① 豫北平原環境地質問題分析
程建強李中明
（河南省地質礦產勘查開發局第一水文地質工程地質隊，新鄉，453002）
摘要通過對豫北平原地下水的綜合調查，發現其環境地質問題以區域地下水位下降為主，並又導致了泉水消失、濕地減少、地面沉降和地下水污染等次生環境地質問題的發生。在環境地質問題形成背景和形成條件綜合分析的基礎上，認為其產生的根本原因是人為活動尤其是地下水的不合理開采破壞了地下水循環系統的天然均衡狀態，其演化模式具有雙向性。最後，提出了減少和防止豫北平原環境地質問題的具體措施。
關鍵詞豫北平原環境地質問題形成條件演化模式對策
環境地質問題是由於地下水系統中的天然水動力場及化學場發生改變引起環境惡化的地質現象。豫北平原指黃河以北的華北平原河南部分，總面積約2.0×104km2，隸屬於焦作市、新鄉市、鶴壁市、安陽市及濮陽市，2000年總人口為1508.48萬人，工業總產值為422.85億元，近10年經濟增長速度在8%以上。是河南省的能源、石油化工、冶金、電子、電力和紡織等重要工業基地，也是糧棉油料作物的主要產區。因此，豫北平原環境地質問題產生和發展，越來越受到地方政府和社會的極大關注。通過對大量實測資料的綜合分析，筆者擬對豫北平原環境地質問題的產生、演化及對策進行分析。
1環境地質問題
豫北平原環境地質問題以區域地下水位下降為主，又導致了泉水消失、濕地減少、地面沉降和地下水污染等一系列次生環境地質問題。
1.1區域地下水位下降
1991～2000年間，豫北平原形成了6個較大的淺層地下水水位下降漏斗，各漏斗中心水位10年累計下降值分別為：武陟漏斗為5.08m，安陽市漏斗為11.25m，新鄉漏斗為4.3m，內黃北漏斗為12.85m，南樂東北漏斗為8.88m，滑縣北漏斗為9.68m（圖1）。各漏斗區地下水水位多持續下降，總面積達7748.75km2（據0m變幅等值線圈定），且東北部的漏斗區和華北的大漏斗連為一體，並引起區域地下水水位下降。自1991年以來，區域10年累計下降約1.3m。地下水下降漏斗的形成和擴大，給豫北平原的工農業造成了巨大損失。1.2泉水消失和濕地減少
豫北平原的多處名泉斷流乾枯。如輝縣的百泉，1978年前月平均流量達3.3m3/s，現已乾枯。近年來，輝縣市為恢復百泉旅遊景區而人工引水，直接耗資數千萬元。焦作的王母泉和九里山泉也已消失。同時，濕地面積逐漸減少如沿黃濕地保護區。
圖1豫北平原淺層地下水水位變幅等值線圖（1991～2000年）
1.3地面沉降
已發現地面沉降發生的地段主要在濮陽市，若以1997年的地面高程作為初始值，隨著時間的推移，沉降量及不均勻性也逐步增大，從1997年至2001年累積沉降量分別達到41mm～57mm，其差值為16mm。
在新鄉、武陟北、安陽及滑縣等漏斗區是潛在的地面沉降發生區。
1.4地下水污染新鄉縣和浚縣一些地區地下水
Ⅳ（較差）類水分布於大部分地區，大多數為鐵、錳、氟超標。V（極差）類水分布於山前與黃河平原的交接窪地區、黃河故道砂地區的內黃及延津北一帶，濮陽東南部、范縣南部煉油污染地帶。超標離子為礦化度、硬度，濮陽東南一帶為As、Pb。Ⅳ（較差）類水和V（極差）類水分布面積占豫北平原總面積的75%以上，且有擴大趨勢。
2環境地質問題的形成背景
2.1地形地貌
