北京市泉水监测网的优化设计研究_张院.pdf

doi:10.3969/j.issn.1007-1903.2023.02.004Vol.18 No.02 June,2023第 18 卷 第2期 2023 年 6 月http:/ 100195）摘 要：泉水是重要的水资源，同时具有景观价值和文化价值。随着北京地区泉流量的衰减，泉水对生产与生活、生态与环境的支撑作用有所减弱。大泉名泉断流，景观价值、文化价值消减。为涵养保护泉水资源，恢复生态景观，满足生产生活所需，需要掌握泉水动态变化规律。泉水动态监测能够为泉水资源管理和保护提供及时准确的数据信息。北京现有的泉水监测点仅有10个，不能掌握全市泉水资源量动态变化规律，不能满足地下水管理精度的需求。根据最新泉水调查成果，以掌握泉水资源动态变化规律，维护生态景观，更好地为人民生产生活服务为目的，分析北京市泉水出露的地质条件、分布状况、流量特征、水质特征、开发利用现状等，研究北京市泉水监测网的优化设计。按照全面覆盖、重点突出、继承发展、方便管理的原则，结合泉水实际情况，选取了126个监测泉点，涉及不同的泉水类型，兼顾泉水管理、研究的监测目的，优化组建了新的北京市泉水监测网，形成分布合理、功能完善的北京市泉水监测体系。关键词：北京；泉点调查；地下水资源；泉水动态监测网；优化设计Optimization design of Beijing Spring Water Monitoring NetworkZHANG Yuan（Beijing Institute of Geo-Environment Monitoring,Beijing,100195,China）Abstract:Spring water is an important water resource with significant landscape and cultural values.With the decline of spring flow,the supporting role of spring water on production and life,ecology and environment is weakening in Beijing.Major and fa-mous springs have stopped flowing and their cultural and landscape values have decreased.To conserve and protect spring water resources,restore ecological landscapes,and meet the needs of production and life,it is necessary to understand the dynamic changes of spring water.Dynamic spring monitoring can provide timely and accurate data for spring resource management and protection.There are only 10 existing spring water monitoring points in Beijing,which cannot grasp the dynamic change pattern of spring water resources in the whole city,and meet the precision demand of groundwater management.Based on the latest spring survey results,this article aims to grasp the dynamic changes in spring resources,maintain ecological landscapes,and bet-ter serve peoples production and life.It analyzes the geological conditions,distribution,flow,water quality,and development and utilization of spring water in Beijing,and presents the optimization design of the Beijing spring water monitoring network.Fol-lowing the principle of comprehensive coverage with special focus,inheritance and development,and convenient management,combined with the situation of spring water in Beijing,126 monitoring spring points were selected from different spring types to serve the dual purposes of management and research.A new Beijing spring monitoring network has been designed,optimized and established with reasonable distribution and multiple functions.Keywords:Beijing;spring survey;groundwater resource;spring water monitoring network;optimization design收稿日期：2023-02-26；修回日期：2023-04-11基金项目：北京地区泉水调查（PXM2019_158305_000014）资助作者简介：张院（1979-），女，硕士，高级工程师。