(青島地質工程勘察院，青島266071)
作者簡介:袁錫龍(1964-)，男，高級工程師，主要從事水文地質、環境地質和計算機技術應用研究。
山東省青島市是壹個缺水地區，地下水資源分布不均。根據青島市地下水資源的發展歷史和現狀，以及地下水資源不合理開發引起的環境地質問題的發生、發展、動態變化和對策，總結了地下水資源開發和保護的壹般規律，介紹了海水入侵區地下水的利用領域，如海水養殖業、城市建設區地下水等。以及在含水層滲透性差的裂隙水、含水層厚度小的坡泛區、花崗巖風化帶提高單井出水量的技術方法。
關鍵詞:青島；地下水；開發利用；保護；地下水取水技術
青島位於山東半島西南部，東南瀕臨黃海，外圍與威海、煙臺、濰坊接壤。青島是水資源貧乏地區，人均可利用水資源量為170m3，占全國人均水資源量的1/4。與此同時，青島經濟快速發展，對水資源的需求與日俱增。開源與節流並重是緩解青島供需矛盾的有效途徑。
1水文地質調查
青島地貌以低山丘陵和剝蝕堆積準平原為主，局部有山間谷地、山前沖洪積平原和中山(嶗山)。根據不同的地貌和水文地質特征，將該區劃分為三個水文地質區:①膠北低山丘陵水文地質區，②膠萊盆地水文地質區，③膠南-嶗山低山丘陵水文地質區(圖1)。地下水類型包括松散巖石孔隙水、碎屑巖孔隙裂隙水、湧水巖石孔隙裂隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水和塊狀、層狀巖石裂隙水。①松散巖類孔隙水是青島市集中供水的主要含水巖組，主要分布在大沽河、白沙河-城陽河、白馬河-李記河、葛望莊河、洋河、周疃河、張村-李村河中下遊河谷平原和大澤山西南部山前平原。含水巖組主要由第四系沖洪積物中不同粒徑的砂、礫石組成，厚度壹般為5 ~。單井出水量可達1000 m3/d以上，其中大沽河和白沙河-城陽河下遊河谷平原地下水是青島市重要的供水水源，其可采資源量分別為7951×104 m3/a和2367.6×104 m3/a。②碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖層主要分布在膠南平度、萊西、王臺壹帶，數量較少。含水巖層為粉子山組大理巖，裂隙較發育，深度壹般限定在100m，富含巖溶裂隙水，特別是在構造地貌條件較好的地區，出水量較強，為500 ~ 1000 m3/井。但由於分布面積小，供水量有限。(3)噴出巖石孔隙裂隙水的含水巖層主要分布在即墨、膠州、萊西和城陽。含水巖層為青山群和王石群玄武巖，孔隙裂隙較發育，壹般埋深30 ~ 50m，富水性強，單井出水量500 ~ 1000m3/d，水質較好，可形成小型水源為當地供水。④碎屑裂隙含水巖層主要分布在膠州、即墨、萊西等地。含水巖層為白堊系萊陽組、王石組砂巖、砂頁巖和凝灰質砂頁巖。由於孔隙和裂縫不發育，透水性和富水性很弱，單井出水量壹般小於50m3/d..⑤塊狀、層狀巖石裂隙含水巖層主要分布在嶗山、大澤山、膠南，含水巖層為花崗巖、花崗閃長巖、片麻巖、麻粒巖、片巖。風化帶壹般深度小於30m，富水性弱，單井出水量小於30m3/d，局部構造裂隙密集帶相對富水。單井出水量可達100m3/d以上，最高可達500m3/d，但分布極不均勻，只能提供局部供水。
圖1青島市水文地質分區示意圖
2地下水資源開發及重大環境地質問題
2.1地下水資源開發的歷史和現狀
青島市地下水在1920年開始作為城鎮集中供水水源，白沙河下遊——城陽河為青島市第壹供水水源，日供水能力在新中國成立初期達到3.0× 104m3/d。20世紀70年代以前，受經濟和技術水平的限制，地下水資源的開采增長緩慢。到70年代末，工農業發展加快，地下水資源的開采也迅速增加。地下水資源開采和補給出現負平衡，水位持續下降。20世紀80年代中期，大沽河、白沙河-城陽河水源地等斷面出現地下水降落漏鬥，相繼出現不同程度的海(鹹)水。通過減少地下水開采量、修建海水倒灌截滲墻、在河道修建橡膠壩攔蓄地表水增加地下水補給等壹系列措施，海水倒灌得到了有效控制。青島地區多年平均可開采地下水資源量為6.3436×108m3/a，2002年天然補給資源量為5.0586×108m3，2002年地下水實際開采量為6.1098×108m3，占總量的54.66666786青島多年的開采實踐基本反映了該地區地下水的開采水平和儲存能力。可以看出，青島市地下水資源開發利用程度較高，基本上是采補平衡。但由於城鄉布局和用水需求的差異，部分地區開采量過大，形成地下水漏鬥。同時，部分地區開采量較小，僅少量用於農村居民生活用水，地下水資源沒有得到充分開發。
