北京市浅层地下水资源评价及开发利用

田宁宁¹，张海燕²，王凯军¹，侯景岩³
(1.北京市环境保护科学研究院，北京100037；
2.北京科技大学资源工程学院，北京100083；
3.国土资源部中地集团公司，北京100036)

　　摘　要：浅层地下水因普遍受到污染而利用程度很低，这部分被忽视的浅层地下水在市区广泛存在，而且水位、水量稳定。在北京市严重缺水而需水量剧增的情况下，急需采取相应措施进行研究开发和综合利用。
　　关键词：浅层地下水；水资源；合理利用
　　中图分类号：X824；X37
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)07-0065-03

　　浅层地下水是指地表以下第一承压含水层以上的地下水，其中包括上层滞水和部分潜水。考虑到北京市水文地质状况，市区的浅层地下水主要是指地表下30 m以内含水层所含的地下水。

1　北京市的地质条件

　　北京市位于华北平原的西北部，山区及平原总面积为16 800km²，平原约占38%。在市区四环路以内的400～600km²范围，地势由西北向东南倾斜，坡度为0.1%～0.3%。山区地下水主要赋存于四个含水岩层：碳酸岩、碎屑岩、岩浆岩和变质岩。平原区地下水主要分布在第四系含水层及隐基岩两大含水介质中。西北部地层颗粒粗、含水巨厚、导水性能好、坡度大；东南部地层颗粒细、导水性变差、坡度变小。

2　浅层水区域的水文地质条件

　　研究区域属永定河冲积扇的中上部地层结构，由西部的单一地层向东逐渐变为多层结构，堆积物的颗粒自西向东由粗变细。地层堆积物中，含水层由砂、砂砾石、砂卵石、圆砾构成；非含水层由砂质粘土、粘质砂土、粘土及淤泥、人工填土构成。区内30 m深度的地层大致可分为六层(见表1)。

表1　30 m深度地层的水文地质情况 埋藏深度(m) 岩性 备注 0～8 表层人工填土 　 2～12 粘质砂土或砂质粘土 局部地区有上层滞水 10～15 中细砂 潜水含水层 12～17 砂砾石或砂卵石 15～21 粘质砂土、砂卵石或砂质粘土 　 19～29 砂砾石、砂卵石或圆砾 承压含水层 27～30 粘性土层或砂卵石 岩性分布不均

　　区内地形较为平坦，西北高，东南低，地形坡度为1%左右。地下水流与地形一致，自西北向东南，上层滞水埋深为3～7 m，潜水埋深为14～17 m，年变幅为3～5m，承压水头为0.17～0.19 MPa左右，年变幅为10～30 kPa。总之，区内浅层水较为丰富，富水性较好，并且西部好于东部、南部好于北部。在西部及西南部地区，降深在3～5 m时的单井出水量为30～40m³/h；东部地区降深在3～5m时的单井出水量可达10～20m³/h；中部地区降深在3～5 m时的单井出水量可达20～30m³/h；北部地区富水性最差，一般单井出水＜5m³/h。
　　浅层地下水的储量是相当可观的。根据北京市地质工程勘察院和北京市自来水公司的统计数据表明，除近郊区外，西城、东城、宣武和崇文区约有2 200×10⁴m³/a的浅层地下水量可供开采。区内浅层水的补给来源主要是大气降水入渗、河湖渠道渗漏补给、园林绿化、上游地下水的侧向流入补给及越流补给等。

3　浅层地下水的水质情况

　　对地下水污染的含义看法很多，国内对地下水污染的含义定义为：凡是在人类活动的影响下地下水水质朝着恶化方向发展的现象统称为地下水污染。
　　浅层地下水由于埋藏浅，没有隔水层的保护，所以极易受到污染。其污染源主要有以下几类：①工业污染，②农业污染，③生活污染源，④环境污染。
　　据1997年地下水监测报告，地下水总硬度超标面积为312.6km²，其中总硬度＞550 mg/L的高含量地区主要分布于城市中心及南部地区(见表2)。

表2　北京市地下水硬度超标地区的面积变化 年份 20世纪40年代 1961年 1974年 1984年 1997年 面积(km²) 13 102.53 176 253 312.6

　　硝酸盐氮是另一超标指标，总超标面积为146.8km²，其他化学成分如硫酸盐、氯化物、亚硝酸盐、氨氮、溶解性总固体、COD等都有不同程度的超标。此外，在各个等出水量区分别取样(一般取施工降水)进行水质分析的结果如下：COD较低，硬度和硝酸盐偏高。西北部水的硬度较低，一般为300～400 mg/L左右，东南部水的硬度较大，一般在500 mg/L以上。居民生活区的硝酸盐含量＞3 mg/L，而离开市中心的四环外地区硝酸盐含量＜2 mg/L。居民集中的地区磷含量为2.0 mg/L左右。对照生活杂用水标准可知，浅层地下水除部分地区硬度超标外，基本上可以满足生活杂用水的要求。

