人类活动干预第四纪地下水循环的历史与现状

第四纪是人类产生和发展的时代。第四系作为最活跃的成员，在河南平原地下水循环演化中起着重要作用。特别是蒸汽机时代以来，河南平原地下水圈的演变实际上受到了气候变化和人类活动的影响。随着社会生产力的不断发展，人类活动对水圈的干预和影响越来越明显。

大禹(公元前2277 ~ 2213)治水家喻户晓。他在河南平原开禹排水运沙到平原低洼处，挖沟疏浚土地，农业发展，黄河下游夏商崛起。雨荷河的疏浚使河南平原大面积的沼泽地排水开垦，沉积环境受到束缚或改变。这可能是河南平原水圈环境第一次被大规模人工改造。后来，魏文侯二十五年(公元前422年)，西门豹下诏，“法民掘渠十二条，引水灌溉百姓田地，灌溉一切田地”(《史记·滑稽列传》)；魏惠王十至三十一年(公元前361 ~ 340年)进行了两次水系发掘。第一期工程是《福田入河者，大沟汲水者》(引自竹书编年史的《水经注·渠水注》)。即从北方的黄河(或荥阳)引水至今郑州、中牟西的普天泽，再向东挖沟引至开封，使星泽、普天泽成为天然的调节水库——“水若丰则北注，渠若溢则南播”。二期工程是从莆田向东引水，再转向东南与淮河水相连；秦统一六国后，开始“毅然过川，以防险阻”(《史记》)。一个是通过阻挡河流向南移动，另一个是认为这是应该走的路；东汉末年，曹操为了统一北方，大力发展水运工程，先后开凿了一系列运河，连接黄河和海河，逐渐形成了南北大运河的框架。公元608年，杨迪开通永济运河，从洛阳到黄河以北到天津以西再转京，使华北平原的河流全部注入大运河，形成统一的海河水系；1289，济州河、会同河再次开通，使南北大运河不再绕行洛阳，等等。这些人类活动改变了地表自然水文网络的结构，发挥了地表水圈的区域调节作用，不同程度地干扰了河南平原第四纪地表水圈环境。

根据目前的考古资料，水井干扰地下水环境的发明始于距今5.7ka左右的仰韶文化时期。比如5700aB。浙江余姚文化遗址发现的木兰井表明，此时人类已经利用并介入了地下水圈。1957年，考古人员在河南平原北部邯郸发现两口井，井深约7m，属于龙山时代。河北藁城太西发现两口木结构水井，井径1.38 ~ 2.95 m，井深3.7 ~ 5.1 m，井底有木井盘，经考证为商代遗址。在河南平原南部，上蔡、蔡国古城(公元前65438年+公元前065438年+西周初年)，发现了许多古井。井的发明大大扩展了人类对地下水圈干预的范围和力度。

到了50年代末60年代初，随着凿井等现代水利工程的兴起，河南平原地下水圈开始受到大力干预，地下水位有所下降。但在20世纪60年代以前，整个平原地区的工农业生产力水平仍然较低，如郑州、开封、洛阳、新乡等在60年代末才开始发展成为工业城市，工业基础薄弱，工业需水量低。河南平原广大农业区，只是利用沿河小型引水工程和砌石井提水灌溉，或者利用水库水进行渠灌。但自20世纪70年代以来，工农业需水量急剧增加，平原地区普遍出现“抽井热”，地下水开采强度成倍增加，平均抽井密度约6眼/km2，成为人类活动密集介入第四系地下水圈的时期。

对于地下水圈内最强的人类干预，近30年的过度开采，加上西部山区大量水库的修建，导致进入平原地区的地表径流减少，区域地下水位连年下降。文县、孟州到范县等地有大范围的地下滴水漏斗区，几乎连成一片。部分地区浅层含水层群已基本抽干，区域地下水环境不断恶化。到目前为止，这种不良干预的影响还在加剧。

从以上分析可以看出，地质历史时期河南平原水圈环境的变化以古气候变化和地表构造运动为主，这是水圈环境演变的主要驱动力。如今，人类活动已经成为一种有影响力的、最重要的第三种驱动力。正因为如此，1999德国人P.J.cratzen和美国人E.F.stoermer***都提出了“蒽环”这个术语。从全新世开始，他们把8世纪下半叶的65438+1784瓦特归为“人类世”从J.Watt发明蒸汽机到现在和未来50000a。人类世期间，人类活动可以将对地表和地下水圈产生重要影响的气候驱动力和构造驱动力从自然演化的方向上分离出来，人类改变水圈环境的努力将大大增加。在未来几千年甚至几万年内，“人”将是一大驱动力，对包括地下水圈在内的生存环境产生重大而深远的影响。现在，人们期待科学发展，正确干预自然环境，利用“人”的超级驱动力，努力寻求人地和谐的局面，通过南水北调工程的积极干预，可以逐步改善上述恶劣局面。

12.3.1.2人类活动干预第四纪地下水圈的现状及其负面环境效应。

近几十年来，地下水作为河南平原的主要供水水源之一，在区域经济和社会发展中发挥了重要作用。主要含水层为浅层地下水，开采量为89.68×108m3/a(1997)，占地下水开采量的85.56%。其次是深层地下水，开采量占总量的14.44%。地下水开采量总的变化规律是从南到北，从山前到平原逐渐增加。其中，新乡市开采量最大，为27.22×108m3/a(2003年)。

