海河平原的概述

沿太行山山足有一列大小不等的扇形平原：主要有北京所在的永定河扇形平原，石家庄所在滹沱河扇形平原和唐山市所在的滦河平原。

北京所在正是永定河扇形平原的中心。扇顶在三家店附近（90米），到通县（25米）降低，扇形平原半径60～80公里。今天北京市区河渠都是引自永定河和东北面的温榆水，河道呈扇形放射状水系。如按北京饭店下古树年龄为12,000多年计，平原加积速度为每年淤高1.33厘米，古河床呈沙岗（地上河形），现存在7条，扇面上河流善变，故古代有“无定河”之称（1651年前），计1698～1864年的166年间共改道16次。固安以下海拔降为20米，有利于运河的开筑。

石家庄所在的滹沱河扇形平原是由滹沱河冲积而成的，该河在汉代以前曾是独流入海的。由于河源于山西黄土高原，河水带来大量黄土，故河床在扇形平原上也成“悬河”，今天古河床所成岗地也高出平原4米之多。扇顶在平山（海拔120米），到鹿束降为25米，扇半径110公里，北到定县，南达高邑，河道在扇面上放射分流，北流青县入海，或南入晋宁泊，或东北入文安洼（狐狸淀处）。计同磁河、沙河小扇形平原，合成一大的太行山东麓山足平原。它的扩大，也是迫使黄河向东迁移的原因。在扇形平原间低处，往往又在石灰岩区出现自流泉水，因为太行山东侧为古生代石灰岩山地，大量地下水在山足涌出，著名的邢台百泉，邯郸的黑龙洞泉都是例子。邢台百泉灌区面积今天更达40多万亩，主要泉眼有百泉、葫芦套、狗头、黑龙潭、珍珠、达活、紫金等泉。泉眼涌水量每小时达500吨以上。 海河平原在海岸上形成了另外一种地形格局，这里不少海湾形成的泻湖和泻湖干涸形成的洼地。平原地面上又可见断续相连的贝壳堆积所成的沙堤，表示古代海岸线所在的位置。如今天由天津到塘沽海口，即有四条贝壳沙堤保存，就是海岸不断向海推进的结果。

海河平原沿海即为海岸平原了。南大港、北大港即为贝壳堤后的泻湖所成洼地。天津在古代是个海滨区，因为在育婴堂到同居镇即有一条半埋藏地下的贝壳堤存在（4,500年前）。天津东面巨葛庄贝壳堤的年代，用C14测得为8,400±115年，在白沙岭和泥沽又有一条2,200年的贝壳堤，其上有战国时代文物；在海岸上还有一条贝壳堤，有唐、宋以后文物出土。

四条海岸线表示四个清水时期，因为贝壳要求水质较清才能生长，贝壳堤则要求有波浪作用的浅海环境，象今天那样浅水泥滩是不能产生较大波浪动力，把贝壳堆高成堤的。换句话说，这四个时期，黄河不在这里入海。黄河在大禹时是北入海的，故第一条堤可能是大禹治水前的。沿岸一条则显然是黄河南迁后所成了，而第三条堤也说明这时黄河不在此地入海，即说明秦汉时黄河已在山东入海或更南下淮河入海了，这和历史记载相符合。只第二条贝壳堤表示殷商时水清还未有黄河在此入海。

王金哲1　母海东2　梁爽2

（1中国地质科学院水文地质环境地质研究所，石家庄，050061；2河北省环境地质勘查院，石家庄，050021）

摘要　本文通过分析多年来海河平原三级区平原地下水开发利用状况，展示了深、浅层地下水位与地下水开采系数之间的互动关系，以及地面沉降与开采系数之间的关系，评价了三级区典型平原疏干时限性特征，客观展现了维持现状开采条件下研究区地下水资源开发利用的暗淡前景。