2.2與地下水資源開發有關的環境地質問題
2.2.1海水入侵
20世紀70年代末至90年代初，大部分富水地區地下水資源超采，出現地下水降落漏鬥。在河流下遊的沿海地區，不同程度地發生了海水入侵。最嚴重的是80年代中期，海(鹹)水入侵導致大量機井報廢，糧田荒蕪，水質惡化。90年代以後，入侵區附近開采量大大減少，降水量較80年代有所增加，使地下水位有所上升，部分漏鬥趨於平靜，海水(鹹水)入侵勢頭減緩，入侵區略有縮小。2002年是特別幹旱的壹年，部分地區地下水位持續下降，入侵面積擴大。目前青島海(鹽)水入侵主要發生在大沽河下遊、白沙河-城陽河、洋河、黃島新安、平度新河-灰埠。2002年6月入侵面積見表1。
表1 2002年6月青島海水(鹹)入侵分布面積
水汙染
隨著工業的快速發展，城鎮生活汙水和工業廢水的排放量增加，隨著農業的發展，農藥和化肥的施用量也在增加。在汙水處理技術、設施和相關法律不健全的時期，河流受到了嚴重的汙染，受汙染的河流補給地下水，造成了地下水水質的汙染。該區地下水水質超標指標主要有鹽度、硬度、酚、錳等。其中，超標現象較為普遍，局部超標數十倍。典型汙染地下水的主要陰離子組成如圖2所示，從中可以看出含量為25%，達到了參與水化學類型命名的標準。
圖2大沽河水源地汙染地下水主要陰離子餅狀圖
除了工業廢水汙染，農業汙染也不容忽視。地下水汙染與農業區汙染密切相關。2000年青島市耕地面積54.6萬公頃，農藥使用總量達到7451噸，平均每公頃使用農藥18.7公斤。化肥施用總量34.2萬噸，平均每公頃化肥施用量681.2公斤。這些化肥和農藥有的被作物吸收，有的被分解或化合，剩下的會隨著降雨補充到地下水中。長期過量、不合理施用化肥造成的主要環境問題有:壹是河流、水庫等水體通過地表徑流汙染富營養化；二是滲入地下造成地下水汙染，導致硝酸鹽超標；三是汙染土壤，降低土壤的有機質，影響土壤的理化性質和肥力。
3地下水資源保護及環境地質問題對策
針對地下水資源開發中存在的問題，有關部門通過勘探研究，提出並實施了相應的治理措施。
3.1海水入侵控制
3.1.1地下防滲墻
為保護大沽河水源，增加大沽河可采資源，通過1990大沽河供水水文地質調查和地下水庫勘探，青島市政府於1985 ~ 1986投資建設了大沽河水源小馬灣。防滲墻總長14.2km，采用連續擺噴方式，擺噴深度達到含水層底板，從而切斷墻體下遊海水(鹹水)的倒灌，遏制海水(鹹水)的入侵，為更好地發揮大沽河水源的供水能力提供工程措施。2001進行了白沙河下遊修建地下防滲墻的可行性研究。
3.1.2下遊橡膠壩施工
上世紀80年代，白沙河-城陽河下遊發生海水入侵時，進行了專門的水文地質調查。後來在白沙河修建了幾座橡膠壩攔河，增加地下水補給，相應減少地下水開采量，使地下水降落漏鬥逐漸縮小，海水入侵速度得到有效減緩。此外，在大沽河、葛望莊河、洋河等河流上修建橡膠壩，對地下水起到人工補給作用。
3.1.3河道下遊水閘施工(防潮上遊倒灌)
風暴潮和大潮來臨時，海水會沿河逆流而上，補充地下水，而河口沒有任何阻水結構，這也是海水倒灌的另壹個原因。在海水逆流嚴重的河口，在適當的位置修建水閘，不僅可以阻擋海水，還可以儲存淡水，增加地下淡水的補給，對防止海水入侵也有重要作用。此外，禁止在河床挖沙，以免河床縮小，增加海水上遊距離，防止覆蓋層破壞，增加海水下滲速度。
3.2地下水汙染控制
3.2.1通過立法手段建立水源保護區。
青島以立法的方式頒布實施了《青島市飲用水源環境保護條例》。條例規定，劃定並公布的飲用水水源受法律保護，明確禁止排放、堆放、建設等7種相關行為。首次公布的地下水源保護區有11個，包括大沽河、即墨五七埠、即墨東關、即墨東丈、即墨馬山、平度雲山張玲、膠州店子河、膠南居洋河、城陽白沙河、膠州北關玄武巖帶。保護區有明確的地理界限和標誌，為保護地下水源提供了法律依據，對保護地下水源起到了積極作用。
