(1. Universidad de Jinan, Jinan 250002; 2. Oficina Provincial de Geología y Recursos Minerales de Shandong, Jinan 250013; 3. Instituto de Geología y Recursos Minerales de Shandong, Jinan 250014 )
Sobre el autor: Xing Liting (1966-), hombre, investigador, dedicado principalmente a la exploración de hidrogeología y geología ambiental.
Con base en los resultados de la investigación de campo, se discutió profundamente el impacto de los factores naturales y humanos en el ambiente de aguas subterráneas kársticas en el área del manantial de Jinan, y se propusieron contramedidas de protección del ambiente acuático, como optimizar el diseño de la minería y recargar agua.
Palabras clave: área del manantial de Jinan; ambiente acuático; evolución; protección
El área del manantial de Jinan es un representante típico del sistema de agua kárstico en el norte de China. Sus condiciones geológicas son sumamente complejas y se ven fuertemente afectadas por factores naturales y actividades humanas. En las últimas décadas, el entorno ecológico y geológico de la zona del manantial ha sufrido cambios importantes. El estudio de las características evolutivas del entorno de las aguas subterráneas en esta zona es de gran importancia para la utilización sostenible de los recursos de aguas subterráneas y la protección del agua de manantial.
1 Características hidrogeológicas del área del manantial
1.1 Límite del manantial
El área del manantial de Jinan está ubicada en el ala norte del Domo de Taishan. Es una región compuesta principalmente por estratos paleozoicos de estructura monoclínica con orientación norte. Los estratos expuestos incluyen el Grupo de Rocas Arcaico Yutaishan, Paleozoico Cámbrico, Ordovícico, Carbonífero, Pérmico y Cenozoico Cuaternario. Hay rocas intrusivas de nivel medio-básico en la parte norte del área del manantial. Las estructuras de fallas están bien desarrolladas en esta área, incluidas las fallas de Qianfoshan, Mashan, Wudong y Chaomidian.
El límite oriental del área del manantial es la falla de Wudong, el límite occidental es la falla de Mashan (la sección permeable al norte de Changqing Xiguan), el límite sur es la cuenca superficial y el límite norte es la Masa rocosa magmática de Jinan y rocas carboníferas y terrestres. Está delimitada por estratos de la serie de carbón apilados, que cubren un área de 1.486 km2.
1.2 Condiciones hidrodinámicas del agua subterránea kárstica
La piedra caliza del Cámbrico-Ordovícico está ampliamente distribuida en las zonas montañosas del sur de Jinan, y el karst superficial y subterráneo está bien desarrollado. Las cuevas superficiales, barrancos, depresiones y fisuras de corrosión densamente distribuidas en la superficie de la piedra caliza crean condiciones extremadamente favorables para que el agua subterránea reciba una recarga de infiltración directa a partir de la precipitación atmosférica y la recarga de la filtración de agua superficial. Según los datos de perforación y las pruebas de trazado, las cuevas de carbonato, los poros disueltos, las fracturas disueltas y las tuberías disueltas están muy desarrolladas, lo que proporciona un enorme espacio para el almacenamiento y la migración de aguas subterráneas kársticas. Por lo tanto, el agua subterránea kárstica de Jinan tiene buenas condiciones de recarga y un enorme espacio de almacenamiento.
Según las observaciones de la dinámica del agua subterránea, el nivel del agua kárstica y el caudal de los manantiales están estrechamente relacionados con las precipitaciones. La infiltración directa de la precipitación atmosférica es la principal fuente de recarga del sistema de agua kárstica, seguida de la recarga de la filtración de agua superficial. Los principales ríos de filtración son el río Yufu y el río Beisha.
La dirección general del flujo del agua kárstica es de sur a norte, y está bloqueada por las rocas magmáticas de Yanshan y los estratos Carbonífero y Pérmico en el norte, formando un área de enriquecimiento de agua kárstica en su zona de contacto. El volumen de entrada de agua de un solo pozo es generalmente de más de 5.000 m3/d, y el agua kárstica se descarga principalmente mediante agua de manantial en condiciones naturales. En la actualidad, la minería artificial es el principal método de descarga del sistema de agua kárstica de manantial.
