娘子关泉域岩溶地下水开发利用现状及保护管理建议探析

(山西省阳泉市娘子关泉域管理处，山西 阳泉 045000)

1 概况

娘子关泉是我国北方地区最大的岩溶大泉，泉口位于阳泉市平定县娘子关镇附近，以泉群形式出露于桃河与温河汇合地段，主要由11个主要大泉组成，泉水多年(1956～2016年)平均流量9.57 m3/s，最大流量1964年15.74 m3/s，最小流量1995年5.73 m3/s。泉域面积7 217 km2，地跨阳泉、晋中、太原三个行政区，其中阳泉市2 430 km2，涉及市区、郊区、平定县和盂县；晋中市4 688 km2，涉及榆次区、寿阳县、昔阳县、和顺县和左权县，太原市99 km2，涉及迎泽区、杏花岭区。根据第二次水资源评价结果，泉域多年(1956～2000年)平均岩溶水资源量为36 271 万m3，可开采资源量为23 684万 m3。

2 娘子关泉域岩溶水开发利用现状

娘子关泉域岩溶水地下水是本区最重要的供水水源，岩溶水开发利用历史悠久，开发利用方式主要有泉口直接取水和凿井开采。

2.1 泉口直接取水

(1)阳泉娘子关提水工程。主要解决市区城市生活和工业用水，总设计提水能力3 m3/s，总扬程423 m。2016年供水量3 300万 m3，合0.92 m3/s。主要提用五龙泉、石板磨泉水。

(2)平定县娘子关提水工程。主要解决平定县、五矿及电厂生产和生活用水，取水水源为桥墩、滚泉、禁区泉、苇泽关泉四个泉水，总扬程700 m，设计取水量为2.09 m3/s， 2016年提水1 606万 m3，合0.449 6 m3/s。

(3)泉口附近娘子关镇农村及驻地部队的生活、灌溉、水产养殖业用水约0.5 m3/s。

(4)河北省井陉县于1958年在娘子关以东的锦河修建绵右渠引水灌溉，平均引水量6.5～7.3 m3/s，灌溉面积21余万亩，保浇面积约17万余亩。

2.2 凿井取水

根据2016年岩溶水开发利用调查统计，截止2016年泉域内共有岩溶地下水开采井398眼，总开采量3 298万 m3，其中阳泉市269眼，开采量1 943万 m3，太原市27眼，开采量775万 m3，晋中市102眼，580万 m3。集中开采的水源地有4处，分别是阳煤集团赛平水源地, 共有开采井21眼，2016年开采量90万 m3；榆次北山水源地，共有开采井12眼，2016年开采量766万 m3；盂县温池水源地，共有开采井11眼，2016年开采量284万 m3；寿阳草沟水源地，共有开采井3眼，2016年开采量158万 m3。

3 存在的主要问题

3.1 泉水流量衰减

娘子关泉作为我国北方最大的岩溶泉，与其他泉水一样，流量长期面临衰减问题。自上世纪60 年代以来，娘子关泉流量动态虽然受降水量波动的影响,有一定的起伏，但总体上处于衰减状态，平均年流量衰减速率为0.156 4 m3/s。娘子关由11个泉组组成，目前有3个泉眼相继断流。

分析认为造成岩溶大泉衰减的原因主要有，一是自然因素的影响，如降雨量的减少，气温蒸发量的增加；二是人类活动的影响，特别是近几十年来人类活动的增强，如煤矿的开采范围的扩大、地下水开采量的不断增加、地表水的过度开发利用、城市的扩张、道路的建设等活动，都不同程度地减少地下水的补给量，造成泉水流量的衰减。

3.2 岩溶地下水位趋势性下降

伴随着泉水流量的衰减，娘子关水源地岩溶地下水位总体呈持续下降状态。根据泉域岩溶水位观测井监测成果，自上世纪80年代以来，岩溶地下水位普遍呈下降趋势，在补给区水位下降幅度较大，普遍下降20～30 m；在径流区普遍下降了10～20 m；排泄区水位也下降了1～3 m。造成岩溶水位下降的主要原因同泉水流量衰减相同，降雨的减少、气温的升高，人类活动的影响是造成岩溶水位下降的主要原因。

3.3 岩溶水水质已受到严重污染

根据娘子关泉历年的水质监测成果资料，从上世纪80年代以来，岩溶水水质中总硬度、矿化度、SO42-、Cl-、Mn 等指标呈增长趋势，其中SO42-、总硬度、矿化度增长最为明显，如五龙泉水质，SO42-由1982年的185 mg/L上升到2013年的283 mg/L，总硬度由1982年的342 mg/L上升到2013年的490 mg/L，矿化度由1982年的636 mg/L上升到2013年的739 mg/L。以上表明娘子关泉域岩溶水已遭到比较严重的污染，而且呈恶化发展趋势。据2014年完成的《娘子关泉域(阳泉市范围)岩溶水污染调查评价及保护对策》研究成果，分析认为煤矿矿井水的排放以及关闭煤矿老窖水的出流，是造成岩溶水质恶化及其硫酸根离子、总硬度超标的主要原因，其次是城市生活污水的排放污染造成。