豫北平原西部鄰區為太行山區，海拔高度203～40m，總的地勢為西高東低，微向東北傾斜。坡降1∶500～1∶2000，地勢相對較平坦。
豫北平原主要為堆積地貌，即西部山前地帶的沖洪積平原和南部、東部的沖積平原。
2.2地層岩性
豫北平原第四系從老到新特徵如下：下更新統（
中更新統（
上更新統（
全新統（Qh）：西部分布在山前的安陽河、石門河、峪河等沖積扇及現代河床中，厚度一般數米。岩性為粉質粘土、粉土及砂礫石層。以東地區均為全新統地層，厚度為10～30m。
2.3氣侯特徵
豫北平原屬暖溫帶半濕潤半乾旱季風氣候。據1990～2000年的氣象資料，年平均氣溫14.2℃，平均降水量598.74mm。時間上，年內降水多集中於5～8月份，佔全年降水量的71.2%，而冬春季節降水量較小。在地域上，沿黃河、太行山前和淇縣—長垣縣一帶降水量較大；安陽市東部、濮陽境內降水較少。區內水面蒸發量一般在900～1400mm，且由西部到東部漸次增大。
2.4水文特徵
豫北平原地表河流主要發育有海河水系的衛河和黃河水系的黃河。
黃河位於區南邊界，長約317.5km。黃河形成了黃淮海平原地表水及地下水的分水嶺。多年平均流量1447m3/s，自1970年以來，黃河下游先後有20年相繼發生斷流。
衛河分布於區中部，長約252km。現已無源頭清水，所接納的多為沿途工業廢水、城鎮生活污水以及少量的引黃灌溉退水。多年平均逕流量為4m3/s。
2.5背景分析
豫北平原地形地貌和地層岩性決定了地下水為鬆散岩類孔隙水，並為其提供了賦存和活動場所。第四系地下水系統主要為淺層含水層系統，是指埋藏40～160m深度內含水介質及其中的潛水和半承壓水系統，其含水介質以鬆散的中細—粉細砂為主，底界為相對穩定的區域性粘土和粉質粘土。
氣象和水文特徵多年表現為一定變幅的周期性波動，受其影響，地下水循環系統表現出對應的變化規律，即豐水年補給量的增加、排泄量減少及地下水位上升→枯水年補給量的減少、排泄量增加及地下水位下降的周期性，且多年表現為相對穩定。它們共同構成了豫北平原地下水循環系統維持天然均衡狀態的自然因素。
3環境地質問題的成因
3.1人為活動對地下水循環系統的影響
3.1.1對地下水補給的影響
豫北平原西部的太行山區，自20世紀60年代開始，共修建了大中型水庫10餘座，如馬安石水庫，寶泉水庫，彰武水庫，小南海泉水庫及岳城水庫等。使人工調節作用加強，改變了山區地表逕流模式；出山口的逕流量減小，行洪補給豫北平原地下水量銳減，其補給量減少至約占總補給量的10%。
現在，豫北平原已建設了人民勝利渠、武嘉灌引水渠、豐收渠、長虹渠、群庫乾渠等引水工程，從黃河及山區水庫引水到區內灌溉或供城市用水。渠水下滲或灌溉農田入滲則增加了地下水的補給。其補給量約占總量的29%。
3.1.2對地下水徑流的影響
豫北平原地下水總體逕流方向與地勢變化基本一致，由西南向東北方向，由西部山前的補給源區向東部逕流，由南部黃河補給源區向東北方向逕流。但人工開采使其逕流方向有所改變，形成以各漏斗為中心的局部地下水匯流模式。
3.1.3對地下水排泄的影響
20世紀70年代以來，大興井灌農業和雙保農田區，用於灌溉的地下水開采量持續增大。而城市規模的擴大、人口的增長及工業的迅猛發展，使地下水水源地建設的數量和規模也不斷增大，開采量劇增。1990年以來，各行業地下水年均開采情況為：僅淺層開采總量為25.38億m3，其中，工業用水量為2.44億m3，佔9.6%；生活用水量為2.95億m3，佔11.6%；農業用水量為28.36億m3，佔78.8%。開采量佔地下水系統總排泄量的68%以上，逐步成為最主要地下水排泄方式。