2. Desarrollo y utilización de recursos de aguas subterráneas kársticas
El acuífero kárstico de fisura del Ordovícico ha sido durante mucho tiempo la principal capa de captación de agua para uso industrial y agrícola y agua doméstica urbana en la ciudad de Jinan. La planta de agua de manantial de Baotu se construyó en el área urbana ya en 1936 y proporcionó oficialmente suministro de agua. El volumen de suministro de agua es de 1,28×104m3/d, que aumentó desde 1956 a 3,6×104m3/d. Con el desarrollo económico y el aumento de la población, el consumo de agua continúa aumentando a 204 m3/d. Hay plantas de agua de Jiefangqiao, Pulimen, Yinhuchi y grandes almacenes en el área urbana, y plantas de agua de Lashan, Emeishan y Dayangzhuang en los suburbios del oeste. Huaneng Road y Dongyuan Waterworks, y en el sur están Yangtouyu y Wenhua Road Waterworks.
La producción anual promedio de Quanyu Water Supply Company de 1990 a 2002 fue de 35,52 × 104 m3/d, de los cuales la producción promedio de las tres plantas de agua en Emeishan, Dayangzhuang y los suburbios occidentales de Lashan fue de 21,91 × 104 m3/d Todas las plantas de agua en el área urbana La producción promedio de las plantas de agua es de 104 m3/d Con la puesta en servicio de los embalses de Queshan y Hu Yuqing, a partir de 5438+0 en septiembre de 2006, la cantidad de agua subterránea extraída por el. El número de empresas de suministro de agua ha disminuido gradualmente y todas las plantas de agua urbanas han sido cerradas.
Los pozos industriales autoabastecidos se distribuyen principalmente en la periferia de las zonas urbanas, siendo numerosos y relativamente dispersos. De 1990 a 2002, la producción anual promedio de los pozos cautivos industriales fue de 13,15×104 m3/d.
3 La evolución de las condiciones hidrogeológicas y el impacto negativo en el medio ambiente de las aguas subterráneas
Los factores naturales y las actividades humanas han intensificado la evolución del entorno ecológico y geológico de Jinan, provocando muchos cambios geológicos ecológicos y ambientales. problemas.
3.1 Cambios en las condiciones hidrogeológicas provocados por actividades humanas
3.1.1 La minería artificial modifica el campo de flujo de aguas subterráneas y ataca los caudales de manantiales.
A principios de la década de 1960, el volumen de extracción de agua subterránea en la ciudad de Jinan era inferior a 10×104 m3/d. Desde la década de 1980, el volumen de extracción concentrada en el área urbana, los suburbios occidentales y los suburbios orientales ha alcanzado (50. ~ 55)×104m3/d. La extracción a gran escala de agua kárstica ha cambiado el campo de flujo natural de las aguas subterráneas. La extracción a gran escala de aguas subterráneas, especialmente la extracción directa de agua subterránea kárstica en zonas urbanas, es una de las formas. razones principales que afectan la salida de agua de manantial. En septiembre de 2001, las plantas de agua urbanas fueron cerradas una tras otra, pero un gran número de pozos industriales fueron minados y los dos cubos de goteo de Qixianzhuang y la Escuela de Economía todavía ocupaban el suministro de agua de manantial (Figura 1).
3.1.2 Se reduce la cantidad de reposición en el área de reposición indirecta.
El área de recarga indirecta del manantial de Jinan cubre una superficie de 990 km2 y se distribuye principalmente en las vastas zonas montañosas del sur, incluidas Mashan, Wande, Gaoer, Zhangxia, Gushan, Zhonggong, Liubu y Xiying. Los estratos son piedra caliza, roca clástica y roca metamórfica del Grupo Taishan del Cámbrico Medio e Inferior. Debido a las malas condiciones de infiltración, los valles de los ríos se entrecruzan y se desarrolla escorrentía superficial. La mayor parte del agua subterránea se recarga en el sitio, se recolecta en los valles y se transporta y descarga en distancias cortas. Por tanto, la mayoría de los ríos nacen aquí. Antes de la década de 1970, las corrientes superficiales río arriba se reunían en el río Yufu y el río Beidasha, y luego fluían río abajo, filtrando y reponiendo agua subterránea en el área del manantial, respectivamente, en las secciones de Zhujiazhuang-Pancun y Gushan Barrage-Montaña Pipa. El área de recarga indirecta recoge el escurrimiento superficial y el desbordamiento subterráneo y ingresa al área de recarga directa a través de canales fluviales. Por ejemplo, en 1963, el embalse Wohushan descargó 1,0186 × 108 m3 en el río Amarillo a través del aliviadero, y parte de él se filtró en las aguas subterráneas. Antes de la construcción del embalse Wohushan, el río Yufu fluía básicamente durante todo el año. Según observaciones de 1962, el 13 de abril, el nivel del agua en la sección Zhouwangzhuang del curso inferior del río Yufu era de 29,4 m.