4 娘子关泉域岩溶水保护管理建议

4.1 泉水流量保护目标

根据泉水历年实测流量资料，最近十几年(2000年—2016年)实测平均流量为6.66 m3/s，基本上能够代表当前娘子关泉水的实际流量。目前泉口已建有娘子关—阳泉、娘子关—平定提水工程和当地农业灌溉提引水工程，泉口总取水能力为5.59 m3/s，占泉水当前实际流量6.66 m3/s的83.93%，剩余的泉水流量不足1.07 m3/s，考虑到下游河道生态需水和河北绵右灌区用水的要求，泉水应保持在6.0～ 6.5 m3/s的最低流量要求，以此作为娘子关泉水流量保护的一个重要目标。

4.2 泉水水质保护目标

娘子关泉水出露区是阳泉市最为重要的城市生活饮水水源地，水质保护目标应为地下水水质标准(GB/T14848-2017)Ⅲ类水质目标。但是，考虑到娘子关泉域特殊的自然地质环境，其含水层夹石膏层，上覆为含煤地层且富含有硫铁矿等因素，岩溶地下水硫酸盐、总硬度本底质较高，加之煤矿开采的影响，目前娘子关泉水水质为地下水Ⅳ类水，为此，2016年阳泉市实施了饮用水水质改善工程，建起了娘子关泉水水质处理厂，经过处理后的泉水全部达到了国家生活饮用水水质标准。综合以上因素，泉水水质保护目标，近期(2018—2023年)应确定为Ⅳ类水水质目标，随着今后泉域生态环境的持续治理和改善，泉水水质将恢复到上世纪90年代的水平，因此，远期应确定为Ⅲ类水质目标。

4.3 岩溶水凿井开采总量控制目标

根据娘子关泉域第二次水资源评价，岩溶水可开采资源量为23 684万 m3(合7.51 m3/s)，扣除以上泉水流量保护目标确定为6.0～ 6.5 m3/s的要求，泉域内剩余的开采资源量为1.51 m3/s(合4 762万 m3/a)。因此，岩溶水凿井开采量应不超过4 762万 m3/a(合1.51 m3/s )作为凿井开采总量控制目标。根据岩溶水开发利用现状调查统计，2016年岩溶水凿井开采量3 298.1万 m3(合1.04 m3/s)，已占凿井开采总量控制目标的69.25%，其剩余的允许开采量仅有0.47 m3/s。

4.4 制定岩溶水资源保护与管理规范性文件

为了合理、开发、利用、配置、科学管理和保护泉域岩溶水资源，应尽快编制和制定《娘子关泉域岩溶水资源配置规划》、《娘子关泉域保护生态修复规划》、《娘子关泉域煤矿老窖水治理规划》、《阳泉市煤矿矿坑水处理与回用管理办法》、《煤矿开采后期水环境管理办法》等规范性文件，为岩溶水资源有效管理和保护提供科学依据。

4.5 严格控制岩溶地下水的开采措施

(1)在城市自来水覆盖地区域，严格禁止新增岩溶水开采井，已有的溶开采井应限期关闭，用城市自来水水源置换岩溶水；(2)实施严格的水资源论证制度，凡是能够利用地表水、中水、矿坑水等其它水源解决供水的，应严格限制开采岩溶水；(3)在岩溶地下水超采区，应严禁新增岩溶水开采井，(4)对于仍在使用岩溶水作为工业用水的发电企业，如阳光发电厂、阳煤发电厂等，应制定政策措施限期实施供水改造工程，利用中水水源置换岩溶水源。

4.6 提高污水回用率实现污水资源化

污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水的有效途径之一。因此，应把污水资源化作为保护生态环境的一项根本性措施来抓，应制定中水利用优惠政策，鼓励工业企业优先使用中水水源，实现污水资源化，这样既可以减少地下水的开采量，又能减少污水的排放量，减轻了河流污水下渗对岩溶地下水的污染，从而达到节约水资源、保护岩溶水的目的。

4.7 开展煤矿老窑水水污染调查与防治技术研究

目前娘子关泉域岩溶水资源面临水质污染的突出问题，研究认为煤矿老窑水是造成岩溶水污染的主要原因，因此，急需开展以下方面的科学攻关：(1)开展煤矿闭坑采空区水的储存、循环状态及水文地质条件调查；(2)开展老窑水水质、水量的监测，查清老窑水动态变化规律；(3)开展关闭煤矿老窑水污染治理技术方法的研究，为煤矿老窑水的治理提供科学的技术依据。