神木縣地下水功能區劃研究

朱亮　楊明楠　康衛東　陳璽

摘要：針對神木縣地下水資源分布特點，依據《地下水功能區劃分技術大綱》，選取地下水資源量、開采潛力、水質現狀和生態環境等因子，將地下水功能區劃分為開采區、保護區、保留區3個地下水一級功能區，集中開采區、分散開采區、水源涵養區、生態保護區、不宜開采區和儲備水源區6個二級功能區；綜合考慮各功能區對水質及水位的要求，提出3種地下水保護分區類型及針對性的保護措施：水源地保護區既要加強對匯流區污染物排放量的控制，又要對水源井進行科學管理，提高開采效率；水質惡化區要加強污染源管理，控制劣質水體擴散；生態水位保護區要優化地下水開采方式和開采量，避免因不合理開采而導致水位下降、引起生態環境問題。

關鍵詞：地下水；水功能區；分區保護；神木縣

我國西北地區降水稀少、蒸發強烈，地表水資源十分有限，地下水在資源供給、生態環境維持和地質環境穩定等方面發揮著重要作用。近年來，一些地區地下水不合理開發、污染物大量排放等，引起地下水水位下降、含水層疏干、地下水水質惡化等問題，對水資源的可持續利用、經濟社會的可持續發展和生態安全構成嚴重威脅。因此，加強地下水資源保護和管理已刻不容緩。

由于含水層系統的復雜性，因此地下水保護必須以水文地質單元為基礎，結合人類活動和生態環境狀況等因素，有針對性地制定地下水開發利用和保護措施。水利部于2005年組織編寫了《地下水功能區劃分技術大綱》，全國很多省份進行了功能區劃分；國土資源部于2006年印發了《地下水功能評價與區劃技術要求》，并在西北地區、華北地區和東北地區的平原區開展了地下水功能區劃研究。本次研究主要依據《地下水功能區劃分技術大綱》，以陜西省神木縣為例，選取地下水系統中的代表性因子進行地下水功能區劃分，并提出地下水保護措施，以期為當地地下水資源管理提供參考。

1研究區概況

神木縣位于陜西省最北端，地處黃土高原和毛烏素沙地接壤地帶，有沙漠灘地、黃土丘陵、沙蓋黃土丘陵和河谷4種地貌。黃河一級支流窟野河、禿尾河自西北向東南流經該縣，窟野河上游河谷區、禿尾河中游河谷區和沙漠灘地區是地下水主要開采區。河谷區多采用傍河管井、滲井、滲渠的形式開采潛水，沙漠灘地區多采用管井開采地下水，但大規模管井開采極易形成局部地下水降落漏斗，最終導致依賴地下水的地表植被系統退化。20世紀90年代以來，隨著煤炭產業的飛速發展，神木縣水資源需求量日益增大，大量開采地下水、污染物排放等引起了一系列水環境問題，亟須開展水資源保護工作。

2地下水功能分區

2.1地下水系統劃分

根據地形地貌、水文地質條件、地表水系發育特征等，將神木縣劃分為窟野河地下水系統（Ⅰ）、禿尾河地下水系統（Ⅱ）、黃河河谷及西岸支流地下水系統（Ⅲ）、紅堿淖閉流區地下水系統（Ⅳ）和榆溪河東側支溝地下水系統（Ⅴ），各地下水子系統具有獨立的補給、徑流和排泄條件。窟野河地下水系統（Ⅰ）：地下水接受大氣降水補給和邊界側向徑流補給后，順地勢從分水嶺向溝谷低處徑流，排泄于各溝谷內，匯入窟野河。考考烏素溝、悖牛川和烏蘭木倫河是窟野河上游的主要支流，流域內地下水資源相對豐富，是主要的地下水開采地段。禿尾河地下水系統（Ⅱ）：地下水主要接受大氣降水補給，部分沙漠地區有凝結水補給，潛水主要以泉或潛流形式排泄，在水位埋深較淺的沙漠灘地區，蒸發排泄量較大。黃河河谷及西岸支流地下水系統（Ⅲ）：區內溝谷深切，地形破碎，地下水接受大氣降水補給后向各小支溝排泄，最終匯入黃河。紅堿淖閉流區地下水系統（Ⅳ）：紅堿淖為沙漠內流湖，流域內地下水接受大氣降水、沙漠凝結水和邊界側向徑流補給，從湖區四周向紅堿淖湖心徑流。榆溪河東側支溝地下水系統（Ⅴ）：位于神木縣西部邊界，地下水主要接受大氣降水和沙漠凝結水補給，向下游徑流，最終以泉的形式排泄于榆溪河上游各支溝。