Figura 1 Líneas isobáricas de agua kárstica cerca de áreas urbanas
1-Falla; 2-Límite de roca ígnea; 3-Nivel de isoagua (m); >
En las décadas de 1960 y 1970, se construyeron muchos embalses en ríos como el río Beisha, Jinyinchuan, el río Daiyu y el río Jinxiu para interceptar la escorrentía superficial aguas arriba. Especialmente a finales de la década de 1980, después de que los embalses de la montaña Wohu y el río Jinxiu suministraran agua al área urbana, el suministro de agua superficial en el área de recarga indirecta disminuyó gradualmente. Por ejemplo, desde 1999 hasta junio de 2003, la zona de captación de agua de 554 km2 aguas arriba del embalse Wohushan no se descargó al río Yufu, excepto para experimentos de recarga. Desde que los embalses de Wohushan y Jinxiuchuan suministraron agua al área urbana, la cantidad de riego proporcionado por los dos embalses a las áreas de Dangjiazhuang, Xinglong y de suministro directo de cuencas hidrográficas ha disminuido gradualmente.
3.1.3 La expansión urbana reduce el área de recarga de infiltración de agua kárstica
La construcción urbana aumenta el área de áreas urbanas edificadas, lo que resulta en la reducción gradual de la Zona de recarga directa de agua kárstica. Según la interpretación de la teledetección dinámica multitemporal, el área urbana de Jinan en 1954 tenía sólo 28,8 km2 y el área de compensación directa era menos de 2 km2. Con la continua expansión de la escala de la ciudad, el área de suministro directo del área urbana se ha expandido gradualmente hacia el este, sureste, sur y suroeste. En los últimos años, se ha expandido en 175,6 km2 en comparación con la década de 1950. Desde la década de 1980, la urbanización se ha ido expandiendo hacia el sur y el área construida del área de recarga directa ha aumentado año tras año (Figura 2), reduciendo así la recarga de aguas subterráneas. Por ejemplo, en zonas montañosas del sur como Taipingzhuang, Yangtouyu, Baliwa, Liulishan, Jinjiling, Mashanpo y Xinglong, el suelo se solidificó después del desarrollo y la precipitación atmosférica entró directamente en la zanja de control de inundaciones. Sin embargo, las zanjas de control de inundaciones están muy sedimentadas y el terreno tiene una pendiente pronunciada, lo que hace imposible formar una filtración efectiva. Muchas áreas se han convertido en zonas permanentes sin fugas. En el año 2000, la superficie edificada dentro de la zona de recarga directa aumentó de 1.954 kilómetros cuadrados a 51,3 kilómetros cuadrados. Basado en una precipitación media anual de 648 mm, debido al impacto de la expansión urbana, la recarga de aguas subterráneas ha disminuido en 3,8×1,04 m3/d.
3.1.4 El impacto de la minería indiscriminada en el entorno ecológico
Según estadísticas incompletas, hay más de 200 canteras grandes y pequeñas en las zonas montañosas del sur de Jinan. La extracción de canteras y excavaciones causaron daños al paisaje y a la vegetación, provocando una gran erosión del suelo. Según el estudio, después de los años 1980 se construyeron un gran número de canteras. La cobertura de vegetación en las áreas de recarga directa se reduce aún más por la minería de rocas debido a los suelos delgados y la escasez de árboles y vegetación en las áreas montañosas de piedra caliza.
En el área de recarga directa, la extracción y quema de ladrillos ha causado una grave erosión del suelo, una reducción de la capacidad de almacenamiento de agua y una reducción de la capacidad de recarga de las aguas subterráneas.
Figura 2 Diagrama de expansión y evolución urbana
1-1954 alcance de la expansión urbana; 2-1970 alcance de la expansión urbana; 3-1981 alcance de la expansión urbana
p>
3.2 Impacto negativo en el medio ambiente de las aguas subterráneas
3.2.1 El nivel del agua subterránea desciende y el agua de manantial deja de fluir.
A principios de la década de 1960, la cantidad de extracción de agua subterránea era pequeña, el nivel promedio del agua subterránea era de 31,54 ~ 30,72 m y el caudal del manantial era (35,52 ~ 33,58) × 104 m3/d a mediados de la década de 1960; En la década de 1970, el nivel del agua subterránea cayó a 28,15 m, el caudal del manantial disminuyó a aproximadamente 15,22 × 104 m3/d desde finales de la década de 1970 hasta principios de la de 1980, el nivel promedio del agua subterránea cayó de 28,15 ma 26,68 m, y el caudal del manantial; se redujo a aproximadamente 10,48×104 m3/d; el tiempo de interrupción del suministro de agua de manantial en la década de 1990. Ampliado, el corte de agua de manantial duró de 1999 a 2001 y alcanzó 932 días (Figura 3).
