三江平原地下水位變化及地面沉降分析

趙子龍，金有，韓雪，馬大男(．黑龍江科技大學(xué)，黑龍江哈爾濱 500;．雙城市水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì)，黑龍江哈爾濱 5000)

三江平原位于黑龍江省東北部，位于47°11'30″～48°21'25″N，129°46'42″～134°45'20″E，總面積 108 800 km2［1］。三江平原在開發(fā)初期，地下水動(dòng)態(tài)變化沒有引起人們的足夠重視，基本處于較為原始的狀態(tài)，地下水開采量較少。但是，在20世紀(jì)90年代后，由于井灌水稻生產(chǎn)抽取大量的地下水，地下水進(jìn)入大規(guī)模開采階段，出現(xiàn)了水位區(qū)域性下降，年平均降速0．5～1．0 m，局部地區(qū)2．2 ～2．8 m。如2000 年的地下水位同20世紀(jì)80年代中期相比，濃江一帶地區(qū)地下水位埋深由6～8 m降至16～29 m;局部地區(qū)如前哨農(nóng)場25隊(duì)地下水位降至25 m;二級(jí)階地區(qū)地下水位埋深由4～6 m降至8～15 m;一級(jí)階地區(qū)地下水位埋深由2～3 m降至3．50～6．95 m。有些局部地區(qū)由于開采井密度過大，超量開采地下水，導(dǎo)致形成大面積擴(kuò)展性降落漏斗［3］。

隨著三江平原區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)各部門、各行業(yè)對(duì)水資源的需求量越來越大，對(duì)水環(huán)境的保護(hù)要求越來越迫切［4］。由于多年水利發(fā)展的滯后和水利工程建設(shè)的薄弱，該區(qū)水資源供需矛盾突出，導(dǎo)致平原區(qū)內(nèi)地下水水位急劇下降，出現(xiàn)地面沉降等現(xiàn)象。對(duì)三江平原地下水開采引起地面沉降進(jìn)行研究，并指導(dǎo)三江平原合理開采和優(yōu)化利用地下水，可帶來重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)可供其他區(qū)域研究開采地下水引起地面沉降時(shí)參考應(yīng)用。因此，對(duì)三江平原水資源開發(fā)利用導(dǎo)致地面沉降的研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

1．1 地形地貌 三江平原的地貌廣闊低平，徑流緩慢，洪峰突發(fā)的河流，以及季節(jié)性凍融的粘重土質(zhì)，促使地表長期過濕，積水過多，形成大面積沼澤水體和沼澤化植被、土壤，構(gòu)成了獨(dú)特的沼澤景觀。沼澤與沼澤化土地面積約240萬hm2，是我國最大的沼澤分布區(qū)。

1．2 地質(zhì)特征 三江平原是新華夏構(gòu)造體系第二隆起帶北端的一個(gè)拗陷帶，在大地構(gòu)造上屬同江內(nèi)陸斷陷。它是在前古生代變質(zhì)巖、古生代和中生代沉積巖組成的基底上，經(jīng)第三紀(jì)拗陷(斷陷)而形成的盆地。

1．3 水文地質(zhì)條件 在漫長的地質(zhì)歷史時(shí)期，經(jīng)歷了地殼運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)的外動(dòng)力地質(zhì)作用，形成了北西、南西環(huán)山，中間平原廣泛分布，殘山丘陵散立其間的總體構(gòu)造格局。從而決定了區(qū)內(nèi)第四系松散巖類孔隙水廣泛分布，基巖裂隙水分布于低山丘陵區(qū)，第三系碎屑巖裂隙孔隙水埋藏于第四系之下這一基本水文地質(zhì)特征。廣大的平原區(qū)，在第四紀(jì)地質(zhì)時(shí)期沉積了大厚度以砂礫石為主的松散沉積物，賦存了豐富的第四系松散巖類裂隙水。地下水類型以潛水為主，但由于局部表層粘性土厚度變大，使地下水微具承壓性。第四系砂礫石孔隙潛水和孔隙弱承壓水之間，除大氣降水的補(bǔ)給強(qiáng)度和水力性質(zhì)有所差異而外，其他水文地質(zhì)特征基本相同，具有含水層厚度大，結(jié)構(gòu)單一，分布穩(wěn)定，單井涌水量大等特點(diǎn)。

