上海市應(yīng)急供水（兼回灌)深井規(guī)劃選址初步分析

朱曉強 俞俊英 劉金寶

（1.上海市地質(zhì)調(diào)查研究院 上海 200072;2.國土資源部地面沉降監(jiān)測與防治重點實驗室 上海 200072)

1 引言

改革開放以來，國內(nèi)城市化進程不斷加快，水資源在經(jīng)濟社會發(fā)展中的重要性日益凸顯。尤其是近年來各地水污染事件頻發(fā)，給人們的飲水安全帶來了嚴重隱患。作為中國經(jīng)濟發(fā)展制高點的上海市，一方面先天的地理優(yōu)勢給予了它充足的地表水源，但另一方面地表水質(zhì)卻又受制于上游來水，一定程度上增加了上海市供水安全的不確定性。為最大限度地減小突發(fā)供水事件所帶來的不利影響，上海市結(jié)合自身特點將轄區(qū)內(nèi)所蘊含的優(yōu)質(zhì)地下水資源作為應(yīng)急儲備水源，并規(guī)劃建立覆蓋全市范圍的地下水應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)。然而，該應(yīng)急供水網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)決定其僅在緊急狀況下啟用，平時則長期處于閑置狀態(tài)。為充分發(fā)揮其功用，根據(jù)《上海市地面沉降防治管理條例》及上海市應(yīng)急供水水源地建設(shè)的相關(guān)要求，上海市擬結(jié)合本市部分體育場、綠地、醫(yī)院、公園等應(yīng)急避難場所建設(shè)，選擇其中符合水文地質(zhì)條件的區(qū)域，規(guī)劃建設(shè)應(yīng)急供水（兼回灌)深井，應(yīng)急狀態(tài)下作為應(yīng)急供水水源使用，有需要時用作地下水回灌以發(fā)揮日常地面沉降防治功能。

2 規(guī)劃選址的影響因素

上海市應(yīng)急供水（兼回灌)深井的規(guī)劃建設(shè)除考慮應(yīng)急避難場所的布局外，區(qū)域水文地質(zhì)條件、目的含水層的地下水水位現(xiàn)狀及地面沉降發(fā)育程度等成為規(guī)劃選址最重要的基礎(chǔ)性決定因素。

2.1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

上海位于長江三角洲東緣，太湖流域下游，第四系松散層發(fā)育，分布有多層以含礫中粗砂、中細砂或砂礫石的含水層。其中所蘊含的孔隙水可根據(jù)成因和水動力條件的不同劃分為7個含水層，即潛水含水層、微承壓含水層、第一～五承壓含水層。那么，規(guī)劃建設(shè)應(yīng)急供水（兼回灌)深井的區(qū)域應(yīng)具備怎樣的水文地質(zhì)條件才是適宜的呢，以下對上海市水文地質(zhì)條件的發(fā)育情況進行簡要的分析。

（1)潛水、微承壓含水層

潛水、微承壓含水層在全區(qū)普遍分布，但厚度發(fā)育狀況差異性大，富水性差，潛水水質(zhì)以淡水為主，微承壓水質(zhì)以微咸水～咸水為主，因此無集中供水價值。

（2)第一承壓含水層

第一承壓含水層在全區(qū)除嘉定大部、寶山北部、青浦淀山湖地區(qū)及崇明島缺失外，其余地區(qū)均有發(fā)育。該含水層在全區(qū)富水性差異性較大且水質(zhì)差，礦化度以 3～10g/L為主，因此除工程建設(shè)外未被開采利用。

（3)第二、第三承壓含水層

第二、第三承壓含水層在全區(qū)除基巖凸起區(qū)外普遍分布，且厚度較大，富水性較強，但水質(zhì)一般，淡水分布面積僅占全區(qū)的20%～40%。此外，為遏制由過量開采地下水（主要是第二、第三承壓含水層)而引起的地面沉降不斷惡化的趨勢，上世紀 60年代中期起，壓縮開采量、調(diào)整開采層次（轉(zhuǎn)為更深的第四、第五承壓含水層)及地下水人工回灌等一系列措施相繼開展。目前第二、第三承壓含水層地下水位已恢復(fù)至較高的水平，因此不宜將其選為新建應(yīng)急供水（兼回灌)深井的目的含水層。

（4)第四、第五承壓含水層

第四、第五承壓含水層在全區(qū)除基巖淺埋處無堆積外分布較為廣泛，厚度較大、富水性好、水質(zhì)佳，有相當數(shù)量的開采井已被發(fā)現(xiàn)其地下水為富含鍶、偏硅酸的優(yōu)質(zhì)礦泉水，故是上海地區(qū)最良好的飲用水源。鑒于地下水開采層次的調(diào)整，上世紀 70年代起，第四、第五承壓含水層的開采量急劇增加，導(dǎo)致全市范圍內(nèi)發(fā)育多個地下水位降落漏斗，整體水位一再降低。近年來，伴隨著全市地下水開采量的不斷壓縮及地下水人工回灌量的逐步增大，目前該含水層地下水位呈緩步回升的態(tài)勢，但仍處于較低水平。因此，從應(yīng)急開采水源的質(zhì)、量及人工回灌的水力梯度、儲水空間等方面來說，規(guī)劃新建應(yīng)急供水兼（回灌)深井時選取該含水層是切實可行的。