3.2.2 La formación de embudos de desembarco para la sobreexplotación de aguas subterráneas
La explotación concentrada a largo plazo de aguas subterráneas ha formado múltiples embudos de desembarco en la zona industrial de Dongjiao, Qixianzhuang y la Escuela de Economía. , robando el suministro de agua de manantial.
3.2.3 Contaminación del lago Daming y el río Xiaoqing
Debido a la disminución del nivel freático y la sequía de los manantiales, el agua del lago Daming y el río Xiaoqing no se puede recargar por completo , lo que provoca una grave eutrofización.
3.2.4 Disminución de la calidad del agua subterránea
En la década de 1950, la economía social de Jinan estaba subdesarrollada, las emisiones de los “tres desechos” industriales eran bajas y la cantidad de agua subterránea kárstica explotada era pequeña , y estaba en un campo de flujo natural. Este artículo utiliza los datos de calidad del agua en la década de 1950 como valor inicial de la contaminación de las aguas subterráneas para estudiar la evolución de la contaminación de las aguas subterráneas en Jinan: Desde 1958, con la intensificación de las actividades humanas y el aumento de la minería, la calidad del agua kárstica en las zonas urbanas El área, los suburbios del este y los suburbios del oeste se han deteriorado gradualmente, el contenido de componentes convencionales como salinidad, dureza total, iones de cloruro, sulfato y nitrato mostró una tendencia ascendente (Figura 4), especialmente el contenido aumentó significativamente, especialmente porque. los años 1980. En 2002, el contenido de agua subterránea urbana era 5,83 veces mayor que en 1958, y la planta de agua de Emeishan era 47 veces mayor que en 1958. Debido a la extracción a gran escala de aguas subterráneas, los niveles de agua regionales han bajado y el entorno redox ha cambiado. En toda la zona del manantial, desde la zona de recarga, la zona de escorrentía hasta la zona de descarga, el contenido de componentes convencionales del agua subterránea kárstica generalmente aumenta. Los vertidos de aguas residuales industriales han provocado una contaminación puntual de las aguas subterráneas kársticas, con una contaminación grave en algunas zonas. Por ejemplo, en un pozo en Jingjiagou, el contenido es de 1313,74 mg/L, la salinidad es de 2544,52 mg/L y la evaluación integral es un área de mala calidad del agua (Clase V).
Relación entre caudal de manantial, nivel freático, volumen de extracción y precipitación de 1959 a 2002.
1-Precipitación anual; 2-Nivel medio anual de agua en zonas urbanas; 3-Flujo medio anual de agua de manantial; 4-Volumen minero urbano y circundante.
Figura 4 Aguas subterráneas de 1958 a 2002 Curvas de cambio de dureza y salinidad.
1-Dureza; 2-Salinidad
4. Análisis del potencial de explotación de aguas subterráneas en las áreas de fuentes de agua de Jixi
Qiaozili, Lengzhuang, etc. en los suburbios del oeste. de Jinan Las fuentes de agua desarrolladas de la antigua ciudad se encuentran en la cuenca del río Beisha y la cuenca del río Yufu. Durante los años húmedos, algunas áreas perforan sus propios pozos y existe potencial para la explotación de aguas subterráneas kársticas en esta área. Por ejemplo, en septiembre de 2004, cuando se extraía la fuente de agua de la antigua ciudad, los pozos todavía fluían libremente.
Según los cálculos, bajo la condición de precipitación promedio de varios años, el suministro de precipitación en la cuenca del río Beisha es de 9,2 × 104 m3/d. Debido a la interceptación de embalses aguas arriba, solo hay una pequeña cantidad de recarga de agua superficial en años de lluvia promedio. Por lo tanto, el volumen de extracción de las fuentes de agua de Qiaozili y Lenzhuang no debe exceder los 10 × 104 m3/d, y las plantas acuáticas en las fuentes de agua de Emeishan, Lashan, Dayangzhuang y Gucheng deben mantenerse alejadas de los manantiales.
