摘要: 长久以来，地下水一直是呼和浩特市唯一的供水水源。在大规模集中开采和水利工程建设等人类活动的影响下，呼和浩特盆地地下水系统发生了明显的变化，产生了区域地下水水位持续下降，深层承压水降落漏斗不断扩展等地质环境问题。研究地下水系动态、地... 展开 长久以来，地下水一直是呼和浩特市唯一的供水水源。在大规模集中开采和水利工程建设等人类活动的影响下，呼和浩特盆地地下水系统发生了明显的变化，产生了区域地下水水位持续下降，深层承压水降落漏斗不断扩展等地质环境问题。研究地下水系动态、地下水流场演化特征在人类强烈的开采活动下的响应过程和特征及其不同开采条件下地下水动态响应的数值模拟预测，将为解决呼和浩特盆地地下水可持续利用问题提供科学依据，同时对于正在实施的《内蒙古地下水保护行动计划》具有重要的指导意义。 地下水动态在人类活动的影响下不断演化，演化过程也受到地质因素的制约。本文首先从水文地质条件研究开始，利用研究区内已有钻孔资料，结合钻探和物探方法，确定了整个研究区内淤泥质粘土层的空间分布范围。并且以淤泥质粘土层为标志，将研究区内第四系含水层系统划分为单一结构含水层系统、浅层含水层系统和深层承压含水层系统。三个含水层系统之间存在密切的水力联系。 单一结构含水层系统是浅层含水层系统与深层承压含水层系统的共同的补给源。淤泥质粘土层的空间分布及其可渗透性，对于地下水动态演化过程和特征具有明显的控制作用。浅层地下水疏干区的形成和深层承压含水层中无压区的出现恰好是受到了淤泥质粘土层空间结构影响的结果。地下水动态演化的阶段特征正是在地下水强烈的开采条件下，含水层水力联系变化的具体反映。浅层含水层系统与深层承压含水层系统之间有淤泥质粘土层存在，通过越流发生水力联系。 采用地下水动态监测数据和地下水流场资料，阐述了在人类强烈的开采条件下地下水动态响应特征和控制因素。 根据对研究区近50年来的水资源开发利用变化分析，1979年～1989年以平均每年4.92％的速率增长，到1998年地下水开采量达到2.09×108m3/a，而2010年地下水开采量调查结果是3.62×108m3/a。地下水开采量持续增加，地下水资源超采严重。因此，地下水开采是地下水系统演化的最直接驱动因子。 根据地下水补给来源和补给机制分析，山区沟谷潜流通过侧向径流的方式补给北部山前单一结构潜水、浅层地下水、深层承压地下水。从六十年代开始，研究区周边山区不断新建的截伏流工程，数量由3个增加到现在的35个，引水量达到1700×104m3/a，2005年建成了哈拉沁水库，控制了北部大青山山区70％的流域面积，这些水利工程极大地减少了山区的侧向径流补给量。因此，山区侧向径流补给量的减少是驱动地下水系统演化的另一个重要因素。 从地下水动态的演变规律与机制来看，基于强烈的人工开采水源地井的强烈开采的影响，无论是浅层含水层还是深层承压含水层，地下水动态已经表现出区域性的整体持续快速下降的局势。同时受到开采强度变化的影响，地下水动态在不同地段表现出了一定的阶段性与差异性。 从地下水流场演化过程与特征来看，由于单一结构潜水水位持续下降，低于了上伏的淤泥质粘土层顶板，平原区浅层地下水得不到单一结构潜水的侧向径流补给，城区北部部分区域的浅层地下水已经呈现树干状态，2010年疏干区面积达64.54km2。深层承压水年均下降速率以城区为中心由高到低向外扩展，承压水降落漏斗在漏斗形式和发展模式上经历了由小型漏斗群→区域单一漏斗中心，由垂向发展为主转变为向外扩展为主的演化过程，最终形成了以孔家营村为中心的区域降落漏斗。同时，深层承压水水位持续快速下降，低于了上伏淤泥质粘土层的底板，部分地区承压地下水转变为无压状态，2010年承压水的无压区面积达52.33 km2。 采用GMS地下水数值模拟软件建立了地下水数值模拟模型，在水文地质概念模型的基础上，通过参数识别、流场拟合、水位过程线拟合，完成了模型的识别与验证。依据《内蒙古地下水保护行动计划》制定了地下水开发利用方案，并利用数值模拟模型预测了不同开发利用方案的地下水动态响应。结果表明，按照《内蒙古地下水保护行动计划》中限采量方案实行，地下水资源超采状态没有改变，区域地下水水位仍在持续下降。按照规划目标，以新确定的超采量进行限采后，深层承压地下水和单一结构潜水水位回升显著，漏斗区面积将减小。 最后，从地下水系统演化的主要控制因素和出现的地质环境效应角度出发提出了地下水可持续利用的对策和建议。 从地下水系统演化的主要控制因素和出现的地质环境效应角度而言，严格限制地下水开采量，实现采补平衡，是实现地下水资源可持续利用的最主要措施'同时要对山区水利工程建设进行科学论证，实现山区水资源开发与平原区地下水开采的联合调度，在大青山山前等有利地段进行地下水人工补给'有计划地治理受到污染的浅层地下水，提高地下水开采井施工质量，严格禁止浅层地下水、深层承压水混合开采，防止地下水污染通过开采井污染深层地下水。 随着研究区地下水资源长期处于全区超采状态，可能导致的潜在地质环境问题为地面沉降和深层地下水污染，有关部门应当加强这方面的监测和预警。 收起