2.2地下水功能的表征因子

地下水系統中水的質和量及其在空間和時間上的變化將對社會環境和生態環境產生影響。本文立足于神木縣地下水系統特征，從地下水的自然屬性切入，在綜合分析地下水資源量、開發利用現狀、水質狀況和生態環境等因子的基礎上，開展地下水功能分區，重點關注地下水的資源功能、生態環境功能。

2.2.1地下水資源量及開發利用現狀

根據不同區域水資源特征，將5個地下水系統細分為27個獨立的水文地質單元，計算各水文地質單元的可開采量、現狀開采量、開采潛力指數P和開采潛力模數M（見圖1、表1）。神木縣地下水資源可開采量為3.266億ma/a，現狀開采量為1.226億m3/a。超采區主要位于窟野河上游地區，區內大規模工業用水以及煤礦疏干排水是造成地下水超采的主要原因：采補平衡區主要位于窟野河下游地區，該區人類活動強度不大，地下水開采多為小規模的分散開采；有開采潛力的地區主要位于禿尾河流域、黃河河谷區以及窟野河上游部分小溝域，但大部分地區開采潛力較小，只有禿尾河中游河谷區和黃河河谷區的開采潛力較大，紅堿淖閉流區雖然有一定的開采潛力，但其生態環境極其脆弱，不宜進一步擴大地下水開采量，見圖2。

2.2.2地下水水質狀況

水質評價數據來源于2013年開展的西北地區主要城市地下水污染調查評價項目在陜北獲得的100組樣品數據。選用pH值、鈉離子、鈣離子、鎂離子、銨離子、氯離子、硫酸根離子、總硬度、溶解性總固體、耗氧量、鐵、錳、鋅、硝酸根離子、亞硝酸根離子、氟化物、鉛、六價鉻、鉬、砷共20項評價指標，運用《區域地下水污染調查評價規范》（DZ/T 0288-2015）推薦的層級階梯評價方法進行水質評價，繪制地下水質量分布圖（見圖3）。研究區地下水水質以Ⅱ、Ⅲ類為主，水質整體較好，超標的Ⅳ、Ⅴ類水在窟野河流域主要以條帶狀分布于河谷區，在禿尾河流域呈零星片狀分布。

劣質水體分布與區內污染源分布、地貌類型及水文地質條件等密切相關。煤炭及其相關產業是神木縣的主導工業，礦坑排水、工業廢水和廢渣、生活污水等是區內主要的污染源。在窟野河上游的黃土丘陵區，工業廢渣、廢水及生活污水等大多直接排放在附近溝谷中，最終匯入窟野河，造成河流水質惡化，受河水補給的影響，最終形成了沿河谷分布的地下水水質惡化帶：在禿尾河流域的沙漠灘地區，地勢平坦、包氣帶結構疏松、地下水埋深淺，污染物在地表的遷移范圍一般不大，最終形成了與污染源分布一致的地下水水質惡化區。

2.2.3潛在的生態環境問題

干旱半干旱區的生態環境對地下水的依賴十分顯著，不合理的開發活動將誘發一系列生態環境負效應。研究區內水資源開發對生態環境的影響主要表現在以下3個方面。

（1）天然植被生態退化。在干旱半干旱地區，植被是生態環境好壞的參照，而植被生長與土壤水分狀況和地下水水位存在直接關系。陜北地區不同地貌單元的植被對地下水水位的敏感程度不同，黃土丘陵區主要分布旱生植物，其生長主要靠降水維持，與地下水關系不大，屬非敏感區；河谷區、風沙灘地區主要分布草甸、人工林等濕生和中生植被，對地下水依賴性強，水位下降極易引起植被退化，屬敏感區。煤礦疏干排水及管井開采，局部風沙灘地區地下水水位已降至當地生態水位埋深閾值（7 m）以下（見圖4），對生態環境造成了嚴重威脅。

（2）湖泊、海子逐漸消亡。西北部風沙灘地區海子數量大幅減少，水域不斷萎縮，從20世紀90年代至今紅堿淖湖面面積已減小了1/4。湖泊、海子消亡，除受全球氣候變暖、蒸發增強影響外，還受到建庫攔截地表水、開礦疏干地下水以及無序開采地下水等影響。

（3）河川徑流量衰減。窟野河徑流量隨煤炭開采量的增加而衰減的趨勢十分明顯，原因是煤炭及相關產業的耗水量大；煤礦疏干排水引起泉流量減小，河川基流大幅減小；煤礦采空區塌陷，導水裂隙溝通地表，極大地改變了河道徑流條件，導致地表水漏失，造成河川徑流量衰減。

2.3地下水功能區

將神木縣各流域作為一個系統，統籌兼顧上游與下游、流域與區域、行業與部門之間水資源的綜合開發利用，以其不同主導功能為基礎，進行開采區、保護區、保留區劃分，并進一步確定各功能區水質保護目標（見圖5、表2）。

