沈陽地下水降落漏斗的發(fā)展變化及現(xiàn)狀研究

劉　強，崔　健，孟玉妥

(中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110034)

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沈陽地下水降落漏斗的發(fā)展變化及現(xiàn)狀研究

劉強，崔健，孟玉妥

(中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110034)

沈陽市地下水開采的為城市和居民生活提供了必要的資源保證。 90年代以前由于地下水的過量開采，使得地下水的均衡場被破壞，地下水降落漏斗形成面積不斷擴大。上世紀90年代以來，沈陽市有關(guān)部門采取措施，限制地下水開采，使開采量逐年減少，漏斗面積恢復(fù)變小。主要研究沈陽市主要地下水降落漏斗的形成、分布及演化規(guī)律進行分析研究，并結(jié)合實際提出可持續(xù)利用的建議。

地下水；地下水降落漏斗；均衡場

沈陽市是遼寧省省會，是全省的政治中心，也是我國東北地區(qū)最大的經(jīng)濟中心城市和全國重要的工業(yè)基地。沈陽市轄和平、沈河、大東、鐵西、皇姑、渾南新區(qū)、沈北新區(qū)、蘇家屯、東陵和于洪。沈陽地區(qū)氣候類型屬北溫帶，亞洲季風(fēng)氣候區(qū)北緣，受季風(fēng)影響的溫濕和半溫濕大陸性氣候。其主要特點是季風(fēng)氣候特征明顯，四季分明，降水集中，日照充足。春季多西南大風(fēng)，蒸發(fā)量大，易春旱；夏季高溫多雨，盛吹南風(fēng)和東南風(fēng)，雨熱同季的氣候特點對農(nóng)作物的生長發(fā)育極為有利；秋季風(fēng)小，多晴朗天氣；冬季寒冷干燥，雨雪稀少，盛吹北風(fēng)和西北風(fēng)。年平均氣溫8℃，7月最熱，平均氣溫24.6℃，l月最冷，平均氣溫零下11.8℃。無霜期185 d。年平均降水量598.9 mm，最大年降水量845.8 mm，最小年降水量432.2 mm。全市年降水量的分布是自東南向西北逐漸減少，東陵區(qū)最多。全年日照時數(shù)2 541 h。

圖1　研究區(qū)地理位置圖

研究區(qū)所在區(qū)域地勢東高西低，北高南低，東部屬遼東丘陵山地邊緣，高程在200～300 m，向西漸為50～100 m的山前傾斜平原和20～50 m的沖積平原。區(qū)域內(nèi)有渾河自東北向西南流，此外有細河、新開河等河流(見圖1)。

圖2　1962地下水等水位線

圖3　1975地下水等水位線

沈陽出露的地層主要為第四系沖、洪積松散堆積物。第四系下更新統(tǒng)(Q1與Q2)地層僅分布在東部山前地帶，組成波狀起伏的臺地，由冰水堆積的砂混泥礫組成，厚度為0.5～20 m；上覆Q3的亞粘土、砂土層，是不整合接觸，其厚度為10～15 m左右；向中西部該層較發(fā)育，以一套亞粘土、砂、中粗砂、礫砂層組成渾河老扇，地層總厚度40～50 m，半膠結(jié)，其下部零星分布有第三系砂礫巖。渾河新扇由第四系全新統(tǒng)砂土，砂礫石層組成，疊加在老扇之上，由于河流的沖刷切割，呈條帶狀出露，與全新統(tǒng)的漫灘沖積無明顯的界線。含水層主要為第四系砂、中粗砂、礫砂層，含水層厚度大，水量豐富。

圖4　1978地下水等水位線

圖5　1979地下水等水位線

圖6　1999地下水等水位線

1　沈陽主要漏斗的形成及演化

有資料記載的沈陽地下水降落漏斗始見于1956年，漏斗面積為7 km2，主要分布在鐵西區(qū)蓄電池廠、拖拉機廠、機床一廠、造紙一廠一帶，地下水最大埋深8～10 m。1962年降落漏斗基本上還處于小面積零星狀態(tài)，漏斗區(qū)總面積44.5 km2，其中鐵西漏斗最大，面積33 km2。1970-1977年，隨著開采量迅速增加，漏斗范圍逐年擴大，形成了區(qū)域性大面積分布狀態(tài)。其范圍以北起望花屯南至青年大街一帶的32、33 m等水位線為地下分水嶺，形成了西部和東部兩大降落漏斗區(qū)。1978年以后，東西兩大漏斗聯(lián)成一體，渾河以北的沈陽市區(qū)基本上都成為漏斗分布區(qū)。80年代，漏斗區(qū)域繼續(xù)擴大，但增速減緩。1993年漏斗面積達到最大值，為237.7 km2。

圖7　2003地下水等水位線

圖8　2004地下水等水位線

1990年以后，由于采取了一系列的開采措施，沈陽市地下水降落漏斗開始縮小，至90年代末期，漏斗面積已不足100 km2，漏斗區(qū)也重新分成東部和西部兩部分。2000年后，漏斗區(qū)縮小速度加快，西部漏斗中心向西移至市政于洪水源，該降落漏斗目前仍然是沈陽市最大的一個，其面積2003年枯水期33.25 km2，2005年枯水期16.1 km2；(表一中列舉的漏斗面積自2001年起為西部漏斗)原東部漏斗縮小北移至望花以北地區(qū)。

從沈陽地下水降落漏斗動態(tài)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，90年代以來沈陽地下水降落漏斗面積持續(xù)縮小，漏斗中心水位埋深不斷升高。其中2004年時漏斗面積達到10.25 km2，枯水期水位埋深達到最低11.82 m。

