宿州市地下水超采引發(fā)的地面沉降危害特點(diǎn)及控制對(duì)策探討

(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽 合肥 230001)

1 區(qū)域概況及水資源需求現(xiàn)狀

宿州市位于安徽省的東北部，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)116°09′01″～118°12′08″、北緯33°16′52″～34°38′05″，面積9 787 km2。宿州市現(xiàn)轄埇橋區(qū)、碭山縣、蕭縣、靈璧縣、泗縣一區(qū)四縣，6個(gè)省級(jí)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、宿馬現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園區(qū)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)。全市人口651.66萬(wàn)，人口密度6.66萬(wàn)/100 km2。是一座正在崛起的新興工業(yè)城市、著名的煤炭能源基地、糧棉油生產(chǎn)基地，市轄區(qū)多年平均地下水資源量為4.65×108m3，城市供水長(zhǎng)期依賴地下水。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，宿州市用水需求越來(lái)越大，水資源供需矛盾越來(lái)越突出，特別是近年來(lái)，城市發(fā)展加速，用水量迅速攀升，導(dǎo)致了水資源過(guò)度的開(kāi)發(fā)，是引起地面沉降的主要誘導(dǎo)因素。地面沉降地質(zhì)災(zāi)害具有形成時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、防治難度大、難以恢復(fù)等特點(diǎn)，可能成為影響和制約我市規(guī)劃建設(shè)及區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的不利因素之一。

2 地下水超采引起的地面沉降特點(diǎn)及危害

地面沉降作為一項(xiàng)公害，一般發(fā)生的比較緩慢而難以明顯察覺(jué)。一旦發(fā)生了地面沉降，即使不考慮產(chǎn)生地面沉降的原因，沉降了的地面是幾乎不可能完全復(fù)原樣。地面沉降給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸、城市建設(shè)和人民生活造成的危害和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，它使城市環(huán)境明顯惡化，對(duì)農(nóng)村農(nóng)田的影響也較大，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)破壞市政設(shè)施。城市給水管道和供氣管道隨著地面不均勻沉降而彎曲變形，導(dǎo)致管道漏水漏氣，直接影響市民生活及工業(yè)生產(chǎn)，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的損失。

(2)道路設(shè)施遭受破壞。地面沉降造成鐵路路基不均勻下沉，鐵路安全受到威脅，也給高速公路的建設(shè)和發(fā)展帶來(lái)不利影響。

(3)降低防洪排澇能力，致使城市抵御自然災(zāi)害的能力下降。

(4)損失地面高程。地面高程資料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的重要基礎(chǔ)資料，在水文、地震、環(huán)保、地質(zhì)、市政建設(shè)等行業(yè)廣泛利用，且必不可少。而大范圍的高程損失及其不均衡動(dòng)態(tài)變化，給相關(guān)的工作帶來(lái)嚴(yán)重的影響和干擾，例如河流水位、地形高程失真、給城市規(guī)劃和建設(shè)造成困難，同時(shí)也加大了相關(guān)工作的經(jīng)費(fèi)投入。

(5)淺層地下水位相對(duì)變淺引起一系列的環(huán)境問(wèn)題。破壞和影響建筑物結(jié)構(gòu)，降低其抗震能力；加快混凝土和金屬管線的腐蝕；降低交通干線路基的強(qiáng)度，縮短使用壽命；影響樹(shù)木綠化，樹(shù)木成活率降低；加大了城市建設(shè)成本。

(6)加劇地裂縫災(zāi)害。地面沉降和地裂縫在成因上有一定聯(lián)系，地面沉降引起的地裂縫往往可成為地面污染源侵入深部地下水源的通道，造成水質(zhì)污染。

3 地面沉降地質(zhì)災(zāi)害控制區(qū)劃分

3.1 劃分原則和方法

根據(jù)地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè)規(guī)范(DZ/T0283-2015)第7.2.1條，地面沉降易發(fā)性評(píng)價(jià)的主要判別要素有地形地貌、松散沉積層厚度、軟土厚度、地下水主采層數(shù)量等。劃分的原則見(jiàn)表1。

表1 宿州市地面沉降易發(fā)性評(píng)價(jià)表

3.2 地面沉降易發(fā)區(qū)劃分

3.2.1 劃分指標(biāo)單要素分析

地面沉降易發(fā)性評(píng)價(jià)的主要判別要素有地形地貌、松散沉積層厚度、軟土層厚度、地下水主采層數(shù)量等。

1)地貌分析：調(diào)查區(qū)位于地貌屬淮北平原中部，按形態(tài)進(jìn)行分類可分為：平原、丘陵和低山。本區(qū)大部分為淮北沖積平原，分布于宿州市的西部、東南部，出露地層為第四紀(jì)地層，地形總體西北高東南低，坡降1‰～3‰，面積9 189.05 km2，占全區(qū)總面積93.89%。按其成因分為沖積平原區(qū)、堆積—?jiǎng)兾g平原區(qū)、堆積—?jiǎng)兾g波狀平原區(qū)。丘陵主要分布在規(guī)劃區(qū)中北部的蕭縣東南部、埇橋區(qū)和靈璧的北部及規(guī)劃區(qū)東部的局部地區(qū)，面積396.92 km2,占全區(qū)總面積的4.06%。低山主要分布在蕭縣城西南、皇藏峪、夾溝等地，面積201.14 km2,占全區(qū)總面積的2.06%。區(qū)內(nèi)最高峰饅頂山海拔標(biāo)高387.7 m。

