ　）黄河、伊河冲积层，岩性为细中砂、中粗砂，底板　埋深３０～５０　ｍ，厚度为２０～５０　ｍ，为水源地主要开采　目的层。　１．３监测区地下水特征　水源地开采前浅层地下水动态变化规律与气象、　水文变化周期相吻合，丰水期地下水位埋深减小，枯水　期地下水位埋深增大。　２００３年黄河及伊洛河近河漫滩区及鱼塘区水位埋　深丰水期＜１　ｍ，枯水期为１～２　ｍ，变幅在１　ｍ；黄河　远河漫滩区，枯水期水位埋深２～３　ｍ，丰水期１～２　ｍ；　生产井附近枯水期水位埋深３～４　ｍ，丰水期２～３　ｍ；　黄土丘陵区水位埋深枯水期为１０．１１～２２．６５　ｍ，丰水　期为９．８６～１９．７８　ｍ。　天然条件下，监测区浅层地下水动态主要受水文、　气象因素控制，随着距黄河、伊洛河水边线由近及远，　浅层地下水受黄河影响由强渐弱。地下水动态由水文　型、水文一气象型过渡到气象型。　２地下水流场特征及其变化　２．１　水源地开采前后地下水流场特征及其变化　水源地开采前，地下水主要接受伊洛河侧渗补给，　只有在黄河水位相对较高期间，滩地北部近河地带才　［收稿日期］２００７—０３—２２　水源地开采后浅层地下水受开采影响，黄河及伊　洛河漫滩区地下水位埋深增大，２００５年枯水期伊洛河　［作者简介］冯琳（１９６９一），男，河南项城人，工程师，主要从事水、工、环调查与研究工作。　５８　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷　第４期　地下水　２００７年７月　近河漫滩区及鱼塘区水位埋深１．４３～２．４３　ｍ；黄河及　黄河远河漫滩区，水位埋深２．６～３．９７　ｍ；生产井附近　水位埋深３～５　ｍ；黄土丘陵区水位埋深为８．６７～　２０．９２　ｍ，受开采影响较大的区域为生产井附近地带，　水位下降约２．２～３．０２　ｍ，其他地区受开采影响不大。　开采条件下可以激发黄河及伊洛河水对区内浅层　地下水的补给，随着地下水开采量的逐渐增大，地下水　位将逐步下降，黄河及伊洛河水对区内浅层地下水的　补给量将大大增加，对水源地增大开采较为有利。同时　４水源地开采前后土壤盐渍化变化特征　４．１监测区地质环境演变概述　滩小关水源地滩地形成时间较晚，大约有３０多年　的历史。受自然因素及人为因素的影响，该区排水不　畅，每到雨季，地面积水严重，粗放的耕作方式使滩地　两侧土地湿化，盐渍化严重。２００２年５月～２００５年４　月，水源地建成并投入使用，黄河滩地原有串沟、叉河　等自然微地貌经人工改造现已变成平地。　水源地开采前地下水位埋深一般为１～３　ｍ，滩区土壤　存在盐渍化现象。水源地开采后，漫滩区水位埋深２～　４　ｍ，随着水源地继续扩大开采直至达到设计开采量，　地下水位还将继续下降，土壤盐渍化将逐渐消失。　３地下水水化学特征及其变化　３．１地下水水化学特征　区内地下水据水质分析成果：浅层地下水矿化度　一般在０．２２～０．７０　ｇ／］　，ｐＨ值７．１～７．７，总硬度　７５．３０～１５７６．８　ｍｇ／Ｌ，属低矿化弱碱性淡水。区内浅层　地下水水化学成份在枯水期和丰水期亦有明显的变化　规律，总硬度枯水期大于丰水期，表明丰水期地下水接　受大气降雨补给水质淡化，枯水期地下水蒸发强烈盐　分积聚，地下水总硬度增高，见表１。　表１浅层地下水总硬度变化情况统计表　注：总硬度（ｍｇ／Ｌ・ＣａＣＯ３）　３．２地表水水化学特征　据黄河、伊洛河枯水期、丰水期分析结果：黄河、伊　洛河水矿化度平均值分别为０．５６　ｇ／Ｌ、０．５８　ｇ／］　，总　硬度分别为３４３．７１　ｍｇ／Ｉ　、４１９．１９　ｍｇ／Ｉ　，ｐＨ值分别为　７．５５、７．３５，均属低矿化度弱碱性淡水。　３．