一、自然地理与地质环境概况
河北平原位于河北省东南部，北靠燕山、西依太行山、东临渤海、环绕京津，面积73129km2，人口5000余万，是我国北方重要的粮棉产区和工业基地。
河北平原属于暖温带半干旱季风气候区，多年平均年降水量为558.2mm，60~70%的降水和径流集中在6~8月份，形成春旱、秋涝的自然特点。
河北平原地形在太行山山前，西、西南高，向渤海方向倾斜，地面标高由100m逐渐下降到2~3m，地面坡度0.5‰左右。河北平原地貌类型可划分为：山前冲洪积平原、中部冲积湖积平原、滨海冲积海积平原三类。
河北平原大地构造属于中朝准地台南部的华北断坳带，燕山运动晚期以来，平原区大幅度下降，沉积有巨厚的第三系及第四系地层，其中第四系所含地下水是本区主要的供水水源，占本区总供水量的70~80%，但由于地下水资源空间分布不均，以及地下咸水、高氟水、高碱水大量分布，使河北平原地下水资源开发利用受到限制。
随着经济的快速发展，河北平原水资源的需求量迅速增大。特别是近20年来，由于地下水开发利用的不合理和缺乏统一的规划与科学管理，造成地下水水位大幅度下降、含水层疏干、水质污染、水质恶化、地面沉降、地裂缝、地面塌陷等环境地质问题，严重影响了河北平原社会经济的可持续发展。
二、地下水系统特征
根据河北平原地下水含水系统特征，将第四系深度内的含水岩组划分为浅层、深层两个含水子系统。浅层地下水系统底界一般在40~60m。在山前平原，由于人为作用，浅层水延伸到120~150m。深层水地下水系统顶界深度由西向东由80m增加到120~150m，底界为第四系底板，深度一般为140~220m。
浅层地下水补给来源主要是大气降水和地表水体的入渗，这两项补给量约占总补给量的80%以上，其中降水补给占补给总量的70%左右。
浅层地下水径流方向基本与含水结构、地貌变化方向相一致。一般由山前平原至滨海平原，由河道带上游至下游，径流强度逐渐减弱。山前平原的水力坡度为1.8～0.5‰，导水系数多大于500～1000m2/d；中部平原水力坡度0.5～0.25‰，导水系数多大于500～100m2/d（河道带）及100～50m2/d（河间带及洼地）；滨海平原水力坡度0.25～0.10‰，导水系数多小于50m2/d。
浅层地下水排泄有人工开采、蒸发消耗。河北平原浅层地下水水位动态属于降水入渗—开采排泄型。年最低水位一般出现在6月底7月初，进入降水补给期，水位上升，至次年开采期前2月底3月初出现最高水位。
河北平原深层地下水属于承压水，与浅层地下水之间除主要冲洪积扇顶部以弱透水层相隔外，其余大部分地区以粘土相隔，而且越往东部及东北部相隔厚度不断增厚，与浅层地下水水力联系较差。
深层地下水的补给来源主要为地下水的侧向补给和浅层地下水的垂直越流补给，其径流方向基本与浅层地下水一致。越是远离补给区，径流速度也就更为缓慢。深层地下水的排泄途径，主要是径流排泄、局部地区的人工开采以及向上部含水层的顶托排泄。由于大量开采地下水，人工开采则成为深层地下水的主要排泄途径。
浅层地下水的矿化度随着地貌及地下水补、径、排条件的变化呈现有规律的分布。全淡水区分布于山前地带，面积33657.4km2。有咸水区分布于中东部平原，面积39471.6km2，其中矿化度小于2g/L的浅层淡水区面积15829.2km2，矿化度2~3g/L的区域面积14118.1km2，矿化度3~5g/L的区域面积5153.7km2，矿化度大于5g/L的区域面积4370.6km2。
三、开采引起的地下水系统变化
河北平原地下水的开发引起的地下水水位下降，使地下水的包气带厚度增加，改变了地下水的入渗条件。在山前平原的大部分地区，地下水水位已下降到8m以下，局部已达40m，因此降雨入渗系数显著减小，导致地下水的主要补给源减少；在中东部平原地区，地下水水位的下降使原来水位埋深小于4m的地带，增加到4~8m。山前平原与山区交界地带，由于平原区的地下水水位下降，使得地下水侧向径流的水力坡度加大，增加了地下水的侧向补给。
自上世纪80年代初，由于超量开采地下水，改变了河北平原流场的形态。至目前，平原区已形成8个浅层水水位下降漏斗和7个深层水水位下降漏斗。超量开采地下水也引起了区域水位下降和含水层疏干，造成水资源紧缺的严峻现实。中部平原由于浅层水位下降，水头低于咸水，从而引起了咸水入侵，浅层淡水和深层淡水水质日趋恶化。