海河流域浅层地下水开发利用程度最高，平均为80.6%。黄河流域和淮河流域约占50%(表12.4)。

表12.4河南平原浅层地下水开发利用程度统计表(%)

深层地下水开采主要集中在城市地区，多用于工业和生活用水，只有少量在农村地区进行生活开采。新乡、濮阳、郑州、开封等市位于河南平原北部和中北部，深层地下水开采强度较大，开采模数达到3.2 ~ 6.6×104 m3/km2a；而位于平原中部的平顶山、许昌、驻马店地区，深层地下水富水性差，开采强度相对较低，开采模数为0.3 ~ 3.6× 104m3/km2a。位于平原南部的信阳地区深层地下水开采模数最小，一般为0.04 ~ 0.5× 104m3/km2a。

由于地下水资源的长期开采，人类活动对河南平原第四系地下水圈的干预日益显著。因此，不仅地下水资源严重衰减，而且诱发了地面沉降和地裂缝等地质灾害，环境负面效应问题越来越严重。

1)地下水超采导致地下水资源衰减。在安阳、鹤壁、濮阳、新乡、焦作、郑州、商丘、许昌、漯河等地，河南平原浅层地下水大面积超采，地下水资源衰减严重。地下水位降落漏斗数量为1999个，2004年增加到10个，总面积7247 ~ 10018km2(表12.5)。其中平原北部安阳-鹤壁-濮阳地区登陆漏斗最大，达5648~7208km2，武陟-温县-孟州地区登陆漏斗次之，面积为532~998km2(表12.6)。

表12.5河南平原浅层地下水降落漏斗统计表

表12.6河南平原典型浅层地下水降落漏斗

在城市工业布局集中地区，深井密度高，深层地下水超采严重，形成以城市水源地为中心的深层地下水位降落漏斗。据统计，河南平原大部分城区深层地下水不同程度超采。其中，郑州市深层地下水位降落漏斗面积为444.6km2，开封市为122.0km2，商丘市为480km2。许昌市、驻马店市地下深层水位降落漏斗中心水位在80m以上，焦作市、鹤壁市在80m左右。区域地下水位逐年下降，地下水资源衰减严重。同时，包气带厚度增加，地表径流减少，河流和湿地生态环境退化，地表水圈受到不利影响。

2)地面沉降和地裂缝危害。地下水的持续超采，使地下水位不断下降，含水层部分排水，储水孔隙被压缩，从而诱发地面沉降和地裂缝灾害。目前，许昌、开封、濮阳等地已出现地面沉降，部分地方还出现地裂缝。

3)地下水质量的变化和污染。人类活动对水圈的污染由来已久，但在工业化之前只是局部的，污染物总量很少。大多数情况下，水的自净能力可以完全消除，不足以对水圈环境造成污染。工业革命后，特别是近几十年来，由于人类干预能力的迅速增强，用水量急剧增加，大量工业和生活废水排入地表和地下水圈。此外，工业固体废物随意堆放，农药化肥大量使用，污水灌溉直接使用，导致大量污染物通过地表水体或通过降水淋溶渗入地下水圈，对地下水环境造成污染。此外，随着地下水位大幅度下降，包气带厚度增加，氧化环境发育，氧化作用增强，导致排水含水层介质中盐离子活化，在大气降水或地表水的淋溶作用下进入地下水体，造成地下水含盐量、盐度和水质变异增大，甚至污染。同时，地下水的过度开采改变了地下水循环系统的循环模式。在一些地区，地下水垂直排泄、地表蒸发和地下水部分渗透的循环模式是主导运动模式，增加了盐分的重复积累和污染物向含水层的渗透，导致地下水环境进一步恶化，地下水资源进一步短缺。从65438到0997，近50口井的地下水水质监测结果显示，70%的监测井不符合饮用水标准。地表水体污染严重的河流两岸，地下水带状污染突出，已成为河南平原地下水环境污染的重灾区。

4)地表水圈水文网络发生变化，湖泊、洼地干涸，湿地生态环境萎缩。历史上，人类水利工程的数量和规模有限，并没有对水圈的循环产生很大的干扰。工业革命以来，特别是近几十年来，生产和生活用水量急剧增加，各种水利工程的规模和数量越来越大。往往大中小河流的支流到处拦截蓄水，往往使主流流量减少甚至完全断流。如黄河中上游，历史时期以来，人工引水量不断增加，河道挟沙能力下降，下游河床淤积大量泥沙，黄河河床不断上涨，决口泛滥，大面积土地被泥沙掩埋，当地生态环境发生不利变化。20世纪80-90年代，黄河断流取代了黄河洪水，成为影响河南平原经济发展的新问题。

河南平原过去湖泊众多，在历史上起到了很好的引水防洪、滞洪蓄水灌溉、改善生态环境的作用。然而，自20世纪80年代以来，在人类工程的作用下，进入平原的水量减少了很多或没有水流动，下游河流几乎干涸，地表水文网络发生了变化，许多湖泊和洼地发生了剧烈的变化。如金梦黄河湿地、开封柳园口湿地、豫北老黄河湿地等都受到了不同程度的影响。湿地的生态环境正在萎缩，一些过去喜欢水和湿度的植物减少或消失，生物多样性正受到严重威胁。