程建强 李中明
（河南省地质矿产勘查开发局第一水文地质工程地质队，新乡，453002）
摘要 通过对豫北平原地下水的综合调查，发现其环境地质问题以区域地下水位下降为主，并又导致了泉水消失、湿地减少、地面沉降和地下水污染等次生环境地质问题的发生。在环境地质问题形成背景和形成条件综合分析的基础上，认为其产生的根本原因是人为活动尤其是地下水的不合理开采破坏了地下水循环系统的天然均衡状态，其演化模式具有双向性。最后，提出了减少和防止豫北平原环境地质问题的具体措施。
关键词 豫北平原 环境地质问题 形成条件 演化模式 对策
环境地质问题是由于地下水系统中的天然水动力场及化学场发生改变引起环境恶化的地质现象。豫北平原指黄河以北的华北平原河南部分，总面积约2.0×104km2，隶属于焦作市、新乡市、鹤壁市、安阳市及濮阳市，2000年总人口为1508.48万人，工业总产值为422.85亿元，近10年经济增长速度在8%以上。是河南省的能源、石油化工、冶金、电子、电力和纺织等重要工业基地，也是粮棉油料作物的主要产区。因此，豫北平原环境地质问题产生和发展，越来越受到地方政府和社会的极大关注。通过对大量实测资料的综合分析，笔者拟对豫北平原环境地质问题的产生、演化及对策进行分析。
1 环境地质问题
豫北平原环境地质问题以区域地下水位下降为主，又导致了泉水消失、湿地减少、地面沉降和地下水污染等一系列次生环境地质问题。
1.1 区域地下水位下降
1991～2000年间，豫北平原形成了6个较大的浅层地下水水位下降漏斗，各漏斗中心水位10年累计下降值分别为：武陟漏斗为5.08m，安阳市漏斗为11.25m，新乡漏斗为4.3m，内黄北漏斗为12.85m，南乐东北漏斗为8.88m，滑县北漏斗为9.68m（图1）。各漏斗区地下水水位多持续下降，总面积达7748.75km2（据0m变幅等值线圈定），且东北部的漏斗区和华北的大漏斗连为一体，并引起区域地下水水位下降。自1991年以来，区域10年累计下降约1.3m。地下水下降漏斗的形成和扩大，给豫北平原的工农业造成了巨大损失。1.2泉水消失和湿地减少
豫北平原的多处名泉断流干枯。如辉县的百泉，1978年前月平均流量达3.3m3/s，现已干枯。近年来，辉县市为恢复百泉旅游景区而人工引水，直接耗资数千万元。焦作的王母泉和九里山泉也已消失。同时，湿地面积逐渐减少如沿黄湿地保护区。
图1 豫北平原浅层地下水水位变幅等值线图（1991～2000年）
1.3 地面沉降
已发现地面沉降发生的地段主要在濮阳市，若以1997年的地面高程作为初始值，随着时间的推移，沉降量及不均匀性也逐步增大，从1997年至2001年累积沉降量分别达到41mm～57mm，其差值为16mm。
在新乡、武陟北、安阳及滑县等漏斗区是潜在的地面沉降发生区。
1.4 地下水污染新乡县和浚县一些地区地下水
Ⅳ（较差）类水分布于大部分地区，大多数为铁、锰、氟超标。V（极差）类水分布于山前与黄河平原的交接洼地区、黄河故道砂地区的内黄及延津北一带，濮阳东南部、范县南部炼油污染地带。超标离子为矿化度、硬度，濮阳东南一带为As、Pb。Ⅳ（较差）类水和V（极差）类水分布面积占豫北平原总面积的75%以上，且有扩大趋势。
2 环境地质问题的形成背景
2.1 地形地貌
豫北平原西部邻区为太行山区，海拔高度203～40m，总的地势为西高东低，微向东北倾斜。坡降1∶500～1∶2000，地势相对较平坦。