四、浅层地下水质量评价
1、水质优良区：仅在太行山、燕山山前冲积洪积平原小面积零星分布，占河北平原总面积的0.47%。矿化度一般小于300mg/L，总硬度小于150mg/L，主要为重碳酸钙（镁）型水。
2、水质良好区：主要分布在山前冲洪积平原，占总面积的13.60%。矿化度在300~500mg/L之间，总硬度一般小于300mg/L，主要为重碳酸、硫酸钠（钙）型水。
3、水质较好区：主要分布在山前冲洪积平原和中部平原的东部，占总面积的39.46%。矿化度一般在500~1000mg/L，总硬度一般在300~450mg/L，矿化度、总硬度局部有超标现象，硝酸盐个别点超标。
4、水质较差区：主要分布于中部冲湖积平原的中西部和东部沿海冲、湖、海积平原西部，占总面积的39.41%。矿化度一般为1000~2000mg/L，总硬度大部分为450~550mg/L，水化学类型主要是氯化物、硫酸盐型水。总硬度、矿化度、氯离子、硫酸根普遍超标，氟、碘、氨根离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子部分地区超标。
5、水质极差区：主要分布于滨海平原，占总面积的7.05%。矿化度大于2000mg/L，总硬度一般大于550mg/L，水化学类型主要是氯化物型水。矿化度、总硬度、氯等严重超标，其它各种离子均有不同程度的超标现象。
五、深层地下水质量评价
1、水质优良区：主要分布于山前平原北部、中部平原小部分面积，占河北平原总面积的1.54%。在京津以南平原矿化度平均值为478mg/L，在冀东平原矿化度平均值为339.86mg/L。
2、水质良好区：主要分布在山前平原及中部平原中部，其它地区小面积零星分布，占总面积的26.66%。在京津以南平原矿化度平均值为563.8mg/L，在冀东平原矿化度平均值为339.6mg/L。
3、水质较好区：主要分布于中部平原中北部和沿海西部，占总面积的33.38%。在京津以南平原矿化度平均值为787.76mg/L，冀东平原矿化度平均值为484.0mg/L，矿化度、总硬度均有超标现象，NH4、SO4、Cl等半数以上超标，硝酸盐少部分超标。
4、水质较差区：主要分布于中部冲湖积平原南部和中西部，占总面积的43.22%。在京津以南平原矿化度平均值为1234mg/L，在冀东平原矿化度平均值为1114.75mg/L。总硬度、矿化度、Cl、SO4、NH4等超标，F、I、Fe、HNO3等部分超标。
5、水质极差区：主要分布于沧州沿海，占总面积的2.07%。矿化度、Cl等严重超标，NH4、Fe等大部分超标，F部分超标。矿化度平均值为2016mg/L。
六、地下水资源开发利用引起的环境地质问题
地下水的开采必然打破地下水系统的水量均衡、水盐均衡和岩土力学平衡，为了建立新的平衡，地下水系统的水位、水质以及含水介质将产生一系列的变化，而地下水的超量开采更加剧了这些变化，由此引起一系列的环境地质问题。
1、地下水水位下降
地下水资源的开发首先引起地下水系统水动力条件的变化，从局部水位下降到区域性水位下降，从单井水位下降漏斗到区域性水位下降漏斗的演化，与地下水资源的开发过程、开采强度以及影响地下水动态的气象、地质因素密切相关。地下水水位持续下降超过一定的限度后，将导致整个水循环系统的改变，并引起了含水层疏干、地下水储存量减少、调节能力降低以及许多生态环境问题。
近三十年来，由于连年干旱和农业发展的需要，地下水的开采规模加剧，开采量逐渐超过了补给量，并开始大规模开采利用深层地下水，人为因素成为控制地下水动态的主要因素，地下水系统的稳定态被破坏，引起了地下水位的持续性下降。
太行山山前地区，浅层地下水开采强度大，地下水水位平均下降速率为0.4~1.0m/a；冀东平原山前地下水水位平均下降速率为0.25~0.75m/a；太行山前中部平原浅层地下水水位下降自南向北由大变小，南部下降速率0.5~1.0m/a，北部下降速率为0.25~0.5m/a；冀东平原中部浅层地下水水位下降速率0.25~0.5m/a。