2)松散沉積層厚度分析：新生界松散沉積物廣布全區(qū)。新近系隱伏于第四系之下，碭山縣附近新近系頂板埋深超過(guò)300 m。

3)軟土層厚度分析：根據(jù)宿州地區(qū)工程地質(zhì)勘查資料，工作區(qū)一般20 m以淺分布有軟土，但累積厚度一般小于10 m，在開(kāi)采中深層及深層地下水區(qū)域一般影響不大。

4)主開(kāi)采層厚度分析：大部分地區(qū)地下水開(kāi)采層數(shù)2～4層，靠近山前地帶一般為1層。

3.2.2 地面沉降易發(fā)區(qū)

依據(jù)規(guī)范對(duì)各要素進(jìn)行了分析，分別為地面沉降高易發(fā)分區(qū)、地面沉降中易發(fā)區(qū)、地面沉降低易發(fā)區(qū)和地面沉降不易發(fā)區(qū)，見(jiàn)表2。

表2 宿州市地面沉降易發(fā)程度表

1)地面沉降高易發(fā)區(qū)

總面積為4 103.36 km2，占工作區(qū)面積的41.93%，分為3個(gè)亞區(qū)。

(1) 劉暗樓-張莊寨高易發(fā)區(qū)(Ⅰ1)

該亞區(qū)面積2 029.07 km2，位于工作區(qū)西北部地區(qū)，占調(diào)查區(qū)總面積的20.73%；地貌上為平原，地形平坦，地勢(shì)較低多為泛濫地貌。松散沉積層厚度大于150 m，地下水主采層數(shù)4層。

(2)永安-大營(yíng)高易發(fā)區(qū)(Ⅰ2)

該亞區(qū)面積424.97 km2，位于工作區(qū)南部，占調(diào)查區(qū)總面積的4.34%；地貌上為平原，地勢(shì)低平多為河間洼地、平地。松散沉積層厚度小于150 m，地下水主采層數(shù)4層。

(3)泗縣-草溝高易發(fā)區(qū)(Ⅰ3)

該亞區(qū)面積547.14 km2，位于工作區(qū)東南部，占調(diào)查區(qū)總面積的5.59%；地貌上為平原，地勢(shì)較低為河間洼地。松散沉積層厚度大于150 m，地下水主采層數(shù)4層。

2)地面沉降中易發(fā)區(qū)

總面積為754.92 km2，占工作區(qū)面積的7.71 %，分為三個(gè)亞區(qū)：

(1)圣泉-孫圩子中易發(fā)區(qū)(Ⅱ1)

該亞區(qū)面積351.54 km2，位于工作區(qū)西北部地區(qū)，占調(diào)查區(qū)總面積的3.59%；地貌上為平原，地勢(shì)平坦為決口扇形地、泛濫破平地。松散沉積層厚度100～150 m，地下水主采層數(shù)為2～3層。

(2) 桃園中易發(fā)區(qū)(Ⅱ2)

該亞區(qū)面積48.31 km2，位于工作區(qū)西部地區(qū)，占調(diào)查區(qū)總面積的0.49%；地貌上為平原，地勢(shì)微高為泛濫微高地，松散沉積層厚度100～150 m，地下水主采層數(shù)為2～3層。

(3)白土-黃灣-瓦坊中易發(fā)區(qū)(Ⅱ3)

該亞區(qū)面積355.07 km2，位于工作區(qū)中部大部分地區(qū)，占調(diào)查區(qū)總面積的3.63%；地貌上為平原，地形平坦為河間平地，松散沉積層厚度100～150 m，地下水主采層數(shù)為2～3層。

3)地面沉降低易發(fā)區(qū)

總面積為3 551.25 km2，占工作區(qū)面積的36.29 %，分為四個(gè)亞區(qū)：

(1)劉套-青龍集低易發(fā)區(qū)(Ⅲ1)

該亞區(qū)面積158.26 km2，位于工作區(qū)西北部地區(qū)，占調(diào)查區(qū)總面積的1.62%；地貌上為丘陵，地勢(shì)較高為沖積、洪積裙，松散沉積層厚度50～100 m，地下水主采層數(shù)為1～2層。

(2) 西二鋪低易發(fā)區(qū)(Ⅲ2)

該亞區(qū)面積3.91 km2，位于工作區(qū)西部

地區(qū)，占調(diào)查區(qū)總面積的0.04 %；地貌上為丘陵，地勢(shì)較高為沖積、洪積裙，松散沉積層厚度50～100 m，地下水主采層數(shù)為1～2層。