关键词　海河平原　开采系数　地下水位　地面沉降　开发利用

近50年来，海河平原山前大规模拦蓄地表水和平原区无节制开采地下水，再加上全区普遍降水量减少，造成地下水河道干涸、泉群断流、局部含水层疏干等一系列危害性的环境地质效应。地下水是社会经济发展的基石，是社会经济发展的战略资源，已经出现的这些环境地质问题无疑对海河平原社会经济发展造成了一定程度的制约。本区地表水缺乏，补给资源紧缺，靠自身能力不可能使超采几十年的地下水环境得到修复，南水北调是缓解环境地质问题危害和保障地下水可持续利用的惟一途径。南水北调客水资源引来前，由于经济发展对水资源的需求，本区地下水资源将不得不继续透支。2010年随着客水资源的引入，地下水功能的各项指标将得到恢复和改善。但未来几年，研究区地下水的开采前景如何？正确评价这一问题，将对本区地下水资源的开发利用提供警告性科学依据。

1　研究区概况

海河平原包括北京市、天津市、山西省、河北省、河南省和山东省的海河流域平原区，面积129016km2。三级区平原包括冀东沿海平原、北四河平原、淀西清北平原、淀东清北平原、淀东清南平原、滹滏平原、滏西平原、漳卫平原、黑龙港平原和运东平原。本区发育多条河流，自山前大规模拦蓄后，这些河流大多成季节性河流或断流，研究区的水资源利用几乎完全依赖地下水。本文以1985～1998年作为研究期，以其多年平均消耗量作为衡量现状开采程度的尺度。

2　海河平原地下水资源消耗过程

海河平原浅层地下水的大量消耗，始于20世纪60年代的扩大开采阶段，而深层地下水的大量消耗始于20世纪70年代的大力发展阶段，环境地质问题集中发生在超采阶段。

从地下水储量消耗的历史看，海河平原地下水储量消耗的演化过程，基本反映在三个阶段：

（1）1958～1975年为储量消耗逐渐增加阶段。在该阶段，随着研究区地下水开采量的逐渐增大，地下水消耗储量逐渐增加，浅层地下水的累计消耗储量145.5×108m3，平均年消耗储量9.1×108m3，低于1958～1998年研究期的均值（12.1×108m3）24.7%。深层地下水17年平均消耗储量4.6×108m3/a。

（2）1975～1985年为地下水储量被大量消耗阶段，10年间的累计消耗储量138.4×108m3，平均年消耗储量13.8×108m3，大于研究期均值14.6%。深层地下水平均消耗储量16.34.6×108m3/a。

（3）1985～1998年为严重超采消耗阶段，消耗储量强度明显增大，其中13年间消耗储量187.3×108m3，大于研究期均值14.6%。深层地下水13年平均消耗储量14.6×108m3/a。

3　海河平原地下水开采引发的效应

海河平原地下水的超采引发了严重的环境地质问题，地下水水位降落漏斗、地面沉降、部分含水层疏干等都给人类带来危害和不便。淀西清南平原、滹滏平原、滏西平原和漳卫平原是浅层地下水开发利用的典型地区，其间分布有保定漏斗、石家庄漏斗、宁泊隆漏斗和邯郸漏斗及其严重超采区。目前，这些漏斗已经联合成片，面积超过4×104km2。另外，海河平原普遍存在地面沉降问题，地面沉降已经成为海河平原的一大环境地质问题。据河北省监测总站调查，目前在太行山前平原也存在一定的地面沉降。在上述地区，若维持现状开采条件下继续开发利用浅层地下水资源，地下水水位埋深将不断增大，水位降落漏斗面积、严重超采区面积和含水组疏干面积将加剧向纵深扩展。通过下面海河平原典型三级区平原开采系数与浅、深层地下水位和地面沉降的关系图，客观展现了海河平原地下水开采对地下水环境产生的效应。