2.2 地面沉降發(fā)育狀況

地面沉降是指自然和人為因素作用下地面高程降低的現(xiàn)象。除地殼升降運動、土體自然固結(jié)等自然因素外，人為因素（主要表現(xiàn)為開采地下流體資源、固體礦產(chǎn)等活動)在地面沉降中的作用日益凸顯。經(jīng)過 50多年的勘查監(jiān)測與分析研究，對導(dǎo)致上海地面沉降的影響因素已經(jīng)有了清晰、正確和符合實際的判斷和認識。即：大量開采地下水是主要原因，而第四紀未固結(jié)松散地層的壓縮變形是內(nèi)在因素。經(jīng)過幾十年多方的共同努力，地面沉降防治效果持續(xù)體現(xiàn)，全市年平均地面沉降量已由上世紀中期幾十毫米減少至如今的十毫米以內(nèi)，地下水人工回灌作為上海地區(qū)防控地面沉降措施之一在這其中發(fā)揮了重要的作用。

目前，全市地面沉降持續(xù)保持逐步趨緩的態(tài)勢，但地面沉降的差異性仍較明顯。據(jù)最新監(jiān)測資料，全市范圍內(nèi)閔行華漕地區(qū)、浦東外高橋地區(qū)以及楊浦區(qū)等局部區(qū)域地面沉降較大，年度沉降量均超過10mm，其余地區(qū)地面沉降量較小，一般小于5mm，局部地區(qū)還表現(xiàn)出地面回彈的趨勢。為更好的貫徹實施《上海市地面沉降防治管理條例》等法規(guī)的要求，做好地面沉降防控工作，在規(guī)劃建設(shè)應(yīng)急供水（兼回灌)深井時，應(yīng)結(jié)合全市地面沉降發(fā)育現(xiàn)狀，重點考慮地面沉降發(fā)育程度相對嚴重的區(qū)域。

3 應(yīng)急開采及回灌對地質(zhì)環(huán)境的影響

作為深受地面沉降威脅與困擾的上海市，近年來在大幅壓減地下水開采量的背景下，規(guī)劃建設(shè)應(yīng)急供水（兼回灌)深井，未來對全市地下水位分布及地面沉降的發(fā)育會造成什么附加影響呢？以浦東新區(qū)某已建第四承壓含水層應(yīng)急供水（兼回灌)深井為例，運用數(shù)值模擬的手段對其未來運行過程所產(chǎn)生的的附加影響進行預(yù)測。該深井所在場區(qū)第四承壓含水層埋深160m左右，層厚約80m，富水性良好（3000m3/d左右)，水質(zhì)佳，礦化度為0.5g/L。

應(yīng)用三維非穩(wěn)定流地下水運動—一維地面沉降非線性耦合模型，選取經(jīng)擬合校正及檢驗后的水文地質(zhì)參數(shù)，取最近一個月末水位作為初始水位，周邊取二類流量邊界，預(yù)測模擬的時間步長選為30d、60d、90d。設(shè)定其單井應(yīng)急開采量為 2000m3/d，單井年回灌量 104m3，選取合適的模擬時間預(yù)測應(yīng)急開采和人工回灌對地下水位及地面沉降的附加影響。

經(jīng)預(yù)測，開采 30天后，最大水位降深為0.85m，最大影響范圍距該井約0.85km；最大地面沉降附加下降量約為1.3mm，最大影響范圍距該井約 1.1km；開采 60天后，最大水位降深為0.95m，最大影響范圍距該井約1.25km；最大地面沉降附加下降量約為1.45mm，最大影響范圍距該井約1.45km；開采90天后，最大水位降深為1.45m，最大影響范圍距該井約1.5km；最大地面沉降附加下降量約為1.6mm，最大影響范圍距該井約1.9km。此外，應(yīng)急備用開采井在全區(qū)范圍呈零星點狀分布，并且應(yīng)急開采與一般開發(fā)利用不同，其具有短暫、臨時、抽取數(shù)量很有限的特點。因此，應(yīng)急開采地下水對地下水位及地面沉降附加影響均十分有限。

當單井回灌量達到104m3/a時，該深井附近地區(qū)地下水水位普遍抬升0.05～0.11 m，最大影響范圍達2.3km；此外，實施人工回灌 104m3/a后，其對地面沉降產(chǎn)生減少沉降的效應(yīng)，表現(xiàn)為該深井附近地面普遍少沉了0.10～0.20 mm，最大影響范圍達2.1km。因此，應(yīng)急供水（兼回灌)深井未來發(fā)揮地下水回灌功能時，作為點狀設(shè)施對局部區(qū)域控制地面沉降能夠起到一定的作用，而作為構(gòu)建全市地下水回灌網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，對全市地面沉降防控工作來說不可或缺。

4 結(jié)語

上海市自2009年開始規(guī)劃建設(shè)應(yīng)急供水（兼回灌)深井，截至 2013年底，全市已建成應(yīng)急供水（兼回灌)深井 31口，主要分布在中心城區(qū)、金山區(qū)及崇明縣南部等區(qū)域。然而，對比2020年全市規(guī)劃常住人口約2600-2700萬人的規(guī)模，全市應(yīng)急供水體系尚處于起步階段，現(xiàn)狀條件下仍有較大的應(yīng)急供水缺口，應(yīng)急供水設(shè)施布局也不盡合理。為進一步科學(xué)合理地建設(shè)完善全市地下水應(yīng)急供水體系，本市已開展了《上海市地面沉降監(jiān)測和防治設(shè)施布局專項規(guī)劃（2013-2020年)》，其中分規(guī)劃“地下水專門回灌井及應(yīng)急備用井布局專項規(guī)劃”指出，上海市近期將新建應(yīng)急供水（兼回灌)深井64口，遠期新建286口，最終將逐步覆蓋全市范圍。

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