３水化学类型　按舒卡列夫分类法将区内浅层地下　分为：　ＨＣＯ３一Ｃａ・Ｎａ・Ｍｇ、ＨＣＯ３一Ｃａ・Ｍｇ・Ｎａ、ＨＣＯ３・　Ｃｌ—Ｃａ・Ｎａ・Ｍｇ、Ｃ１・ＨＣＯ　一Ｃａ・Ｎａ型水；黄河水　为ＨＣＯ　・Ｃｌ—Ｃａ・Ｎａ・Ｍｇ型；伊洛河水为Ｃｌ・　ＨＣＯ３一Ｃａ・Ｎａ型。　开采条件下，水源地地下水位下降，地表水将长年　补给地下水，随着补给量的增加，地表水对地下水的影　响程度将会逐渐加大，ＨＣＯ　・Ｃ１型水的范围将会逐渐　增加。据２００５年水质分析资料，地下水水化学类型、主　要离子成分及矿化度等均较２００３年变化不大，主要是　由于水源地开采还没有满负荷运行的缘故。　４．２盐渍土的分布　滩地位于黄河河道内，历经多次黄河滚动和泛流，　形成特有的地貌和水文地质条件，它有利于盐渍土的　产生与发展。因而，区内盐渍地的分布规律与上述条件　密切相关，主要分布于生产堤以南孝沙公路以北地区，　其中双槐树及滩小关村以北地区盐渍化程度较高。　盐分含量的高低，对植物特别是作物的生长及产　量都有直接影响。近三年内水源地中心水位一般降低　２．２～３．０２　ｍ，周边地区水位一般降低０．２～１．５ｍ。因　此，盐渍土的分布范围大大缩小，盐渍化的程度也大大　降低，原来轻度盐渍化的地方，现在成为非盐渍化分布　区，原来中度盐渍化分布区，大部分降为轻度盐渍化分　布区。目前，滩区非盐渍化分布区面积９．８７　ｋｍ。，轻度　盐渍化分布区面积０．３７　ｋｍ。。　４．３水源地开采前后土壤电导率对比　本研究还在２００４年和２００５年分两次进行野外采　集样品和分析测定了其电导率（如表２）。由表中数据可　以看出：２００４年项目区为盐渍化土壤，但盐渍化程度不　高；但２００５年再次进行采样分析，该地区已经没有盐　渍化想象，可见地下水位的下降在影响作物对养分的　吸收的同时，对盐分的上移也起着一定的阻碍作用。　表２不同年份表层土壤电导率对比表　平均标准差方差峰度　偏度最小值最大值变异系数（　）　２００４年２．０５　０．６８　０．４６—０．９１　２００５年０．２４　０．１４　０．０２—０．１９　５结束语　５．１盐渍土的发生、发展受自然因素和人为因素控制　自然因素包括气候条件、地质条件等，人为因素包　括开采、排泄、农业耕作等。　气候条件主要是降水和蒸发，降水淋洗土壤盐类，　使土壤脱盐，但它把盐分带入地下水中，增高地下水中　盐分，同时使地下水位抬高，而加大了潜水蒸发量，盐　分重新返回地表，使土壤产生盐渍化；蒸发是形成土壤　盐渍化的动力，有了蒸发才能使盐份不断在地表集中　而形成土壤盐渍化。　地质条件主要是地貌和地层，　（下转第７９页）　５９　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷　第４期　地下水　ＺＯＯ７年７月　地方政府应制定相应法律、法规，把地热资源管理纳入　法制轨道，作为矿产资源进行管理［２］。为实现可持续开　发利用的目的，在开发中，应对地热水分不同梯级，进　开发潜力，可望形成经济和社会的新的经济增长点。为　合理地利用好、管理好地热资源，保护地质环境，应建　立健全地热资源的开发管理机构，出台地热管理法规　措施，建立地热井的开采审批制度，完善探矿权和采矿　权取得与转让制度。　行综合开发利用（图２），这样，地热水经过多次循环利　用后，既避免了地热水的浪费，又提高了地热水的综合　利用效率，增加了热水产量，还减少了地热水造成的污　染。积极推广分级利用技术既有利于充分利用地热资　源，又能产生良好的经济效益。　２．２地热资源保护　３结语　地热研究的目的在于利用。今后除了进一步对地　温场、地热异常原因、地温与石油的关系加强理论研究　地热资源是在特定的地质、水文地质和水文地球　化学环境条件下形成的。