而且，豫北平原地下水資源分布具有不均勻性，地下水開發利用布局與地下水資源分布狀況不吻合。一方面，在山前沖洪積扇區和臨黃地區，分布著豐富的地下水資源，而開采利用強度較低，開采潛力指數大於1.4，地下水資源大量閑置或被蒸發；另一方面在城市（鎮）區及中北部農業區，地下水資源不夠豐富，而開采過於集中，開采強度較大，開采潛力指數小於0.6。這種布局突顯出地下水開採的不合理性。
上述人為活動尤其是不合理的地下水開采不斷改變著地下水的補逕排條件及模式，使地下水循環系統的天然均衡狀態日益被破壞。
3.2人為活動對地表水水質的影響
近年來，由於工業廢水的大量排放，農葯化肥大量使用、城鎮生活污水排放、污水灌溉，出現大量點狀和面狀污染源。如新鄉市北站區，1999年其廢水排放量就達2036.23萬t/a，僅有少量達標排放，使流經該區的衛河水質PH值7.9，渾濁度1220，總硬度546.84mg/l，鋅257μg/l，酚80μg/l。據2002年調查，地表水除黃河、淇河為Ⅱ類水外，其餘的皆為V類水，這些污染河渠皆是線狀污染源。這些污染源提供了地下水污染的一個必備條件。
3.3成因分析
據1991年至2000年均衡計算，豫北平原地下水循環系統每年采補均衡差為－1.54億m3，由於人為活動，以不合理開采為主的地下水排泄量之和長期大於補給總量，對天然均衡狀態的破壞程度日益加重，隨著這種負均衡的地下水循環系統的發展，逐漸形成了現今總面積達7748.75km2的六個地下水位下降漏斗，並引起區域地下水位的持續波動下降，新的水礬力和水化學作用的發生，又直接導致了一系列次生環境地質問題的形成：
（1）泉水消失和濕地減少：由於徑流場的改變，原來作為排泄區（點）的泉和濕地逐漸成為補給區（點），地下水向漏斗區徑流補給量不斷加大，從而造成泉水減少至消失和濕地面積縮小。
（2）地下水污染：漏斗區形成了以下降中心為排泄點的徑流場，在水動力和水化學作用下，周邊及上層天然污染源如鹹水等及人為活動形成的污染源如工業廢水、生活污水、農業化肥、農葯等污染物向開采層運移，使地下水惡化。
（3）地面沉降：主要由於漏斗區超采地下水，造成地下水水頭大幅度下降，導致上覆地層浮托力銳減，促使飽和粘土層中孔隙水壓力下降，有效應力增加，土層排水固結造成地面沉降。
綜上所述，豫北平原境水文地質問題產生的根本原因是人為活動尤其是不合理的地下水大量開采。
4環境地質問題的演化模式
20世紀五六十年代，豫北平原人為活動相對較弱，地下水基本遵循天然循環規律，區域水位較高。此後，隨著人類活動強度的不斷加大，尤其是對地下水的不合理開采，使地下水循環系統天然均衡狀態的破壞程度加重，長期處於負均衡狀態，產生了一系列環境地質問題。隨著豫北平原需水量的增大，不合理開采地下水繼續進行，在現狀條件下，環境地質問題將日益突出，最終將導致一系列地質災害的發生。
然而，如果由於人為活動等影響，使地下水水位持續上升，則會向另一個方向發展，產生如20世紀五六十年代原陽、延津及封丘等地的土壤鹽漬化等一系列環境地質問題，並最終形成地質災害。說明環境地質問題具有雙向演化的特點。
綜上所述，豫北平原環境地質問題的演化模式如圖2所示。
