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石家庄市水资源现状与展望
石家庄市水资源现状与展望
研究报告
马超段佳付方华周晓玫
(石家庄经济学院工程学院,河北,石家庄,050031)
1区域概况
1.1自然地理概况
石家庄位于河北省中南部,东经113°18ˊ-115°30ˊ,北纬37°30ˊ-38°40ˊ总面积15848km2,地形西高东低。
西部为中低山丘陵区,东部为辽阔的华北平原。
井陉盆地:
位于太行山中段,地形地貌呈西高东低,南部、北部高而中间低,四周山峦叠嶂标高在700-1200m之间,中间为丘陵,最低段为威州固底群泉分布地带,标高在165—190m,呈群山环抱的盆地状态。
井陉盆地地貌形态受构造、岩性、水的物理、化学作用及新构造运动诸因素制约,按成因类型可分为侵蚀堆积、构造堆积、构造溶蚀及构造剥蚀地貌。
平原区:
西依太行山,东为华北平原。
地势西高东低,海拔高程由山前的100m左右下降到东部的30m左右。
地面坡度由山前的1.6—2.5%,下降到1—0.5%,地貌形态为山前冲洪积作用而成的冲洪积扇群,河、湖相沉积而成的山前倾斜平原。
1.1.1气象
本区属温带半湿润、半干旱大陆性季风气候,其特点温差大,四季明显,春季干旱多风沙,夏季干热多雨,秋季凉爽降温快,冬季寒冷干燥少雪。
多年平均气温13℃左右,一月份最低,月平均气温0.6℃左右;7月份最高,月平均气温26℃。
全年极端最高气温42.7℃,最低-26.5℃。
全年无霜期180-210。
多年平均降雨量493mm。
1996-2000年全区平均降雨量为482mm。
其中石家庄市降雨580mm,最大1996年1097mm;平原区平均降雨量为476mm;井陉盆地平均降雨量568mm,最大1996年1032mm。
表1
1996-2000年降水量统计表
年
市县
1996
1997
1998
1999
2000
平均
市区
1097
324
369
512
596
580
辛集
601
200
312
303
473
378
晋州
720
228
315
282
430
395
深泽
838
291
400
320
436
457
无极
650
247
394
327
342
392
藁城
832
220
346
305
423
425
栾城
883
307
322
434
523
494
正定
786
312
324
470
445
467
新乐
813
507
488
346
401
511
高邑
816
244
365
417
626
494
元氏
1086
331
286
322
478
501
井陉
1032
301
343
412
752
568
行唐
652
288
461
470
436
461
平山
1211
301
393
570
710
637
灵寿
777
267
332
429
511
463
赵县
732
284
274
393
562
449
赞皇
897
240
363
421
710
526
合计
14223
4892
6087
6733
8854
8198
1.1.2水文
石家庄市属海河流域,子牙河水系。
平原区河流由北而南主要有:
沙河、滋河、滹沱河、交河、槐河等自西向东南流经本区。
其中滹沱河最大,发源于山西省繁峙县,源远流长,长达540km,流域面积3089km2。
其余河流大部分发源于太行山麓。
自八十年代,大部分河道断流或只在汛期有水。
井陉盆地河流主要有甘淘河、绵河两大河流与横南汇合称为冶河,此外还有金良,小作河等境内小河。
区内主要水利工程有:
岗南、黄壁庄、八一、横山岭水库。
其中岗南、黄壁庄水库最大,库容分别为15×108m3和12×108m3。
黄壁庄水库付坝全长6900m,坝基坐落在滹沱河古道上,无清基,岩层透水性极强。