豫北平原主要为堆积地貌，即西部山前地带的冲洪积平原和南部、东部的冲积平原。
2.2 地层岩性
豫北平原第四系从老到新特征如下：下更新统（
中更新统（
上更新统（
全新统（Qh）：西部分布在山前的安阳河、石门河、峪河等冲积扇及现代河床中，厚度一般数米。岩性为粉质粘土、粉土及砂砾石层。以东地区均为全新统地层，厚度为10～30m。
2.3 气侯特征
豫北平原属暖温带半湿润半干旱季风气候。据1990～2000年的气象资料，年平均气温14.2℃，平均降水量598.74mm。时间上，年内降水多集中于5～8月份，占全年降水量的71.2%，而冬春季节降水量较小。在地域上，沿黄河、太行山前和淇县—长垣县一带降水量较大；安阳市东部、濮阳境内降水较少。区内水面蒸发量一般在900～1400mm，且由西部到东部渐次增大。
2.4 水文特征
豫北平原地表河流主要发育有海河水系的卫河和黄河水系的黄河。
黄河位于区南边界，长约317.5km。黄河形成了黄淮海平原地表水及地下水的分水岭。多年平均流量1447m3/s，自1970年以来，黄河下游先后有20年相继发生断流。
卫河分布于区中部，长约252km。现已无源头清水，所接纳的多为沿途工业废水、城镇生活污水以及少量的引黄灌溉退水。多年平均迳流量为4m3/s。
2.5 背景分析
豫北平原地形地貌和地层岩性决定了地下水为松散岩类孔隙水，并为其提供了赋存和活动场所。第四系地下水系统主要为浅层含水层系统，是指埋藏40～160m深度内含水介质及其中的潜水和半承压水系统，其含水介质以松散的中细—粉细砂为主，底界为相对稳定的区域性粘土和粉质粘土。
气象和水文特征多年表现为一定变幅的周期性波动，受其影响，地下水循环系统表现出对应的变化规律，即丰水年补给量的增加、排泄量减少及地下水位上升→枯水年补给量的减少、排泄量增加及地下水位下降的周期性，且多年表现为相对稳定。它们共同构成了豫北平原地下水循环系统维持天然均衡状态的自然因素。
3 环境地质问题的成因
3.1 人为活动对地下水循环系统的影响
3.1.1 对地下水补给的影响
豫北平原西部的太行山区，自20世纪60年代开始，共修建了大中型水库10余座，如马安石水库，宝泉水库，彰武水库，小南海泉水库及岳城水库等。使人工调节作用加强，改变了山区地表迳流模式；出山口的迳流量减小，行洪补给豫北平原地下水量锐减，其补给量减少至约占总补给量的10%。
现在，豫北平原已建设了人民胜利渠、武嘉灌引水渠、丰收渠、长虹渠、群库干渠等引水工程，从黄河及山区水库引水到区内灌溉或供城市用水。渠水下渗或灌溉农田入渗则增加了地下水的补给。其补给量约占总量的29%。
3.1.2 对地下水径流的影响
豫北平原地下水总体迳流方向与地势变化基本一致，由西南向东北方向，由西部山前的补给源区向东部迳流，由南部黄河补给源区向东北方向迳流。但人工开采使其迳流方向有所改变，形成以各漏斗为中心的局部地下水汇流模式。
3.1.3 对地下水排泄的影响
20世纪70年代以来，大兴井灌农业和双保农田区，用于灌溉的地下水开采量持续增大。而城市规模的扩大、人口的增长及工业的迅猛发展，使地下水水源地建设的数量和规模也不断增大，开采量剧增。1990年以来，各行业地下水年均开采情况为：仅浅层开采总量为25.38亿m3，其中，工业用水量为2.44亿m3，占9.6%；生活用水量为2.95亿m3，占11.6%；农业用水量为28.36亿m3，占78.8%。开采量占地下水系统总排泄量的68%以上，逐步成为最主要地下水排泄方式。