要保持其资源的长期连续稳　定开采，不致形成地质环境问题，必须十分重视其资源　的保护工作。地热资源开发利用中的环境保护应当着　重４个方面。一是建立地热资源环境保护区。依据经济　发展和人民生活的需要制定地热资源开发规划和环境　保护方案。在开发过程中，必须按照地热资源的埋藏与　分布状况合理布置开采方案，严格按设计开采方案和　允许开采量进行合理开采利用，严禁超采；二是防止环　境污染。在地热开发过程中，由于开发利用地热水所排　外，还必须加强对地热应用的试验工作，搞清地热资源　分布，尤其是在地热资源和地面建设配套地区更应如　此。　“　…一…………………西匝一　　ｌ　ｔ　；　参考文献　痂　放的废弃水，因温度过高，水质复杂，矿化度较高，易造　成地表水、地下水及农业生态环境的污染。因此，在开　发利用中，要加强热废水的排放管理，以保护周围的环　图２地热水综合开发利用梯级图　境；三是加强地热资源开发中的动态监测工作。地热资　源的数量是有限的，在开采利用过程中，将会使其水　位、水量、水质、水温随开采的过程中而发生变化。为不　至于因过量开采产生地面沉降、水源枯竭等环境地质　灾害，应加强开发中水的动态监测工作；四是加强地热　［１］邓晓颖，等．河南省开封凹陷区地热资源调查设计书．郑　州：河南省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质队，　２００６．　Ｉ－２］ＫＥＰＩＮＳＫＡ　Ｂ．Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｉｎ　Ｐｏｌａｎｄ：Ｔｈｅ　ｓｔａｔｅ—　ｏｆ—ｔｈｅ—ａｒｔ　ｉｎ　１　９９８　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ［Ｃ］／／ＧＥＯＲＧＳ－　Ｓ０Ｎ　ＬＳ．Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　Ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｉｎ　Ｉｃｅｌａｎｄ　２０ｔｈ　Ａｎｎｉｖｅｒｓａｒｙ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，１９９８：５３—６４．　资源的开发利用管理。研究区地热资源蕴藏着巨大的　（上接第５９页）　该区为碟形、槽形洼地，地下水位不但埋　５．３开采浅层地下水，是有效降低地下水位的办法　藏较浅，径流缓慢，受风顺扬和阳光照射，蒸发作用强　井灌、井排不但有灌溉之利，而且起到降低地下水　烈，土壤易返盐；地表岩性多为粉土，毛管作用愈强，有　位的作用，使土壤迅速脱盐。因此井灌、井排是改良土壤　利于盐份的积聚。　盐渍化的主要途径。　人为因素主要表现在不正确的治水和不合理的灌　溉方式，造成了大面积次生盐碱地。　参考文献　－Ｍ］．中　５．２地下水位的深浅是土壤能否产生盐渍化的根本因　［１］赵云章，朱中道，等．河南省环境地质基本问题研究Ｉ素　国大地出版社，北京２００３，７．　若地下水位超过土壤毛管临界深度，土壤不易产生　［２３赵云章，王继华，等．黄河中下游地下水可持续开发与评价　［Ｍ］．中国大地出版社，北京２００３，７．　［３］陈峰，等．河南省巩义市滩小关水源地环境地质及农业调查　评价报告［Ｒ］．河南省郑州地质工程勘察院，河南农业大学　．盐渍化。该水源地在开采中地下水位下降大，超过土壤　毛管临界深度，毛管作用不明显，从而导致土壤盐渍化　程度降低或消失。　２ＯＯ６．　７９