具有防洪、灌溉、城市供水等多种功能,它对石家庄市及其下游工农业供水具有举足轻重的作用。
此外水利工程还主要有:
石津渠、八一渠、源泉渠、计三渠、灵正渠、群众渠及东西明渠。
其中市区东、西明渠常年流水(主要是市区排放污水),其他渠道及井陉盆地的绵右渠、人民渠均为季节性输水和汛期有水。
此外井陉盆地内尚有小型水库12座,建有塘坝几十座,主要为拦蓄地表水、调蓄洪水为主。
1.1.3水文地质概况
平原区:
根据地形、地貌、沉积物的成因及水文地质特征,将本区划为西部山前冲、洪积平原水文地质区及东部冲、湖积平原水文地质区。
含水层岩性西部以中粗砂、砂卵砾石为主。
厚度一般50-150m;东部平原以细中砂为主,厚度一般100-200m。
根据第四纪沉积规律及水文地质特征,将第四纪含水层分为浅层孔隙水和深层孔隙水含水岩系。
浅层孔隙水含水岩系:
该含水系无稳定隔水层,属潜水-微承压水。
底板深度由山前20m到东部200m,该含水岩系,上下连通好,容易接受补给,富水性较好,单位涌水量一般30-60m3/h·m。
滹沱河冲洪积扇轴部较大,一般大于100m3/h·m。
该含水岩系是本区主要富水岩层,也是目前主要开采利用的含水岩系。
深层孔隙水含水岩系:
属承压水性质。
该含水岩系上段(Q2)底板埋深由山前的60m,曾至东部的400m以上。
含水层岩性为砂卵石、砂砾石,向东渐变为中粗砂、中细砂。
岩层厚度一般20-60m,单位涌水量一般10-30m3/h·m。
滹沱河、沙、滋河冲洪积扇主体部位岩层厚度大于60m。
滹沱河冲洪积扇轴部单位涌水量大于60m3/h·m。
该含水岩系下段(Q1):
底板埋深,山前140m左右,向东增至580m左右,含水岩性:
冲洪积区为砂卵石、砂砾石,冲湖积区为中粗砂、中细砂。
含水层厚度:
一般60-80m。
单位涌水量:
10-60m3/h·m。
井陉盆地:
根据区内地层富水性、透水性及隔水性等因素,将其划分为含水岩系和非含水岩系两大类型。
含水岩系:
主要赋存在第四系松散岩类孔隙水和寒武系、奥陶系碳酸盐类裂隙水。
第四系松散岩类孔隙水主要分布于绵河、甘陶河、冶河河漫滩及一级阶地上。
主要含水层岩性:
砂卵石、砂砾石及粗砂,单位涌水量一般1-20m3/h·m。
威州泉群主要是穿过该岩层出露,泉群水量丰富,单位涌水量可达40m3/h·m。
寒武系、奥陶系碳酸盐类裂隙岩溶水主要分布于中奥陶、下奥陶亮甲山组,冶理组与上寒武统,中寒武统张夏组。
岩溶较发育,形态多以溶隙、溶洞、溶孔出现。
主要岩性:
自上而下为灰岩、白云质灰岩、燧石条带白云岩、泥质白云岩、叶竹状灰岩及鲕状灰岩。
单位涌水量一般5-20m3/h·m,最大达250m3/h·m。
另外在本区北部和东南部边缘地带,分布有前寒武变质岩类风化裂隙水,区内泉水点较多,富水性差,单位涌水量一般小于1m3/h·m。
非含水岩系:
主要为第四系更新统红色黄土和石碳、二迭系、下寒武统徐庄组、前寒武系的页岩、片麻岩、浅粒岩、蚀变安山岩。
地下水的补、径、排:
平原区地下水的补给来源主要是大气降水、河渠渗漏、农田灌溉回归和西部山区侧向补给,地下水流向:
自西北流向东南,石家庄市城市受地下水位降落漏斗控制,地下水由周边流向中心。
水力坡度自西向东为4-0.5‰。
地下水的排泄形式主要是人工开采,其次是侧向流出及潜水蒸发。
井陉盆地地下水的补给来源主要是大气降水和河、渠入渗;地下水径流:
受盆地隔水底板起伏的控制自盆地边缘向中心汇集,形成盆地中心岩溶大泉;水力坡度在补给区一般1.5-5‰,排泄区0.6-1‰。
1.1.4经济地理概况
石家庄市是河北省省会,是全省政治、经济、文化和信息、科技中心。
市区面积254km2,人口166.8万人。
撤地设市后辖17个县、市域总面积15848km2,人口889万人。
其中平原区面积6976km2。
石家庄市是一座以轻纺、制药、冶炼、石油化工、机械、电子为主的新型工业城市。