5 Contramedidas y sugerencias para la protección del medio ambiente acuático y la protección del agua de manantial
5.1 Ajustar el diseño de la mina e implementar un suministro de agua basado en la calidad.
A través de simulación numérica y cálculos de optimización (excluyendo la minería agrícola), el nivel del agua del manantial se mantiene por encima de los 28,5 m durante la estación seca, el volumen de extracción permitido de agua kárstica en el área del manantial es de 18,8 × 104 m3/d. y el volumen de extracción de la fuente de agua de Jixi es de 10 × 104 m3/d, el volumen de extracción de la planta de agua de Xijiao es de 5,8 × 104 m3/d. Después de la observación inicial, el uso de agua de manantial es de 5,0 × 104 m3/d, con un total de 60,09 × 104 m3/d.
Estos recursos de agua subterránea de alta calidad pueden utilizarse para agua doméstica y agua industrial compleja. Con un consumo de agua per cápita de 150 litros/día, puede satisfacer las necesidades de agua doméstica de 4 millones de personas. Generalmente, el agua industrial se cambia a agua superficial (agua del río Yangtze, agua del río Amarillo) para aprovechar plenamente el papel del lago Yuqing y los embalses de Queshan, y los pozos industriales preparados por ellos mismos se cierran por completo. Bajo la premisa de ahorrar agua, el riego agrícola utiliza aguas superficiales y limita el uso de aguas subterráneas kársticas.
5.2 Fuentes de recarga
Porque Wohushan, Jinxiuchuan, Yuezhuang y otros embalses interceptan una gran cantidad de escorrentía superficial, reduciendo la recarga de aguas subterráneas en las zonas de manantiales, cambiando el ecosistema natural y Afectando directamente Debido a la salida de agua de manantial, los embalses de la montaña Wohu y Jinxiuchuan deberían dejar de suministrar agua a las áreas urbanas y renovar los principales canales de suministro de agua existentes para reponer las fuentes de agua a áreas de suministro directo como los ríos Xinglong, Shiqingya y Yufu. El embalse de Yuezhuang se utiliza para reabastecer el río Beisha y reducir el impacto del "movimiento hacia el oeste" en el medio ambiente de las aguas subterráneas en los suburbios occidentales. Con la planificación y construcción del cinturón industrial del este y la nueva ciudad del este, se puede desviar y reponer el agua; Se considerará en los suburbios del este en el futuro, pero la fuente de reabastecimiento de agua aún es escasa.
5.3 Cerrar gradualmente los pozos industriales autopreparados
Reducir la extracción de pozos industriales autopreparados en los suburbios del este y oeste, y eliminar gradualmente el balde que gotea en la Facultad de Economía. Derrick Ditch, Zona de Desarrollo de Alta Tecnología y otras áreas. Golpe de suministro de agua de manantial.
5.4 Controlar la expansión de las zonas urbanas hacia zonas de suministro directo.
Para evitar el impacto del desarrollo urbano y la construcción en el suministro de agua de manantial, el límite de "control sur" de la construcción urbana de Jinan debe ser Pin'an Dian-Pancun-Valle de Yufu-Fengqi-Dayangzhuang-Liu. Línea Changshan-Hero Mountain-Yangtouyu-Niuwang. La planificación y construcción están prohibidas en el área de recarga directa de aguas subterráneas kársticas al sur de la línea.
5.5 Controlar gradualmente las pequeñas cuencas, fortalecer la forestación y ajustar la estructura de producción agrícola en las zonas montañosas del sur.
En la zona de suministro directo en la parte sur de la zona del manantial, debería prohibirse la destrucción de bosques para construir villas, zonas residenciales y parques industriales, así como la recuperación de tierras y la extracción de canteras en pendientes pronunciadas. Ajustar gradualmente la estructura industrial de las zonas montañosas del sur, convertir las tierras de cultivo en bosques, prohibir el pastoreo, detener las canteras, desarrollar vigorosamente la industria forestal y frutícola, implementar la bioingeniería, aumentar el área de forestación y controlar Madiyu, Longdongyu, Dajiangou, Shiqingya, Baishiyu. y Xiaolingzi, Península Bueno, Xiajingou, Lashan y otros valles, está prohibido arrojar y ocupar basura, y desempeña un papel en la conservación de las fuentes de agua.
En resumen, restaurar el agua del manantial para que fluya durante todo el año es un proyecto sistemático complejo que no se puede lograr en poco tiempo con una sola medida. Es necesario tener un entendimiento unificado, combinar medidas de corto plazo con objetivos de largo plazo e implementarlas paso a paso.
Principales referencias
Xu, Kang Fengxin. 2001. Investigación sobre desarrollo sostenible y utilización de recursos de aguas subterráneas en la provincia de Shandong. Beijing: Ocean Press.