（1）開采區。將當前及規劃期內以開發利用為主的區域劃分為開采區，屬一級功能區，進一步劃分為集中開采區和分散開采區兩個二級功能區。生活用水集中開采區主要位于窟野河中游縣城以北的河谷區，包括地下水水源地及其一、二級保護區范圍；窟野河支流槨牛川、烏蘭木倫河、考考烏素溝河谷區、考考烏素溝南側泉域以及禿尾河中游河谷區具有一定的開采潛力，但水質相對較差，可作為工業用水集中開采區；分散開采區主要位于河谷區的外圍，這些區域水質好，但開采潛力不大，可作為當地居民飲用及農業灌溉水源。

（2）保護區。包括水源涵養區和生態保護區兩個二級功能區，水源涵養區位于禿尾河源頭的宮泊溝、圪丑溝流域，對維持下游瑤鎮水庫供水具有重要意義；生態保護區位于紅堿淖閉流區，地下水在維持生態環境方面發揮著重要作用。

（3）保留區。保留區為地下水開發利用難度大或有開發潛力但目前不開采，用于未來水源儲備的區域。劃分為不宜開采區和儲備水源區兩個二級功能區，其中：不宜開采區包括縣城以下窟野河流域和高家堡以下的禿尾河流域：黃河河谷區由于可以大量激發河水補給，因此該區域可以作為神木縣的儲備水源地。

在地下水功能區劃分的基礎上，根據其主導功能，兼顧其他功能用水要求，確定各功能區的水質保護目標。原則上，對水質現狀好于其水功能區標準要求的，各水功能區水質目標不應低于現狀：對于目前已經趨于臨界值的，要加大保護力度，防止水質惡化；對于目前因污染等原因而導致地下水功能不能正常發揮的地區，要結合實際情況提出水質恢復目標，并采取積極的治理措施。

3地下水保護措施

地下水保護必須根據不同地下水功能區的水資源、水環境以及生態環境現狀，采取針對性的分區保護措施，最終實現地下水資源的可持續利用。研究區主要包括3種地下水保護分區類型：水源地保護區、水質惡化區和生態水位保護區。

水源地保護區必須加強水質和水量兩方面的保護工作。神木縣的主要水源地位于禿尾河、窟野河的河谷地帶，流域內的生產、生活廢水大部分排入河流，河谷區承載著整個流域的污染負荷，因此要對整個匯流范圍內的污染物排放進行控制管理，嚴禁各類不達標水體的排放：河流生態基流是維持水源地開采量的關鍵，一方面應加大煤一水關系研究，避免上游煤礦疏干排水引起河川基流量衰減；另一方面沿河分布的滲井、滲渠和管井等取水點應統一規劃、合理布局、科學開采，注意開采井之間的相互影響等，避免不合理開采造成取水效率低，誘發環境地質問題等不良后果。

水質惡化區為Ⅴ類水分布地區，一部分位于地下水集中開采區，一部分位于地下水集中開采區上游，對供水安全構成嚴重威脅。因此，必須在污染源調查及水文地質條件詳查的基礎上進行風險評估，制定合理措施，控制惡化水體遷移，有必要時可開展局部地下水修復工作。

生態水位保護區主要位于禿尾河中游高家堡鎮，水位已降至天然植被生態所依賴的水位以下，應改變不合理的地下水開采方式，禁止大規模管井開采，盡可能采用引泉或截伏流的方式開采地下水，維持地下水水位穩定，保護生態。

4結語

神木縣地下水資源可開采量為3.266億m3/a，現狀開采量為1.226億m3/a，整體上具有開采潛力，但受地下水不合理開采、污染等因素影響，局部地區出現地下水超采、水質惡化、水位下降嚴重等一系列地下水環境問題，亟須加強保護工作。綜合分析神木縣地下水開發利用現狀、水質分布狀況和生態環境特征等，將神木縣分為開采區、保護區、保留區3個地下水一級功能區，集中開采區、分散開采區、水源涵養區、生態保護區、不宜開采區和儲備水源區等6個二級功能區，并確定了各水功能區的水質保護目標。

污染物排放已造成開發區內局部地段水質惡化，超出水功能區水質目標，不合理的開采方式引起局部水位降至生態水位閾值以下，對供水安全和植被生態環境構成威脅。因此，針對不同地下水功能區的水環境問題可分為3種分區保護類型：水源地保護區、水質惡化區和生態水位保護區。水源地保護區內水質、水位保護并重，既要加強對匯流區污染物排放量的控制，又要對水源井進行科學管理，提高開采效率；水質惡化區要加強污染源管理，控制惡化水體擴散；生態水位保護區要改變不合理的開采方式，盡可能使地下水水位恢復到生態水位閾值內。