市内有全国著名的新华集贸中心和南三条小商品批发市场,成为华北地区最大的商品集散地。
另外,区内晋州的布匹市场、辛集的皮革业、鹿泉的建材和正定的旅游业等均在国民经济中占有重要地位。
区内有京广、石太、石德铁路穿越;公路有107、307、308国道和京深、石太高速公路;空运有石家庄飞机场。
石家庄市已成为全国铁路、公路重要的交通枢纽。
得天独厚的优越条件,为石家庄市的经济高速发展,提供了可靠的保证。
到九五期末已经形成以制药、电子、焦化、机械、石油化工、食品、通讯等支柱产业竟相并立,互为依托战略格局,并向规模型、超大型经济发展。
工业总产值由1986年的77.6亿元,增加到1990年的230.1亿元、1995年的382亿元,到2000年国民总产值达到1001亿元,较1995年增加。
石家庄市总耕地面积591260ha,主要农作物:
小麦、玉米、棉花及杂粮、油料等。
农村经济改革使农业基础地位进一步得到巩固和提高。
农业机械化的加快实施和科技农业以及种植、养殖业的结构调整极大的促进了农村经济的快速发展。
农林牧渔业总产值由1990年的32.5亿元,增加到2000年的275亿元,增加7.6倍。
井陉盆地受条件限制经济比较薄弱,但近些年来,由于改革开放,多种经营发展较快,尤其是建材行业。
全部工农总产值由1995年的28亿元增加到2000年的48.4亿元。
农林牧渔由5.7亿元增加为7.1亿元。
1.1.5水资源利用情况
平原区:
区内农业用水主要开采地下水。
只在鹿泉境内和正定北部利用源泉渠、计三渠、灵正渠灌溉,东部的晋州、辛集及东南部赵县部分利用石津渠地表水浇地或井渠双灌。
其他的区均采用地下水。
石家庄平原区1996-2000年总用水量为1131016×104m3,其中农业仅为841114×104m3,占总用水量的74.4%。
平原区水浇地面积522498ha。
灌溉方式主要为大水漫灌方式,浪费量严重。
随着节水意识的加强和农村经济、技术力量的提高,近几年喷灌、滴灌和地膜覆盖等节水灌溉方式逐步得以利用和推广,但范围有限。
井陉盆地:
井陉盆地的小型水库、塘坝和前述水利工程设施加上大口井、深机井等,现状条件下年总供水量25000×104m3。
盆地内以地表水为主,地下水次之。
现状条件下地表水约为23650×104m3。
地下水主要用于工业和生活。
1996-2000年地下水总开采量为31120×104m3。
现状条件下地下水年开采量6479.0×104m3,其中工业年开采量为3958×104m3,农田灌溉为701×104m3,农村生活年用水为1820×104m3。
2、水资源现状
石家庄属于资源型缺水地区,石家庄市是全国35个严重缺水的城市之一。
石家庄地区水资源总量为23.5亿立方米,需水量为32.81亿立方米,近10亿立方米的差额靠超采地下水维持,人均水资源量为258m³,为全国人均水资源量的1/8,比以缺水著称的以色列还少,按国际公认的评价贫水的定量标准,属绝对贫水区。
2.1地表水
石家庄属于海河流域的子牙河水系,滹沱河为主要河道,滹沱河为区内的主要河流,1959年前该河常年有水,自1959年上游修建岗南、黄壁庄两座大型水库后,受人为控制和气候干旱等因素影响,一般仅在丰水年或水库放水时才有水流通过,其特点是过水时间短、流量大。
据水利部门提供的1970-1997年径流量资料,多年平均径流量为1.3648×108m3,最大径流量为9.7634×108m3(1988年)。
石家庄目前建有大型水库4座,总库容31.3亿m³;中型水库8座,总库容约3.14亿m³;小一型水库35座,总库容0.916亿m³。
所有河道除雨季外,大多数处于干涸状态;市区地表水主要有民心河等景观工程,以及东、西明渠两个排污渠,其他再无地表水存在;地表水蓄量严重不足,远不能满足工农业生产发展的需求。