而且，豫北平原地下水资源分布具有不均匀性，地下水开发利用布局与地下水资源分布状况不吻合。一方面，在山前冲洪积扇区和临黄地区，分布着丰富的地下水资源，而开采利用强度较低，开采潜力指数大于1.4，地下水资源大量闲置或被蒸发；另一方面在城市（镇）区及中北部农业区，地下水资源不够丰富，而开采过于集中，开采强度较大，开采潜力指数小于0.6。这种布局突显出地下水开采的不合理性。
上述人为活动尤其是不合理的地下水开采不断改变着地下水的补迳排条件及模式，使地下水循环系统的天然均衡状态日益被破坏。
3.2 人为活动对地表水水质的影响
近年来，由于工业废水的大量排放，农药化肥大量使用、城镇生活污水排放、污水灌溉，出现大量点状和面状污染源。如新乡市北站区，1999年其废水排放量就达2036.23万t/a，仅有少量达标排放，使流经该区的卫河水质PH值7.9，浑浊度1220，总硬度546.84mg/l，锌257μg/l，酚80μg/l。据2002年调查，地表水除黄河、淇河为Ⅱ类水外，其余的皆为V类水，这些污染河渠皆是线状污染源。这些污染源提供了地下水污染的一个必备条件。
3.3 成因分析
据1991年至2000年均衡计算，豫北平原地下水循环系统每年采补均衡差为－1.54亿m3，由于人为活动，以不合理开采为主的地下水排泄量之和长期大于补给总量，对天然均衡状态的破坏程度日益加重，随着这种负均衡的地下水循环系统的发展，逐渐形成了现今总面积达7748.75km2的六个地下水位下降漏斗，并引起区域地下水位的持续波动下降，新的水矾力和水化学作用的发生，又直接导致了一系列次生环境地质问题的形成：
（1）泉水消失和湿地减少：由于径流场的改变，原来作为排泄区（点）的泉和湿地逐渐成为补给区（点），地下水向漏斗区径流补给量不断加大，从而造成泉水减少至消失和湿地面积缩小。
（2）地下水污染：漏斗区形成了以下降中心为排泄点的径流场，在水动力和水化学作用下，周边及上层天然污染源如咸水等及人为活动形成的污染源如工业废水、生活污水、农业化肥、农药等污染物向开采层运移，使地下水恶化。
（3）地面沉降：主要由于漏斗区超采地下水，造成地下水水头大幅度下降，导致上覆地层浮托力锐减，促使饱和粘土层中孔隙水压力下降，有效应力增加，土层排水固结造成地面沉降。
综上所述，豫北平原境水文地质问题产生的根本原因是人为活动尤其是不合理的地下水大量开采。
4 环境地质问题的演化模式
20世纪五六十年代，豫北平原人为活动相对较弱，地下水基本遵循天然循环规律，区域水位较高。此后，随着人类活动强度的不断加大，尤其是对地下水的不合理开采，使地下水循环系统天然均衡状态的破坏程度加重，长期处于负均衡状态，产生了一系列环境地质问题。随着豫北平原需水量的增大，不合理开采地下水继续进行，在现状条件下，环境地质问题将日益突出，最终将导致一系列地质灾害的发生。
然而，如果由于人为活动等影响，使地下水水位持续上升，则会向另一个方向发展，产生如20世纪五六十年代原阳、延津及封丘等地的土壤盐渍化等一系列环境地质问题，并最终形成地质灾害。说明环境地质问题具有双向演化的特点。
综上所述，豫北平原环境地质问题的演化模式如图2所示。
图2 豫北平原环境水文地质问题的演化模式图
5 对策和建议
5.1 调整地下水开采布局，科学利用地下水
由于豫北平原地下水资源分布具有不均匀性，调整地下水开采布局，科学利用地下水对减少和避免由于不合理开采地下水，加剧环境地质问题的形成和演化至关重要。