3.1　地下水开采与浅层地下水水位下降的关系

根据海河平原三级区典型平原1985～1998年下降率/（m·a-1）的浅层地下水平均开采系数和平均下降速率的关系（图1），平均开采系数越大的典型区，浅层地下水位下降速率越大。海河平原浅层地下水开采程度较大地区集中在山前平原区，其中滹滏、滏西和淀西清南平原开采系数地区，大于研究区均值（研究区1985～1998年平均开采系数均值为1.27），分别为1.869、1.619和1.676。这些地区地下水超采引起的区域性地下水位下降速率也就较大，分别为0.85、0.34和0.48m/a。其他三级区浅层地下水的消耗程度相对较小，但也只有冀东沿海、北四河和淀东清北平原处于开采基本平衡，剩余三级区都为超采状态。浅层地下水平均下降速率最小值为淀东清北平原的0.125m/a。

图1　海河平原浅层地下水平均开采系数与水位平均下降速率关系

3.2　地下水开采与深层地下水水位下降的关系

根据1985～1998年海河平原深层地下水平均下降速率与平均开采系数的关系（图2），深层地下水开采系数越大的三级区平原，地下水位下降的速率越大。深层地下水消耗程度较大地区主要集中在中东部地区，例如淀东清北平原、黑龙港平原和运东平原，这些分区的地下水开采系数大于研究区均值（海河平原1985～1998年深层地下水平均开采系数为1.61），分别为2.36、2.5和2.0，相应的平原区地下水位下降速率为1.96、2.63和1.97m/a。其他三级区深层地下水的开采系数相对较小，介于0.8～1.95之间，水位下降速率介于0.27～1.89之间。

图2　海河平原深层地下水平均开采系数与水位平均下降速率关系

3.3　地下水开采与地面沉降关系

海河平原的地面沉降十分严重，目前已发展成7个沉降高值区，即：沧州、任丘、霸州、廊坊、衡水、南宫、肥乡。其中，沧州沉降区中心累计沉降量大、范围广，现状年中心累计沉降量超过1800mm。

海河平原三级区淀西清南平原的保定漏斗区地下水开采量与沉降中心累计沉降量和漏斗中心水位埋深的关系如图3所示。

图3　保定沉降区沉降量与水位、开采量关系

1975～1979年随着地下水的消耗量逐渐扩大和深层地下水的大规模开采，在沧州、保定、衡水、任丘等地下水位降落漏斗区出现地面沉降。1979～1983年，海河平原地下水的开采量继续增加，整个中东部地区都开始了地面沉降，山前平原和中部平原漏斗区沉降中心的下降速率随着地下水位埋深的增大开始增加，沉降中心的平均下降速率7.8～47.3mm/a。1983～1988年，地下水的开采量虽然有所减少，但由于地下水入不敷出，静储量的消耗造成地下水位埋深的进一步加大，沉降中心的地下水位埋深和沉降量开始加速，沉降速率达到33.6～8.3mm/a。截止到1985年，海河平原累计地面沉降量大于500mm的面积达到数十平方千米。1988～1995年地下水开采量有所下降，但是，由于深层地下水资源的范围不断扩展，地下水位埋深保持增大趋势，地面沉降量则仍然呈上升趋势。截止到1995年，海河平原地面沉降大于500mm的面积达到1.37×104km2。1995年以来，地下水的开采受到限制，同时随着地层的不断压密，地面沉降速率开始减小，地面沉降量的增加态势减缓。

4　海河平原地下水开发利用前景

4.1　可利用资源现状

现状年，海河平原浅、深层地下水资源开采程度都已经超过120%，属于严重超采，浅层、深层地下水的盈余量都为负值，地下水开采潜力十分有限。见表1。

表1　海河平原三级区地下水可利用资源量　单位：108km3

4.1.1　浅层地下水可利用资源

从表1可见，在海河平原三级分区中，浅层地下水可利用资源主要分布在山前平原，如滹滏平原、漳卫平原、淀西清南平原，约占海河平原浅层地下水总可利用量的62%。位于海河平原的中东部的三级分区，浅层地下水可利用资源较少。如淀东清北平原，浅层地下水可利用资源仅为3.4×108km3；淀东清南平原，浅层地下水可利用资源为4.7×108km3；黑龙港平原，浅层地下水可利用资源为6.4×108km3；运东平原，浅层地下水可利用资源为1.7×108km3。