按国际通行惯例,地表水利用率超过20%,对生态环境开始有影响,超过40%产生严重影响。
石家庄已远远超过这个界限,所造成的生态环境问题是触目惊心的。
2.2地下水
2.2.1地下水位年变化过程
无论是山区,还是平原、城市,地下水位动态都有一个共同的规律:
即地下水位随开采量及补给来源而发生变化,同时开采量和补给量又决定地下水位的变化幅度。
每年3-4月份春灌开始,地下水位由年最高水位开始下降;4-6月份开采量增加,地下水下降速度加快,直至雨季来临前降到最低值。
雨季由于停采或相对减少及汛期降雨补给,水位由下降转为回升,其间由于秋播和冬灌,农业灌区呈现小幅度的水位波动,然后水位一直回升到下年的1-2月份,达到最高值。
而后,又开始了下一个水文年的水位变化周期。
低、高水位出现时间:
低水位期,平原、山区一般在6月底、7月初;城市一般在8月中旬。
高水位期,平原、山区一般在年末,城市一般在第二年1-2月份。
由于近些年干旱少雨,水位下降幅度大,导致高水位期在平原、山区推迟1个月左右;城市推迟2个月左右至持续下降形势。
2.2.2平原区地下水水位动态
地下水动态类型的形成是多种因素综合作用的反映,在多种因素中某一种因素占主导地位,降雨则对各种动态类型成因均有密切相关关系,本区地下水位可分为如下动态类型:
(1)降水入渗——农业开采型
广泛分布于井灌及井渠双灌区,系平原区主要地下水位动态类型。
其基本特征:
春灌开始,水位大幅度持续下降,到汛期,由于降雨和停采水位开始急剧上升,并持续到9月份,以后由于农业区开采量减少,加之秋灌、冬灌影响呈缓慢上升并延续到来年春季。
(2)侧向补给——工业开采型
分布在石家庄市地下水水位下降漏斗及辛集等集中开采区,其水位变化受城市开采量的控制。
高水位一般出现在12月份或来年的1-2月份,该时段由于天气寒冷、用水量不大,水位处于稳定期。
以后随天气渐暖,开采量逐渐增加,地下水水位随之大幅度下降。
到9月份以后天气渐凉,地下水开采量减少,地下水位逐渐得到回升。
(3)河渠水渗漏补给型
主要分布在渠灌区及河流两侧地带。
其特征为地下水位变化过程主要受河渠水控制;常年流水渠道(污水渠)两侧地下水位平缓、变幅小;季节性河渠两侧地下水位反映灵敏、急剧、变幅大,并且变化幅度受流量控制。
河渠水渗漏对地下水动态影响是主要的,而降雨、农业开采是次要的。
(4)水库渗漏补给型
主要分布在黄壁庄水库坝下地带,面积较小。
该类型地下水位和库区水位历时曲线基本一致。
其基本特征为:
由于受上年降水影响,2-3月份库水位达到最高值,地下水水位随后也达到最高值。
由于春灌,水库水减少,地下水位受库水位急剧下降影响而大幅下降。
汛期水库水由于降雨补充,水位抬升,地下水位也得到较快的回升。
因此水库水位是影响该地下水类型的主要因素,而降水和开采则是次要的。
由于水库常年有水,补给源充足,地下水变幅较小,
(5)径流、越流补给开采型
主要分布在平原区中部各县,为深层承压水的一种动态类型。
该类型地下水除受本含水层开采影响,亦受浅层开采和降雨影响,补给来源主要是侧向径流和越流补给。
其特征为春灌开始,水位明显下降直至汛期,汛期及其以后由于开采量减少,在侧向径流和越流补给作用下,地下水得到补充,水位呈缓慢上升趋势,并一直延续到下年春灌。
由于该类型水受浅层水影响,与浅层水动态特征较相近,只不过由于水位埋深大,补给时间长,上升期时间略晚于浅层水的上升时间。
(6)径流补给——径流排泄型
分布在栾城、赵县一带,为未开采的深层水。
六七十年代,多呈自流形式。
该动态类型水位变化与开采及降雨关系不密切。
地下水补给源较远,主要来自山区侧向径流补给。
在径流排泄条件下,全年地下水位始终呈缓慢持续下降状态。
说明地下水开采量较小,储存量在慢慢消耗。
2.2.3地下水位埋深概况
(1)平原区浅层地下水位埋深现状
平原区浅层地下水位埋深总的变化趋势是自西北向东南由浅变深。