5.1.1 漳卫河冲洪积扇区
漳卫河冲洪积扇区浅层含水层组的底板埋深为40～80m，局部可达100m。在这一区域内浅层水主要是用于农田灌溉。
（1）按照地下水水位应小于整个含水层厚度的1/2，且剩余含水层厚度不应小于20m，确定地下水限制开采保护区及其限制水位。因此，一般地下水位应保持在20～30m。
（2）冲洪积扇前缘交接洼地的部分地段有微咸水分布，应适当加强开采，以减少蒸发形成大的水力坡度，加快补给速度，促进循环，使地下水水质逐步改善。根据多年开采情况分析，这些地段的地下水位应控制在7m为宜。
（3）在安阳市的安阳河、辉县市的峪河、黄水河的冲洪积扇等地下水资源丰富的地段可建立集中开采型水源地，适度加大开采量，降低地下水水位以夺取降水入渗量的侧向迳流量，腾空调蓄库容，实行丰蓄枯用。安阳市的极限水位埋深为28.9m，峪河、黄水河的冲洪积扇为35m。
5.1.2 黄河冲积扇区
（1）临黄地区可建立傍河水源地，如武陟县詹店—原武镇、新乡县朗公庙—福宁集乡、濮阳市子岸乡等可建立集中开采型水源地，增大地下水资源潜力。
（2）为防止咸水区的继续扩大，对微咸水主要分布地段即地下水开采漏斗区和沿黄洼地应分别采取相应措施。对漏斗区应控制开采量使其水位不再下降，后有所回升；对沿黄洼地区加大开采量，适当降低地下水水位，最大限度地夺取降水入渗量和侧渗量从而加强循环，使微咸水逐步淡化。据此，对于漏斗区的水位，应高于2000年枯水位；对于沿黄洼地，水位应控制在8m以下。同时加大微咸水改造利用量，但在湿地保护区应保证湿地的安全。
5.2 节约使用水资源
豫北平原约有78.8%的供水量用于农业灌溉，农业节水尤其是中北部地区对减少和避免环境地质问题十分重要。渠道衬砌可节水20%，塑料管输水灌溉可节水25%，喷灌可节水30%，滴灌节水率最高可达50%。目前区内农业采用高节水灌溉手段（管灌、喷灌和滴灌）的灌溉面积仅占25%以下，应大力推广应用。
目前工业用水的重复利用率大城市为70%～80%，而中小城市仅为20%～50%。由于工艺技术落后，钢铁、化工和造纸等工业耗水量是发达国家的6～8倍。应对耗水大的企业做出调整，加快工业节水新技术、新工艺的开发研究，鼓励发展效益好、耗水少、污染轻的企业。做到以水定产，以水定发展。
豫北平原缺水的局面将长期存在，须将节约用水作为一项长期的根本措施，以发展农业节水灌溉、工业节水为重点，根据不同行业的特点采用不同的节水措施，全面实施节水。
5.3 净化废、污水，实现废水资源化
豫北平原5地市污水排放量较大。目前，5个地级市已相继兴建现代化的污水处理厂，既避免了污水的直接排放而形成地下水的污染源，又增加了水资源的重复利用率。但处理能力相对仍较小，水资源重复利用率仅有30%。应加速污水处理进程，增大污水处理量。
鸣谢 河南省地质矿产勘查开发局第一水文地质工程地质队马沛申高级工程师对本文提出了宝贵意见，在此谨表谢意。
参考文献
[1]林丰年，李昌静等.环境水文地质学.北京：地质出版社，1990.
[2]张宗祜，沈照理，薛禹群等.华北平原地下水环境演化.北京：地质出版社，2000.
[3]赵云章，邵景力，阎振鹏等.黄河下游影响带地下水资源评价及可持续开发利用.北京：中国大地出版社，2002.
[4]彭汉兴.环境工程水文地质学.北京：中国水利水电出版社，1998.
[5]潘懋，李铁峰.灾害地质学.北京：北京大学出版社，2002.