圖2豫北平原環境水文地質問題的演化模式圖
5對策和建議
5.1調整地下水開采布局，科學利用地下水
由於豫北平原地下水資源分布具有不均勻性，調整地下水開采布局，科學利用地下水對減少和避免由於不合理開采地下水，加劇環境地質問題的形成和演化至關重要。
5.1.1漳衛河沖洪積扇區
漳衛河沖洪積扇區淺層含水層組的底板埋深為40～80m，局部可達100m。在這一區域內淺層水主要是用於農田灌溉。
（1）按照地下水水位應小於整個含水層厚度的1/2，且剩餘含水層厚度不應小於20m，確定地下水限制開采保護區及其限制水位。因此，一般地下水位應保持在20～30m。
（2）沖洪積扇前緣交接窪地的部分地段有微鹹水分布，應適當加強開采，以減少蒸發形成大的水力坡度，加快補給速度，促進循環，使地下水水質逐步改善。根據多年開采情況分析，這些地段的地下水位應控制在7m為宜。
（3）在安陽市的安陽河、輝縣市的峪河、黃水河的沖洪積扇等地下水資源豐富的地段可建立集中開采型水源地，適度加大開采量，降低地下水水位以奪取降水入滲量的側向逕流量，騰空調蓄庫容，實行豐蓄枯用。安陽市的極限水位埋深為28.9m，峪河、黃水河的沖洪積扇為35m。
5.1.2黃河沖積扇區
（1）臨黃地區可建立傍河水源地，如武陟縣詹店—原武鎮、新鄉縣朗公廟—福寧集鄉、濮陽市子岸鄉等可建立集中開采型水源地，增大地下水資源潛力。
（2）為防止鹹水區的繼續擴大，對微鹹水主要分布地段即地下水開采漏斗區和沿黃窪地應分別採取相應措施。對漏斗區應控制開采量使其水位不再下降，後有所回升；對沿黃窪地區加大開采量，適當降低地下水水位，最大限度地奪取降水入滲量和側滲量從而加強循環，使微鹹水逐步淡化。據此，對於漏斗區的水位，應高於2000年枯水位；對於沿黃窪地，水位應控制在8m以下。同時加大微鹹水改造利用量，但在濕地保護區應保證濕地的安全。
5.2節約使用水資源
豫北平原約有78.8%的供水量用於農業灌溉，農業節水尤其是中北部地區對減少和避免環境地質問題十分重要。渠道襯砌可節水20%，塑料管輸水灌溉可節水25%，噴灌可節水30%，滴灌節水率最高可達50%。目前區內農業採用高節水灌溉手段（管灌、噴灌和滴灌）的灌溉面積僅佔25%以下，應大力推廣應用。
目前工業用水的重復利用率大城市為70%～80%，而中小城市僅為20%～50%。由於工藝技術落後，鋼鐵、化工和造紙等工業耗水量是發達國家的6～8倍。應對耗水大的企業做出調整，加快工業節水新技術、新工藝的開發研究，鼓勵發展效益好、耗水少、污染輕的企業。做到以水定產，以水定發展。
豫北平原缺水的局面將長期存在，須將節約用水作為一項長期的根本措施，以發展農業節水灌溉、工業節水為重點，根據不同行業的特點採用不同的節水措施，全面實施節水。
5.3凈化廢、污水，實現廢水資源化
豫北平原5地市污水排放量較大。目前，5個地級市已相繼興建現代化的污水處理廠，既避免了污水的直接排放而形成地下水的污染源，又增加了水資源的重復利用率。但處理能力相對仍較小，水資源重復利用率僅有30%。應加速污水處理進程，增大污水處理量。
鳴謝河南省地質礦產勘查開發局第一水文地質工程地質隊馬沛申高級工程師對本文提出了寶貴意見，在此謹表謝意。
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