水位埋深小于20m的浅埋区分布在滹沱河上游地区,平原的沙滋河流域及西部山前地带,面积为1613.74km2;水位埋深20-30m的区主要分布在滹沱河的中下游地区,平原的栾城县及藁城市南部、晋州中部地区,面积为2657.66km2;水位埋深大于30m的区主要分布在元氏县的平原地区,赵县中部、晋州南部及辛集市大部,面积为2369.02km2;水位埋深大于40m的区主要分布在辛集的南部地区及高邑县后庄头一带,面积为335.71km2,全区最大水位埋深辛集市王口达60.40m。
石家庄市区由于受地下水位降落漏斗控制,地下水位埋深由周边地区向中心地带逐渐增大。
一般为30-40m,其中印染厂-柏林庄-赵陵铺-东古城一带大于40m,面积为38.63km2。
漏斗中心水位埋深42.28m。
表2浅层地下水位平均埋深多年变化表单位:
m
县、市
1975年
1980年
1985年
1990年
1995年
2000年
石家庄市
8.9
5.76
21.64
29.73
39.13
35.63
辛集
10.21
6.30
11.47
16.05
20.46
25.03
藁城
9.59
9.09
14.38
17.51
23.53
26.38
晋州
12.11
10.92
15.31
19.38
25.80
30.01
新乐
8.33
7.14
11.22
9.91
11.72
16.66
鹿泉
6.40
9.74
9.55
11.17
13.90
正定
7.32
8.44
14.53
18.02
28.66
23.53
高邑
9.48
14.58
19.02
25.78
28.27
35.82
赵县
13.56
13.69
18.07
22.47
28.24
33.46
元氏
11.56
13.06
16.09
22.98
29.19
30.64
无极
7.40
9.98
12.12
14.14
18.01
20.52
深泽
7.93
8.60
11.88
13.44
21.04
23.46
赞皇
17.08
18.98
24.88
栾城
12.36
9.11
12.64
18.34
22.72
24.27
行唐
6.95
5.08
10.79
10.83
12.34
12.72
灵寿
6.25
16.61
平均
9.62
10.41
14.86
18.62
22.99
25.76
(2)低、高水位期水位埋深
低水位期地下水位埋深:
平原区浅层地下水平均水位埋深28.24m。
石家庄市区平均水位埋深33.92m;平原区深层地下水平均水位埋深32.20m。
高水位期(年末):
平原区浅层地下水平均水位埋深25.68m。
石家庄市区平均水位埋深33.89m;深层地下水平均水位埋深27.52m
低水位期与高水位相比:
平原区浅层地下水由于连续几年干旱低水位期比高水位期水位埋深低2.56m。
石家庄市区由于1996年丰水年迟后补给和2000年滹沱河弃水,加之开采量减少等原因,导致低水期比高水期水位埋深高出0.02m;深层地下水由于富水性差,加之气候干旱,水位难以恢复,低水位期比高水位期水位埋深低4.68m。
(3)深层地下水位埋深现状
平原区深层水水位埋深变化特征与浅层水基本一致。
即由西北往东南埋深逐渐加大。
一般水位埋深15-35m,其中大部分地区为20-30m。
水位埋深20-25m,主要分布于藁城北部、无极西北部,深泽城关等地区,面积为596.54km2;水位埋深25-30m的区主要分布赵县东北部,藁城东部、南部,晋州中部,深泽南部等地区,面积为1832.25km2。
水位埋深大于30m的区主要分布在晋州南部,辛集市大部地区,面积为1785.43km2。
其中辛集市区以南及高邑后庄头一带大于40m,面积为535.53km2。
2.2.4地下水水质
浅层地下水水质:
(1)地下水化学类型