太行山山前平原深层地下水水位下降速率0.5~1.0m/a；冀东平原山前深层地下水水位下降速率0.25~0.75m/a；京津以南中部平原深层地下水水位靠近山前平原一侧下降速率1.0~1.5m/a，其余部分下降速率1.5~2.25m/a。冀枣衡漏斗、沧州漏斗、廊坊市漏斗中心地带水位下降速率2.25~3.75m/a；冀东中部平原深层地下水水位下降速率0.75~2.25m/a；沧州滨海、冀东平原滨海深层地下水下降速率1.0~1.5m/a；丰南、唐海滨海深层地下水下降速率1.5~3.0m/a。
由于局部地段地下水的集中超量开采，整个河北平原的地下水排泄量超过了地下水补给量，从而形成了地下水下降漏斗，且漏斗面积逐渐扩大，深度逐渐增大，漏斗之间互相影响，最后形成了大面积的地下水水位复合漏斗。
河北平原浅层地下水水位下降漏斗分布在山前平原城市集中开采区和山前平原与中东部平原交接地带的农业集中开采区。主要有保定市漏斗、石家庄市漏斗、邯郸市漏斗、宁柏隆漏斗、巨新漏斗、天台山漏斗等，漏斗总面积4017km2。
河北平原深层地下水水位下降漏斗分布在中东部平原城市集中开采区和农业集中开采区。主要有冀枣衡漏斗、沧州漏斗、廊坊市漏斗、青县漏斗、大城漏斗、唐山市漏斗、宁河唐海漏斗等，漏斗总面积为10649km2。
2、水污染及水质恶化
河北平原地下水水动力条件的变化使地下水系统原来的水盐平衡被打破，人类活动的加剧使地下水中的有害物质增多，造成了地下水总矿化度的升高、水化学类型改变、氟碘离子升高、海咸水入侵、浅层地下水污染等环境地质问题，所有这些，将不可避免地使整个地下水系统的水质向无序恶化的方向发展。
⑴水质污染
河北平原地下水污染主要分布于城市和河道附近，工业废水是地下水的主要污染源，工业废水中的主要污染物质有：COD、硫化物、BOD5、CN、挥发酚、汞、六价铬、镉、铅、铁、锰、砷、氨氮等。其中以三氮和铁锰污染较为严重，其次为氟、矿化度、总硬度等。
从宏观上看，河北平原地下水的污染面积和主要污染物含量都有增加趋势。由于近年来采取了一系列控制措施，部分城市的污染速度有所减缓。但随着乡镇企业的迅速发展，整体上地下水的污染仍呈加重趋势，而且污染点分散，不易监测控制。
⑵水质恶化
河北平原由于地下水的开采，使得地下水的矿化度和总硬度普遍升高，其中井深小于100m的浅层地下水升高最为明显。
河北平原地下水中分布有高氟水、高碘水及低碘水。随着地下水水位的大幅度下降，使深层地下水的氟离子含量出现升高趋势，面积也有所扩大。由于长期饮用高氟水，河北平原中东部地区普遍存在地方性氟中毒病。
河北平原有咸水区由于浅层和深层淡水的开发，使得咸水的水位与浅层淡水和深层淡水的水位差增大，导致咸淡水边界附近的咸水入侵淡水含水层，水质混合作用使得浅层淡水的水质恶化，矿化度及主要离子含量均增大，咸水面积扩大，淡水面积减少。
3、地面沉降、地裂缝与地面塌陷
⑴地面沉降
受地下水水位下降、地下粘性土厚度和力学性质的控制，河北平原地面沉降逐渐形成了沧州市、保定市、衡水市、任丘市、南宫市、霸州市、大城县、曲周县、唐海县、晋州市等10个沉降中心。其分面范围与地下水水位下降漏斗基本一致，地面沉降量与地下水水位下降幅度呈正相关关系。
⑵地裂缝
自上世纪80年代以来，地裂缝发生的频率明显增高。地裂缝一般具有张性特征，常伴生地现塌陷坑，多集中分布于冲洪积扇前缘、扇间洼地、古河道带、现今河道等地貌部位。由于地下水开采引起的地裂缝一般为地面沉降裂缝和脱水干裂缝。
⑶地面塌陷
河北平原地面塌陷分为岩溶塌陷和土层塌陷，常和地裂缝相伴生。岩溶塌陷主要分布于唐山市区附近及保定市徐水县，土层塌陷则分散分布于太行山山前平原与中部平原交接地带。地面塌陷多是由过量开采地下水、短时暴雨、地下水渗透潜蚀、土体失水干缩等因素引起。
七、河北平原地下水环境治理对策
河北平原地下水环境问题突出的主要原因是水资源、地质环境和经济发展之间的不协调。主要表现为：水资源时空分布不均；地质环境脆弱；社会经济需水用水结构不合理等。解决这些矛盾的根本出路在于从河北平原的特点出发，抓住制约系统协调发展的关键，综合治理，开源节流，保护环境，调整工农业产业结构，抑制需求，减少浪费，使河北平原地下水资源、地质环境和社会经济系统逐步实现良性循环。综合考虑河北平原地下水资源、地质环境、社会经济现状和2010年规划，河北平原地下水环境对策主要有以下几点：
1、地下水开采布局调整