(3) 符離-尹集-大店低易發(fā)區(qū)(Ⅲ3)

該亞區(qū)面積3 385.16 km2，位于工作區(qū)中部地區(qū)，占調(diào)查區(qū)總面積的34.59 %；地貌上為丘陵，地勢(shì)較高為沖積、洪積裙，松散沉積層厚度50～100 m，地下水主采層數(shù)1～2層。

(4) 高樓-大廟低易發(fā)區(qū)(Ⅲ4)

該亞區(qū)面積3.92 km2，位于工作區(qū)東部地區(qū)，占調(diào)查區(qū)總面積的0.04 %；地貌上為丘陵，地勢(shì)較高為沖積、洪積裙，松散沉積層厚度50～100 m，地下水主采層數(shù)1～2層。

4)地面沉降不易發(fā)區(qū)

總面積為1 377.47 km2，占工作區(qū)面積的14.07 %，分為一個(gè)亞區(qū)：

不易發(fā)區(qū)分布在工作區(qū)東北部、西南部和南部三個(gè)地方。地貌為平原，地勢(shì)較低，地形平坦，松散層厚度大于150 m。

4 地面沉降控制對(duì)策

過(guò)量開(kāi)采深層地下水是引起地面沉降的主要原因。因此，壓縮深層水的開(kāi)采量，人工增加補(bǔ)給量，調(diào)整開(kāi)采層次，是防治地面沉降的重要對(duì)策。而諸對(duì)策意見(jiàn)的實(shí)施又依賴于盡快對(duì)水資源實(shí)行合理而嚴(yán)格的管理。

4.1 壓縮深層地下水開(kāi)采量

4.1.1 開(kāi)源

充分利用地表水資源和淺層地下水是宿州市合理開(kāi)發(fā)利用水資源，治理地面沉降的根本措施。宿州市的地表水、淺層地下水是較豐富的。目前，其開(kāi)發(fā)利用量甚微，因此以開(kāi)發(fā)淺層水和地表水來(lái)遏制深層水的超采和彌補(bǔ)城市供水的不足。

4.1.2 節(jié)流

降低用水定額，增強(qiáng)民眾的節(jié)水意識(shí)，提高重復(fù)利用率是壓縮深層水開(kāi)采量的另一途徑。特別是在一些耗水量大的企業(yè)單位，提高地下水的綜合利用率，降低萬(wàn)元產(chǎn)值耗水量，建立節(jié)水型生產(chǎn)體系，是可人為挖掘水資源潛力的。

4.1.3 分級(jí)供水

根據(jù)各用水單位對(duì)水質(zhì)、水量和水溫的不同要求，可實(shí)行分級(jí)供水。對(duì)需水量大、水質(zhì)要求不高的用水部門可補(bǔ)充利用地表水；對(duì)紡織、化工等需利用水溫發(fā)揮節(jié)能效益的行業(yè)及生活供水，以利用深層水為宜；其它則宜用淺、深層地下水及地表水聯(lián)合供水的辦法。

4.2 調(diào)整開(kāi)采層位

抽水引起地面沉降除因總開(kāi)采量過(guò)大外，不合理的開(kāi)采層位是另一重要因素。要避免在同一地段多層疊加超量開(kāi)采，否則，其地面沉降也是疊加的。今后在開(kāi)采中心，應(yīng)將深層的開(kāi)采量削減；增加淺層地下水的開(kāi)采，近期至少要保持現(xiàn)狀水位不再下降。

4.3 分散型供水

將供水系統(tǒng)改集中型為分散型是緩解地面沉降縱向加劇的有效措施。宜實(shí)行遠(yuǎn)郊多層位分散供水系統(tǒng)供水，以避免因開(kāi)采中心水位降深過(guò)大而發(fā)生不均勻沉降和中心區(qū)累計(jì)沉降量過(guò)大的現(xiàn)象。

4.4 組織管理措施

地面沉降是因人為的不合理開(kāi)采地下水而引起的負(fù)效應(yīng)。這一公害已造成直接的、間接的損失，且滯后效應(yīng)可危及遠(yuǎn)久。因此，宿州市控制地面沉降的管理工作必須納入城市管理系統(tǒng)，在專門的權(quán)威機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)下，采用技術(shù)、行政、經(jīng)濟(jì)和法律的手段進(jìn)行綜合治理，方能奏效。

5 結(jié)語(yǔ)

宿州市是以商貿(mào)及煤炭為主的綜合性城市，城市供水以開(kāi)采深層孔隙地下水為主，現(xiàn)狀開(kāi)采量2017年全市地下水資源量17.74億 m3。自1987年至今，碭山縣城區(qū)累計(jì)沉降量最大達(dá)53.1 mm，嚴(yán)峻的形式對(duì)地下水的開(kāi)采和管理提出了新的要求，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)查研究工作，并制定和實(shí)施防治對(duì)策。