本区平原浅层水水化学类型分带较明显,自北部和西部山前冲洪积扇顶部至东部平原水化学类型由单一到复杂,水质由好变差,主要化学类型有HCO3-Ca型水、HCO3SO4-CaMg型水、HCO3-CaNa型水、HCO3-CaMg型水和HCO3SO4-Na型水等。
HCO3-Ca型水:
主要分布在行唐、新乐及无极、正定北部地区。
地下水补给源充足,径流条件好,故保持天然状态水。
HCO3SO4-CaMg型水:
主要分布在滹沱河两侧。
其成因是,阳泉、井陉煤矿硫酸型水通过黄壁庄水库坝下渗漏、滹沱河地表水入渗,使地下水硫酸根离子增多形成该类型水。
HCO3-CaNa型水主要分布在元氏、高邑县境内。
其主要原因为该地区含水条件差,水交潜能力弱,导致水中盐份增多。
HCO3-CaMg型水:
主要分布在栾城县东部赵县、晋州、无极县南部、深泽县等地区。
其成因是该地区径流条件差、盐份积累使HCO3-CaMg型水分布面积逐年扩大,并且成为平原区面积最大的地下水类型。
HCO3SO4-MgCaNa型水:
主要分布在晋州东部、南部的小樵-南白滩-总十庄一带。
HCO3SO4-Na型水:
主要分布在辛集的东部、东北部、南部的张古庄-辛集县城-子曰庄一带,呈长条状。
其成因由于该区蒸发强烈,径流条件差,水位下降,盐分积累使水质变差。
此外,其他类型水还有SOHCO-Na型水分布在辛集南部的东陈庄-大李庄一带。
ClSO4-NaCa型水分布在王口一带。
石家庄市区地下水类型在和平路以南、裕华路以北为HCO3Ca型水。
由于地下水径流条件好,水交替能力强,地下水质仍保持天然状态;裕华路以南为HCO3Cl-CaMg型水,主要为生活、工业污染所致,面积为233.0km2。
ClHCO3-CaMg型水,成点状、岛状分布,主要为工业“三废”污染,面积为6.2km2。
SO4-Ca型水,主要分布在高营一带为电厂排灰场粉煤灰所污染。
(2)浅层地下水水质
平原区浅层地下水水质状况如下:
Ⅰ类(优良)水:
主要分布在新乐东长寿和东部的深泽城关—辛集张古庄一线,面积54.5km2,占评价区面积0.8%。
Ⅱ类(良好)水:
主要分布在平原的绝大部分地区(除去Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ类水均是Ⅱ类水)面积为6481.8km2,占评价区面积的96.5%。
Ⅲ类(较好)水:
平原区浅层地下水质量分级没有出现Ⅲ类水。
Ⅳ类(较差)水:
主要分布在栾城北部的冶河、正定的韩家楼、藁城的塔头、晋县的总十庄、赵县的沙河店等处及辛集市的张家庄,面积为121.0km2,占评价区面积的1.8%。
该类水主要是冶河、塔头、韩家楼亚硝酸、总十庄挥发酚、沙河店氨、汉口张家庄则是氯化物硫酸盐超过Ⅲ类水标准。
Ⅴ类(极差)水:
主要分布在栾城西部的豆妪南陈村及辛集城南的东陈庄等地带,面积60.7km2,占评价区面积的0.9%。
该类水主要是南陈村硬度,豆妪硬度、矿化度、氯化物及东陈庄硫酸盐、硬度超过Ⅲ类水标准严重,为综合超标。
深层地下水:
平原区深层地下水质量分级没有出现Ⅰ类水,也没有出现Ⅴ类水。
Ⅱ类(良好)水、Ⅲ类(较好)水:
为平原区深层水的绝大部分地区,面积为4186.5km2,其中Ⅱ类(良好)水面积4161.5km2,占深层水评价区面积的98.8%。
由此可见平原区深层地下水绝大部分地下水水质良好。
Ⅳ类(较差)水:
仅出现在辛集东部的大李庄一带,面积27.5km2,占评价区面积的0.6%。
该类水主要是硫酸根离子超过Ⅲ类水标准严重。
2.2.5地下水的使用管理
石家庄工业用水主要靠抽取地下水,目前市区内共有自备井用户250多家,水井分布比较分散。
以前对自备井取用水情况的管理基本采取人工抄表办法,每月都是用户单位自报取用水
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