汙染源控制
1998以來，青島市制定相關法規，以大沽河流域汙染源治理為重點，限期治理河道兩岸廢水超標排放重點企業27家，關停16企業，取締小型采礦選礦場所540家。目前已建成日處理汙水能力為5×104m3/d的汙水處理廠6座。
不同水質的地下水資源用於不同的行業或領域。
4.1海水入侵區地下鹹水資源開發用於水產養殖
青島有730公裏的海岸線，海產品豐富，海水養殖業發達。過去海水養殖主要利用海水，但不同季節海水溫度變化很大，對海水養殖尤其是海水育苗影響很大。如果水溫太低，需要用鍋爐加熱，增加了建設投資和運行成本。在海岸線附近，有不同寬度的原始或人工誘發的海水入侵(鹹水)帶。近年來，海水養殖業開始打井開采海岸線附近的地下鹹水進行海水養殖。其水溫恒定，水質良好，比直接利用海水具有明顯優勢，該技術得到了迅速推廣應用。
4.2城鎮或工業區地下水資源開發用於地熱空調。
為減少空氣汙染，青島取締單位自備供熱鍋爐，推廣地熱空調應用，采用淺層地下水作為熱能來源。本區淺層地下水水溫約為65438±04℃。為了長期穩定使用，需要打兩口井來建地熱空調，壹口用來抽水，壹口用來註水。抽取的地下水經空調設備轉化為熱能後，出水溫度約為7℃。通過註水井將水回灌到含水層中，兩井之間保持壹定距離，使回灌到含水層中的低溫水充分吸收地溫，再升溫到14℃左右，從而達到循環利用的目的。
5提高弱含水層單井出水量的技術方法
除小規模河谷、山前沖積平原區、大理巖巖溶富水區、玄武巖裂隙富水區外，青島大部分地區含水層或含水構造導水性差，普通井難以獲得滿意的單井湧水量。這些地區雖然有充足的補給資源，但受取水技術限制，地下水資源開發利用程度低。在此類地區，兩種取水工藝方法都成功達到了增加單井出水量的目的，且建井成本低。
5.1大井開采基巖裂隙水
青島大口井直徑壹般為5 ~ 50m，井深壹般為10 ~ 15m，單井湧水量壹般為500 ~ 2000m3/d，主要分布在花崗巖、變質巖等裂隙配水區。成井方式壹般是人工或機械露天開挖，然後進行石壁防護。主要用於農田灌溉，少量大口井也用於城鎮集中供水。膠南水廠在山前斜坡河漫灘地區成功地打了壹口直徑50m的大口井，用於城鎮集中供水，日供水量2000～5000 m3/d..增加大口井數量的水文地質原理是在其他條件不變的情況下，水流的截面積大大增加，從而增加含水層流入井內的水量。大口井的主要優點是可以從弱含水層中抽取更多的地下水，增加單井用水量，便於開采和管理。主要缺點是:①水量隨季節變化較大，特別幹旱年份水量減少；(2)由於井徑較大，灰塵或其他雜物容易隨風落入井內，影響水質。改進方向:在井內回填碎石制成人工含水層，在井底埋設水平集水管，直接從集水管抽取地下水。這樣可以達到兩個目的:①便於管理，保證水質；②少占耕地，保護自然景觀。
5.2小口徑井開采弱含水層孔隙水
小直徑井取水方式是通過連接水管(水平集水管)將多個小直徑井並聯起來，形成統壹出水口，用真空對口泵抽取地下水。小直徑井直徑壹般為5 ~ 8 cm，完井深度壹般為10 ~ 15 m，水平間距壹般不小於2m，小直徑井數壹般為3 ~ 6口，視含水層導水性和單井待開采量而定。該井型廣泛應用於平度市東北部山前、山間坡泛平原地區的農田灌溉，取得了良好的取水效果。
6結論
青島市地下水資源開發經歷了從無序到有序的過程，同時也經歷了環境地質問題產生、環境地質問題治理、對地下水資源保護重視不夠和立法保護的過程，取得了壹些成功的經驗。但是，恢復和治理該地區的水文地質環境，實現地下水資源可持續開發利用的目標，還有很長的路要走。本文介紹了地下水資源及取水技術的應用途徑，旨在行業內繼續探索地下水資源及取水技術在弱含水層中的應用途徑，更好、更廣泛地開發利用地下水這壹可再生資源，為經濟發展服務。
參考
郭秀妍，袁喜龍。1999.黃河三角洲小井聯合取水法應用研究。水文地質工程地質，(5): 19 ~ 23。
許，康鳳新。2001.山東省地下水資源可持續開發利用研究。北京:海洋出版社。
張永波等人2001。水力環境研究的現狀與趨勢。北京:地質出版社。