将河北平原地下水的开采布局局划分为调增开采区、调减开采区、控制开采区、适度超采区和禁采区五类地区，最大限度发挥地下水潜力，不仅可以缓解河北平原水资源的供需矛盾，对控制环境地质问题也具有十分重要的意义。
2、地下水开源对策
⑴地下水调蓄：在太行山和燕山山前，分面着诸多河流冲洪积扇，这些冲洪积扇岩性以砂、砂砾石夹薄层粘土为主，厚度大，分布稳定，是地下水垂向补给的重要地段。若采取一定措施，通过地表水与地下水的联合调度，就可实现地下水库的季节或多年调节达到稳定供水。
⑵土壤水调控：土壤水是农业水资源中最重要的组成部分，土壤水调控主要是根据农作物的需水规律，利用保墒措施、种植措施、节水灌溉技术等进行。
⑶咸水改造利用：通过试验，咸水可用来灌溉小麦、棉花、玉米等农作物，如能充分利用河北平原大量的地下咸水资源，不但为工农业开辟了水源，而且可能增大地表水入渗，调节浅层地下水的补给，缓解中东部平原水资源供需矛盾突出的状况。
3、地下水节水对策
⑴河北平原工业节水对策
河北平原工业耗水量大的产业所占比重大，工业用水浪费也比较严重，重复利用率低，节水潜力较大。因此，应大力发展耗水量小的工业和高科技产业，逐步调整产业结构和产业布局。在水资源短缺的地区，发展节水型工业，在沿海地区，充分利用海水，减少淡水利用量。
其次，应大力提高水的重复利用率，对污水进行处理后回收利用，这样，不仅可以减少地下水的开采量，更重要的是对防止地下水的污染也将起到重要作用。
⑵河北平原农业节水对策
河北平原农业用水占总用水量的85%，因此，要实现河北平原水资源的供需平衡，还需要大力开展农业节水，推广节水灌溉技术，建立节水农业。农业节水是一项系统工程，包括节水灌溉技术、节水耕作技术和节水农业结构以及良种法、科学施肥、土壤改良待一系列措施，必须针对不同地区的农业、水资源、土壤、光热资源待综合考虑，综合治理，才能达到节水增产的目的。
4、地下水环境保护与治理对策
⑴加强工业“三废”综合治理，改革生产工艺和流程，提高废水处理率和循环利用率，严禁超标排放；
⑵重点加强城市工业、生活排污方式管理，完善污水管道体系，建立相应的污水处理厂；
⑶科学施用化肥、农药，控制施用量，禁用长效、剧毒、高残留农药；
⑷在地下水重要补给地段和城市主要供水水源地，建立水源防护带，严禁垃圾堆放和污水排放；
⑸合理开发利用地下水资源，力争采补平衡，控制漏斗扩展。
⑹在沧州、唐山、秦皇岛靠近海区，建立保护带，充分利用地表水资源，限制和减少开采地下水资源，以达到控制地下水水位下降，防止海咸水入侵的目的；
⑺加强氟病、地甲病环境水文地质条件的研究，防病改水，寻找含氟、碘适宜的饮用水源。
八、结论
河北平原是水资源较为缺乏的地区，多年平均降水量为558.2mm，人均水资源量仅为全国平均水平的四分之一。自上世纪70年代以来，河北平原进入相对干旱期，大气降水量锐减。而随着社会经济的不断发展，对水资源的需求不断增加，因地表水有限，更加大了地下水的开采量。水资源量的不足，已经严重制约着河北平原社会经济的可持续发展。
水资源的大规模开发引起了许多环境地质问题和地质灾害。如：区域地下水水位下降；水质污染与水质恶化；地面沉降、地裂缝与地面塌陷。此外，水资源的大规模开发还引起了水土流失加重、土地沙化、风暴潮加剧、植被破坏等生态环境问题。
针对河北平原地下水资源的问题，应从以下几方面着手解决：
1、开源：立足本地区水资源，挖掘本地区水资源潜力。对目前地下水开采布局进行调整，采取有效措施，大力开发中东部平原的微咸水和咸水，处理利用污水；
2、节流：大力开展工农业节水。目前，河北平原工农业产业结构还不尽合理，工农业用水水平还较低，节水潜力还很大。因此，应逐步调整产业结构和布局，推广节水技术，降低工业万元产值耗水量和农业灌溉综合定额。
3、调水：在依靠本地区开源和节流的同时，尽快实施南水北调工程，届时，可大大缓解河北平原供水紧张状况。
4、保护地质环境，实现可持续发展。目前，由于超采地下水，已经产生了一系列地下水环境与地质环境问题。如果不加强河北平原的地质环境的保护，将造成水资源紧张、地质环境恶化、社会经济发展停滞的恶性循环。因此，应加大对地下水开采的调控及地质环境的保护力度，使河北平原地下水资源环境得到有效保护，从面保证社会经济的可持续协调发展。 |