2 三江平原行政區(qū)劃地下水位下降分析

三江平原行政區(qū)域包括佳木斯市、鶴崗市、雙鴨山市、七臺(tái)河市和雞西市等所屬的21個(gè)縣(市)和哈爾濱市所屬的依蘭縣，境內(nèi)有52個(gè)國有農(nóng)場和8個(gè)森工局。總面積約10．89萬 km2，總?cè)丝?62．5萬人，人口密度約為79人/km2。以行政區(qū)為單位對(duì)地下水水位下降形勢(shì)進(jìn)行分析(圖1)。

2．1 佳木斯市 佳木斯市城區(qū)于20世紀(jì)80年代初，隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，大規(guī)模地開采地下水，主要開采第四系砂礫石潛水。由于集中過量的開采，引起地下水位下降，逐步形成東西兩個(gè)降落中心的紡錘形降落漏斗。1995年，漏斗范圍西起四合屯、東至模范村，枯水期東西長約17 km，南北寬約3 km，總面積約50 km2。其中，東部漏斗中心(二水源地)地下水位71．23 m，水位埋深8．67 m;西部漏斗中心(化學(xué)制藥廠水源地)地下水位72．88 m，水位埋深8．36 m。到了1997年，枯水期漏斗面積已達(dá)57．3 km2，東部漏斗中心移至一水源地，漏斗中心地下水位70．70 m，水位埋深9．71 m;西部漏斗中心移至六水源地，水位埋深為8．70 m，漏斗中心地下水位71．69 m，平均下降8 m左右。另外，一些農(nóng)場由于大面積的旱田改造成水田，大量地抽取地下水，地下水位迅速下降。1997年開采區(qū)最大水位埋深達(dá)11．47 m，年水位變幅4．12 m，已導(dǎo)致周圍地區(qū)的居民自備水井取不上水來。這些水田井灌區(qū)如長期大量開采地下水，將產(chǎn)生降落漏斗，影響農(nóng)田灌溉和富錦地區(qū)居民的生活用水，并造成整個(gè)開采區(qū)域的環(huán)境惡化。

2．2 鶴崗市 由于鶴崗市煤炭含水層的疏干和大量的自備井超量開采地下水，導(dǎo)致了以礦區(qū)為中心不同程度的地面沉降現(xiàn)象，其中，最嚴(yán)重的地面沉降造成深度為30 m的地面塌陷，塌陷區(qū)總面積為37．72 km2，最大開裂寬度為3 m［5］。在地面沉降區(qū)，因?yàn)槊簩娱L期地對(duì)地下水進(jìn)行疏干，從而使得地下水位明顯下降，并且出現(xiàn)涌水衰減，導(dǎo)致沉降區(qū)周圍地下水嚴(yán)重缺乏［6］。

2．3 雙鴨山市 雙鴨山市是黑龍江省重要產(chǎn)煤基地，多年來由于煤礦生產(chǎn)大量疏干地下水，造成了以礦區(qū)為中心范圍不等的地面塌陷，至1997年塌陷面積已達(dá)4．34 km2，其中四方臺(tái)礦塌陷面積0．46 km2，寶山礦塌陷面積0．14 km2，七星礦塌陷面積0．76 km2，集賢礦塌陷面積2．98 km2。受礦區(qū)疏干地下水的影響，雙鴨山市區(qū)第四系淺層地下水開發(fā)潛力明顯減少。市政水源地原有11眼井，開采深度為25～35 m，開采后水位埋深達(dá)15～20 m，地下水位大幅度下降，年平均水位下降1 m左右，單井涌水量逐漸減至500 m3/d左右，第四系淺層地下水已沒有開發(fā)潛力，該水源地于1996年停用。在啤酒廠一帶及向陽小區(qū)周圍局部出現(xiàn)降落漏斗，單井涌水量逐年減少。

2．4 七臺(tái)河市 七臺(tái)河市經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以煤炭生產(chǎn)為主，原煤開采量已超過1 500萬t，造成每年疏干地下水2 900萬t。由于大量的地下水被疏干排走，致使位處主要采煤區(qū)的新興區(qū)、茄子河區(qū)、桃山區(qū)的局部地區(qū)出現(xiàn)了地下水超采現(xiàn)象，形成了地下水降落漏斗。據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)，新興區(qū)的新興礦、新建礦疏干區(qū)面積已達(dá)11．8 km2，桃山區(qū)的桃山礦疏干區(qū)面積近2．2 km2，茄子河區(qū)的北崗礦、茄子河煤礦、富強(qiáng)礦、龍湖礦等疏干面積近9．6 km2。上述疏干區(qū)均已成為深層水超采區(qū)。由于煤礦疏干區(qū)的過量開采，導(dǎo)致地下水位下降，其中新興區(qū)最為嚴(yán)重，最深處可達(dá)500 m，造成水量不足和部分機(jī)(電)井報(bào)廢［7］。部分農(nóng)田由于失去了水源而無法灌溉，部分工礦由于沒有水源而導(dǎo)致被迫停產(chǎn)，部分預(yù)期建設(shè)的廠礦停建，極大程度上影響了七臺(tái)河市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的生活。