主要从事水文地质、地下水资源工作。E-mail：引用格式：张院，2023.北京市泉水监测网的优化设计研究J.城市地质，18（2）：144-152144张院 北京市泉水监测网的优化设计研究http:/ 北京市泉水概况北京市泉水主要分布于山区及山区与平原区交界地带。历史上北京平原区冲积扇前缘存在大量泉，但随着城市的发展，地下水溢出带水位不断下降，平原区的泉逐渐消失（邓辉等，2011）。20世纪70年代后，北京经历了降水补给减少、城镇迅速扩张、地下水大量开采、地下水位不断下降的过程（崔一娇等，2021），泉水动态发生了较大改变，泉流量锐减甚至断流。20 世纪80 年代初，北京市共有在流泉点1 347个，随着生态环境的变化，至2022年在流泉点为880个。泉流量的减少使上清水泉、秦城泉等以往作为供水水源的泉已失去供水能力，白浮泉、玉泉山泉、潭柘寺泉等名泉消逝，文化价值、生态价值减弱。根据2022年最新调查成果，北京山区大流量泉并不多见，流量大于10 Ls-1的泉仅43个，多数泉点流量小于1 Ls-1，部分泉点由于水位下降，泉口扩孔成池（井），虽终年不干涸，但已无法向外溢流或只在雨季短时溢流。1.1 泉水的分类依据地下水的赋存特征及泉水出露的地层岩性将泉分为 5 类，分别为岩溶泉、碎屑岩裂隙泉、火山岩裂隙泉、变质岩裂隙泉、松散孔隙泉，在流泉水分类统计见表1。北京市含水岩组分区及典型泉分布见图1。1）岩溶泉：出露于灰岩、白云岩地层中的泉水。该类泉点的成因及分布特征：在灰岩、白云岩裸露区域，因岩溶裂隙发育，岩溶水接受降水补给后迅速渗入地下，一部分向低处排泄，一部分进入深部循环，故山区泉水稀少，沟谷干枯，地下水埋藏深，地表缺水严重，很多大泉断流。深循环地下水遇断裂受阻后，有温泉出露，如古北口温泉出露于蓟县系硅质白云岩破碎带。奥陶系灰岩地层溶洞发育，富水性好、泉流量较大，如万佛堂泉、上清水泉；寒武系灰岩地层仅在西山出露且条带状分布，泉水出露的不多，如河北泉、饮马鞍泉；长城系高于庄组、蓟县系雾迷山组白云岩出露广泛，岩溶裂隙普遍发育，泉流量较大，如平谷黄草洼、小东沟泉、峨眉山泉等，怀柔水龙窟泉，莲花池泉、响水湖、旺泉峪泉等，延庆的黑龙潭、黄龙潭泉，照山洼145第 18 卷 第2期 2023 年 6 月表1 泉点分类统计Tab.1 Exposed spring points of each water-bearing rock formation行政区名称海淀区、丰台区房山区门头沟区昌平区怀柔区密云区顺义区平谷区延庆区合计可溶岩岩溶泉/个13416743501110127非可溶岩碎屑岩裂隙泉/个25118720280197152火山岩裂隙泉/个22137338207641065483变质岩裂隙泉/个00031169014097松散沉积物松散孔隙泉/个001010304321合计/个25981085529116914885880图1 北京市含水岩组分区及典型泉点分布Fig.1 Zoning of water-bearing formations and distribution of typical spring in Beijing146张院 北京市泉水监测网的优化设计研究http:/ 泉水水质岩溶泉以HCO3-CaMg、HCO3-Ca、HCO3SO4-CaMg型为主，蓟县系铁岭组白云岩中Cl-、SO42-浓度较高；碎屑岩裂隙泉以HCO3-CaMg、HCO3SO4-Ca型为主，Ca2+浓度高于Mg2+浓度；火山岩裂隙泉水化学类型为HCO3-CaMg型，伴有少量氟化物，HCO3-浓度较低，TDS较低；变质岩裂隙泉水化学类型为HCO3SO4-Ca型，HCO3-浓度较低，TDS较低。大部分泉水水质良好，其中32个泉水水质超出地下水质量标准III类水标准，不适合饮用。北部山区片麻岩、花岗岩地层中出露的泉水有个别氟化物超标，如塘泉沟温泉、佛峪口温泉、汉家川温泉、黑山寨寿泉；西部山区含煤地层部分泉水硫酸盐超标，如房山的大村涧泉、瞧煤涧泉，门头沟马兰村东南泉。靠近生活区、旅游区的部分泉点受人类活动影响，硝酸盐氮、亚硝酸盐氮超标，如密云区东龙十八潭、白马关泉、门头沟跃进泉、密云萝卜峪泉等。1.3 泉水开发利用根据2022年79月泉水测流结果，北京市79月份泉水资源总量约31104 m3d-1，房山区、怀柔区泉水资源量占比较大，平谷区、延庆区、门头沟区次之。北京市在流泉点880个，泉水开发利用方式分为生态用水、生产用水、生活用水。生态用水泉点442个，其中修建景区的泉点46个，自然景观泉点396个；生产用水泉点74个，包括农业灌溉64个，渔业养殖8个，矿泉水生产2个；生活用水泉点364个，包括集中供水127个，零星用水237个。2022 年 7 9 月 生 态 景 观 泉 点 流 量 总 计23.84104 m3d-1，占总资源量的76%。用于生产的泉点147第 18 卷 第2期 2023 年 6 月泉流量总计1.26104 m3d-1，占总资源量的4%；用于生活的泉点流量总计5.97104 m3d-1，占总资源量的20%。2 泉水监测现状与问题2020年北京市地下水监测网扩建，在北京市山区选择10个具有典型性、代表性的泉，作为泉水监测点。10 个监测点分别为不同类型、不同流量的泉，其中黄草洼、马刨泉为岩溶大泉，东胡林泉为碎屑岩裂隙泉，东牛角峪为变质岩裂隙泉，莲花村泉为岩溶裂隙泉。2021 年开始监测，泉流量监测频率每月 3 次，水质监测频率每年 2 次，积累了 2 年的监测数据。根据泉流量动态监测数据，分析泉流量变化规律。总体上泉流量年变化趋势为年初受上一年降水量的影响，一般年初至6月份，降水量较少，用水量增加，区域地下水位和泉水流量降至最低；79月份，降水集中，农业灌溉量减少，泉水流量达到峰值；10月份以后，