現(xiàn)以張士、于洪水源、工人村水源、興華街與北三路交匯地、大成供水所、北大營街5個點做一剖面，結(jié)合歷史年份的地下水等水位線圖研究沈陽地下水水位變化特征，可以發(fā)現(xiàn)1962、1975、1978、1979地下水漏斗面積和漏斗深度依依次變大，漏斗中心主要集中在興華街與北三路交叉附近。1999、2003、2004、2009年地下水漏斗中心在于洪水源附近，總體地下水位逐步恢復(fù)，漏斗面積和漏斗深度逐漸縮小(圖2～圖10)。

表1　城區(qū)主要漏斗動態(tài)變化統(tǒng)計表

圖9　2009地下水等水位線

2　現(xiàn)階段沈陽地區(qū)主要地下水降落漏斗

進入21世紀以來，沈陽主要的地下水降落漏斗分布特征以零散分布為主，城區(qū)西部漏斗面積繼續(xù)縮減，2001年86.5 km2縮減至2008年18.5 km2，縮減78.6%，其中以2004、2005、2006面積最小，漏斗中心西移至于洪水源。城區(qū)東部漏斗逐漸縮減并同時向北移動被望花漏斗取代。東部漏斗與望花漏斗共存的時間有2003、2004、以及2005年豐水期，望花漏斗出現(xiàn)后面積變化不大，枯水期歷年平均為6.64 km2，漏斗中心水位埋深也比較穩(wěn)定，枯水期歷年平均22.59 m。2001-2008年長期存在的地下水降落漏斗還有石佛寺、尹家、競賽，在個別年份出現(xiàn)的漏斗有芳士、郎家、張官、李巴彥。綜合看來沈陽市地下水降落漏斗分布地區(qū)主要以水源地為中心如：城區(qū)西部于洪水源、李巴彥水源、郎家水源、黃家水源、競賽水源、芳士水源，據(jù)統(tǒng)計沈陽市共有自來水廠9個，實際開采井428眼，年開采量可達4.4億 m3，長期開采的周圍均可形成大小不一的地下水降落漏斗。21世紀以來沈陽市區(qū)地下水降落漏斗2002年達到最大面積230.4 km2，最小為2006年為49.13 km2。2001-2008年降幅達到25%。

圖10　各年度地下水位剖面圖

圖11　沈陽歷年地下水開采量圖

3　結(jié)語

(1)應(yīng)保持沈陽市城區(qū)地下水開采量5×108m3/a，防止地下水降落漏斗擴大，以及地下水位過快恢復(fù)。由圖11可知，沈陽市地下水降落漏斗的面積變化規(guī)律與地下水開采量變化趨勢一致，1943-1983年開采量持續(xù)增加，到1983年達到5.73×108m3/a，地下水降落漏斗面積也從最初的1956年7 km2增加到1993年237 km2，地下水降落漏斗也從以前分散、零星連成一片大漏斗，以至于沈陽渾河北岸都處于漏斗之中(見圖2-圖5)。1983年后地下水開采量呈現(xiàn)逐步下降，至2005年下降到3.85×108m3/a，地下水降落漏斗也從1993年開始逐年縮小，可以看出沈陽地下水開采量低于5×108m3/a左右時，地下水降落漏斗和開采量出現(xiàn)雙降格局。隨著地下水降落漏斗的不斷縮小，可為城市提供持續(xù)穩(wěn)定的地下水供給。改革開放特別是進入21世紀以來，沈陽城市建設(shè)飛速發(fā)展，大量的新建地下室、地下商場、地下過道不斷出現(xiàn)，漏斗區(qū)地下水位的過快恢復(fù)，使得未作防水設(shè)施的地下建筑出現(xiàn)涌水、滲水問題，同時增加了地下商場、地鐵等設(shè)施的運營成本。為了維持沈陽地下水的水量的可持續(xù)利用同時保持沈陽城區(qū)水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件保持穩(wěn)定，沈陽市城區(qū)應(yīng)保持地下水開采量5×108m3/a。

表2　2001-2008年沈陽市地下水漏斗變化表

(2)沈陽城區(qū)外新增漏斗附近盡量避免高層建筑，合理控制地下水開采量。進入21世紀以來，

沈陽市的地下水降落漏斗分布發(fā)生了明顯的變化規(guī)律，城區(qū)地下水降落漏斗零散，分布面積縮小，主要以于洪水源、望花為主。城區(qū)外不但增加新的地下水降落漏斗，城區(qū)外降落漏斗競賽、李巴彥、張官、尹家、黃家、石佛寺、郎家、芳士。城區(qū)外漏斗產(chǎn)生的原因為地下水水源地的集中供水井抽水和新增城鎮(zhèn)、工業(yè)集中區(qū)大量抽取地下水造成。地下水降落漏斗出現(xiàn)之前上覆地層壓力由含水地層巖土顆粒骨架和孔隙水共同承擔(dān), 當?shù)叵滤幌陆禃r, 等于孔隙水承擔(dān)的壓力減少, 減少的部分轉(zhuǎn)嫁給巖土顆粒骨架, 導(dǎo)致巖土顆粒骨架有效應(yīng)力增大, 容易造成土體壓密而地面下沉。所以在新增漏斗附近應(yīng)避免建設(shè)高層建筑，合理控制地下水開采量。

2016-03-30

中國地質(zhì)調(diào)查局國土資源調(diào)查項目“東北平原地下水污染調(diào)查評價綜合研究及專題研究”(1212010913004)資助

劉強(1982-)，男，河北保定人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。

P641.74

A

1004-1184(2016)04-0085-04