2．5 雞西市 在雞西市城區(qū)，由于地下水超采已經(jīng)形成了兩個(gè)降落漏斗，淺層地下水超采量達(dá)128．7萬m3，超采系數(shù)達(dá)1．25，水位最大降深達(dá)55 m，城區(qū)地下水位下降1．2～2．0 m。城區(qū)雞西發(fā)電廠、自來水廠在1995年發(fā)生多處地面塌陷及護(hù)坡滑塌，經(jīng)質(zhì)檢部門鑒定，是由于過量開采地下水造成的。同年修建北環(huán)穆棱河橋，出現(xiàn)墩位位移，橋面報(bào)廢重大事故，經(jīng)確認(rèn)主要原因也是地下水超采。市區(qū)多起建筑物裂紋事故也屬于地下水超采造成的。

3 對(duì)策建議

(1)大力開展“引松補(bǔ)撓”項(xiàng)目，將松花江中的水引入撓力河流域，對(duì)撓力河流域的水資源進(jìn)行補(bǔ)給，從而有效治理饒河流域的地面沉降等相關(guān)問題。

(2)對(duì)農(nóng)田灌區(qū)要進(jìn)行“水資源論證”。通過水文地質(zhì)勘察，確定地下水水位，計(jì)算地下水資源量，通過計(jì)算論證得到合理的開采量和開采方案。對(duì)于布井不合理的灌溉工程，要進(jìn)行重新規(guī)劃，根據(jù)合理的布井方案布井，保護(hù)地下水資源，杜絕地下水超采現(xiàn)象。根據(jù)城市水資源規(guī)劃，以開采淺層地下水為主，嚴(yán)格控制深層水的開采;興建新水源，增加供水量，逐步取消自備井，達(dá)到統(tǒng)一開采，統(tǒng)一供水;嚴(yán)格執(zhí)行取水計(jì)量制度，節(jié)約用水，提高企業(yè)用水的重復(fù)利用率，使城市地下水位逐漸回升，漏斗面積逐漸縮小。

(3)建立健全監(jiān)測機(jī)構(gòu)，統(tǒng)一管理，增加經(jīng)費(fèi)投入，盡快解決監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋面過小的問題;區(qū)域性動(dòng)態(tài)監(jiān)測井網(wǎng)的布局及觀測井結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮區(qū)域水文地質(zhì)條件和含水層結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置基本觀測井及一般觀測井。需合理布設(shè)觀測井，以便及時(shí)反映地下水的動(dòng)態(tài)變化和水質(zhì)情況。

(4)通過研究得到節(jié)約水資源的灌溉技術(shù)，提高灌溉水的利用率，從而節(jié)約水資源。推廣高效節(jié)水灌溉工程，增加糧食產(chǎn)量。

［1］扈靜．三江平原濕地水生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)體系研究［D］．哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)，2012．

［2］劉貴花．三江平原撓力河流域水文要素變化特征及其影響研究［D］．長春:中國科學(xué)院研究生院(東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)，2013．

［3］姜秋香．三江平原水土資源承載力評(píng)價(jià)及其可持續(xù)利用動(dòng)態(tài)仿真研究［D］．哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011．

［4］任守德．基于宏微觀尺度的三江平原農(nóng)業(yè)水土資源承載力研究［D］．哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011．

［5］于向陽，侯鳳，尹喜霖，等．鶴崗市區(qū)水資源開發(fā)利用存在問題及其措施［J］．水利科技與經(jīng)濟(jì)，2003(3):222 －224．

［6］周連梅，張鳳華，周淑英．鶴崗市地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在問題淺析［J］．黑龍江水利科技，2008(5):106．

［7］陳鳳全，李巖峰，王玉榮．七臺(tái)河市水利發(fā)展總體思路［J］．黑龍江水利科技，2006(4):152－153．