4　合理开发浅层地下水

　　浅层地下水是由降雨入渗、灌溉入渗、山前侧渗、河道侧渗等多种补给而形成的一种具有可恢复性的资源。其补给量的大小与它自身状态有直接关系，因此，合理的开采可达到其相应的均衡状态。所谓合理开采，就是要在地下水长期使用中不破坏自然环境的良性循环，在遇到丰枯交替的水文周期内能达到采补平衡。在此前提下，通过人为措施增大可采量，即合理开发浅层地下水包含两个涵义：一是要使地下水在开采中达到采补平衡，二是采取人为措施增大可采量。地下水位有一个最佳埋深，若地下水位埋浅了，不仅会因无效蒸发增大而使采量减少，还易发生土壤盐渍化和渍涝灾害，影响作物正常生长。埋深了，地下水会长期得不到恢复，破坏水资源平衡。因此，合理调控地下水埋深是合理开发地下水的一个技术关键。合理开发浅层地下水的技术措施：一是合理调控地下水埋深；二是增加入渗水源。

5　利用浅层地下水的意义

5.1 合理利用水资源
　　北京市为改善大气环境质量采取了多种手段，其中地面扬尘是造成大气质量下降的主要因素之一。控制地面扬尘的最有效手段是广植草皮、绿地，路面洒水也是很好的方法。无论是绿化还是洒水都需要大量的清水，供水紧张则限制了绿地面积的扩大和洒水频度。另外，灌水不足也是北京地区草坪生长不旺盛、绿色期短的主要原因。绿化、洒水本来不需要优质水作水源，而浅层地下水经简单处理后可以补充用作上述用水。
5.2 有利于盐碱改良
　　浅层地下水埋藏浅，因蒸发作用盐分积累从而导致土壤的盐碱化。随着浅层地下水的开采，地下水位埋深逐渐增加，这就意味着该地下水蒸发作用不断减弱，同时由于大气降水入渗会促使原堆积在土壤中的盐分减少，盐碱化进度在不断减弱，盐碱地逐步得到改良。
5.3　提高了地下水资源保护能力
　　污染物随着地表水入渗进入土壤包气带后，会产生一系列复杂的物理、化学和生物作用，从而降低污染物对地下水的影响。简言之，土壤包气带与其他环境因素一样有自净能力。这种能力大小，由包气带的岩性及颗粒大小等因素决定，一般用包气带环境容量衡量。土壤厚度大，就延长了污染物在包气带中运移的途径和时间，使得污染物与包气带介质间的作用更充分，结果是提高了包气带的自净能力，增大了它的环境容量，也增大了污染物穿过包气带进入地下水中的途径，提高了水资源保护能力。
5.4　提高了大气降水的可利用率
　　北京的降雨量约为650 mm/a，就是说约有100×10⁸m³/a的水从天而降，但是仅有一小部分渗入地下，绝大部分成为径流排入河道，流出境外。
　　如果充分利用浅层地下水就可以腾出地下水的库容，在雨季能够接纳、蓄存更多的雨水，当然还要配合完善的雨水收集系统。这样做还可以使受到污染的地下水得到置换、净化。浅层地下水位降低导致部分含水层疏干，富余出更大的空间可接纳地表水入渗，减少地下水蒸发，又可以减轻和防止渍涝灾害。实质上，这是另一种形式的开源。

6　结论

　　由于土壤的自然净化作用，浅层地下水比污水、地表水的污染程度低得多，几乎不经处理就可满足某些对水质要求不高的用水。对于一些水质要求较高的用水，只要经过简单处理就可使用，其费用比处理污水要低得多。平原区浅层地下水含量大、取水方便、用水半径小，只要合理开发，就有利于环境改良。
　　北京市政府为改善城市环境，加强了绿化建设，其中在四环路以外拓宽绿化带的建设将对开展浅层地下水资源的研究和解决绿化带灌溉水源问题具有积极意义。无论从经济效益还是从环境效益上看，浅层地下水是一种经济、使用方便的水源，对缓解北京市用水紧张问题具有重要意义。

参考文献：

　　［1］杜时贵.水文学与供水水文地质学［M］.北京：中国地质大学出版社，1995.
　　［2］刘兆昌，张兰生，聂永生，等.地下水系统的污染与控制［M］.北京：中国环境科学出版社，1991.

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　　收稿日期：2000-12-02