4.1.2　深层地下水可利用资源

由表可知，在海河平原三级分区中，淀东清南平原、滹滏平原和黑龙港平原的深层地下水可利用资源较大，分别为3.3×108km3、2.2×108km3和2.8×108km3。山前其他分区平原中，例如淀西清北平原、淀西清南平原、滏西平原和漳卫平原深层地下水可利用资源均较小，一般在1.0×108km3。

4.2　警告性预测

根据警告性预测方法，采用1975～1998年多年平均储量消耗量和1985～1998年多年平均超采量作为预测单位时间（年）消耗储量。分别以浅层地下水储量和深层地下水弹性储量完全疏干作为警告性预测目标，分析在现状开采和补给条件下疏干地下水储量的时限性特征。海河平原总体来说，浅层地下水储量可持续消耗时间是有限的，疏干时限性评估指标介于78～154年，评估较小的三级分区有：漳卫平原72～92年，滏西平原75～95年，黑龙港平原31～106年，滹滏平原49～123年，运东平原47～209年；性评估指标较大的三级分区有：淀东清南平原235～289年，淀西清北平原180～271年。

海河平原深层地下水弹性储量疏干时限性评估指标为10～15年，处于前景暗淡状态，评估指标较小的三级分区有：黑龙港平原为8～11年，淀东清南平原10～12年，运东平原9～24年，淀东清北平原15年；评估指标较大的三级分区有：淀西清北平原为25～130年，淀西清南平原19～68年，滏西平原9～22年。

5　结论

总体看，海河平原地下水开采程度较高，超采疏干时间非常短暂，浅层地下水储量疏干时限性评估指标为78～154年，深层地下水弹性储量疏干时限性评估指标为10～15年。海河平原地下水的开发利用形势已很严峻，为保证本地区的生活稳定和社会经济发展，在研究区缺乏地表水的情况下，仍然要消耗一定的、有限的地下水静储量，特别是深层地下水储量。在可预见的以后几年，本区降水量不会有太大的变化，本地区的人口和经济结构要求的需水量在没有其他外来水源的替代下，也不会有大的浮动。如此，在维持现状开采条件下，海河平原的地下水资源紧缺状况没有大的改观，地下水的开发利用前景将不容乐观。

改善海河平原地下水的现状不是短时间内能够做到的，而且靠海河平原自身来完成涵养地下水资源、修复生态和环境功能是不可能的，需要区内水资源高效利用和外流域调水双管齐下。在区内，针对海河平原区域降水的不平衡特点，充分利用平原区的河道和河网，进行区内调水，在最大可能发挥地表水效益的同时，减少地下水的开采；充分利用山前平原疏干含水层的地下空间，地下水与地表水联合调度，实现雨洪水资源化；中东部地区的咸水和微咸水的利用在农业和工业方面已经开始占据一定比例，但还有很大的潜力，尤其沿海地区的海水利用，应继续开发咸水、微咸水和海水的利用方向；污水资源化也已经受到重视，但目前海河平原水的重复利用率还很低，有待继续提高。在区外，南水北调是解决海河平原水问题的有效途径，在高效利用地表水的同时，减少地下水的开采，使水资源和水环境得到涵养和修复。

海河平原水资源紧缺的状况还将依然存在，而且还将继续扩展，社会各个环节都应把节水放到首位，自然规律既然是不可改变的，那么就约束人类自己的活动，把地表水和地下水协调利用，抓住南水北调的机遇，全面修复海河平原水系统能力[1]。

参考文献

[1]张光辉等.海河流域平原地下水演变与对策.北京：科学出版社，2004.

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