皖北平原巖溶地下水超采探析

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(安徽省水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院/水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蚌埠 233000)

皖北平原是我國重要的煤炭基地和能源基地，也是全國重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)和糧棉油產(chǎn)區(qū)，在區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。皖北平原地區(qū)地表水源相對(duì)不足且污染嚴(yán)重，中深層地下水是該區(qū)重要的供水水源，也是維系區(qū)域生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境的要素之一。

為貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，加強(qiáng)水資源的優(yōu)化配置、高效利用和有效保護(hù)，指導(dǎo)地下水資源開發(fā)利用和保護(hù)管理方案的科學(xué)合理制定，從而推進(jìn)實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度，迫切需要對(duì)地下水超采區(qū)有個(gè)合理的認(rèn)識(shí)，因此本文以《全國地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)大綱》和《地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》為技術(shù)依據(jù)，對(duì)皖北平原地下水超采區(qū)進(jìn)行劃分，讓科技工作者對(duì)皖北地區(qū)的地下水超采情況有個(gè)初步了解，以期能夠?yàn)楹侠淼拈_發(fā)利用及保護(hù)地下水資源做出一定的貢獻(xiàn)。

1 巖溶地下水超采區(qū)劃分

1)評(píng)價(jià)期內(nèi)巖溶水水位年均下降速率大于1.5 m/a的為嚴(yán)重超采區(qū)，小于1.5 m/a的為一般超采區(qū)；2)評(píng)價(jià)期內(nèi)年均地下水開采系數(shù)大于1.3為嚴(yán)重超采區(qū)，大于1.0小于1.3的為一般超采區(qū)；3)由于地下水開采引發(fā)了地面塌陷，且100 km2面積上的年均地面塌陷點(diǎn)多于2個(gè)，或坍塌巖土的體積大于2 m3的地面塌陷點(diǎn)年均多于1個(gè)；4)評(píng)價(jià)期內(nèi)需要保護(hù)的名泉泉水流量年均衰減率大于0.05；5)由于地下水開采引發(fā)了地下水水質(zhì)污染。

2 巖溶水超采區(qū)劃分

皖北地區(qū)巖溶水主要分布于淮北市和宿州市北部碳酸鹽巖含水層中。是淮北市區(qū)和濉溪、蕭縣和靈璧縣城的城市供水水源。巖溶水超采區(qū)劃分工作范圍為可溶性碳酸鹽巖分布區(qū)，面積約4 956 km2。主要目標(biāo)含水組為具有供水意義的隱伏型巖溶含水組。

2.1 水位動(dòng)態(tài)法

2.1.1 站點(diǎn)分布

巖溶水監(jiān)測(cè)井布設(shè)不均勻，主要分布于淮北市，有13眼，集中于淮北市區(qū)及濉溪縣城；而宿州市僅有4眼監(jiān)測(cè)井，分布較分散，其中埇橋區(qū)2眼，靈璧1眼，泗縣1眼。巖溶水的補(bǔ)逕排條件受裂隙、溶隙發(fā)育程度和地質(zhì)構(gòu)造影響較大，其富水性分布在空間上具有不均勻的特點(diǎn)，因此，由于宿州市巖溶水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料不足，難以采用水位動(dòng)態(tài)法對(duì)超采區(qū)進(jìn)行劃分，本次只對(duì)淮北市區(qū)巖溶水源地劃分超采區(qū)。

2.1.2 巖溶水位變化分析

采用初始水平年2001年年均的地下水水位(埋深)及現(xiàn)狀水平年2015年年均的地下水水位(埋深)資料，計(jì)算巖溶地下水水位埋深降幅及年均下降速率，見表1。

表1 巖溶水水位埋深降幅及年均下降速率成果表 m

根據(jù)分析可知，淮北市13眼巖溶水水位監(jiān)測(cè)井，在2001—2015年評(píng)價(jià)期間，10眼井水位上升，年均上升速率0.10～2.38 m/a，平均為0.82 m/a，累計(jì)平均升幅8.23 m；3眼井水位均下降，年均下降速率0.24～1.63 m/a，平均為0.80 m/a，累計(jì)平均降幅8.04 m，累計(jì)最大降幅為烈山鎮(zhèn)HB007站的16.31 m。

宿州市4眼裂隙巖溶水水位監(jiān)測(cè)井，在2001—2015年評(píng)價(jià)期間，4眼井水位均下降，年均下降速率0.02～0.32 m/a，平均為0.13 m/a，累計(jì)平均降幅1.3 m，累計(jì)最大降幅為泗縣SZ024站的3.24 m。

2.1.3 超采區(qū)初步確定

根據(jù)以上分析，淮北市區(qū)巖溶水水源地水位在評(píng)價(jià)期內(nèi)有升有降，變化差異較大。其中杜集區(qū)的高岳一帶，濉溪縣的五里郢、黃莊—烈山區(qū)的青龍山、馬場一帶為水位下降區(qū)，年均下降速率0～1.5 m/a；烈山鎮(zhèn)及周邊地區(qū)年均水位下降速率大于1.5 m/a；其余大部分地區(qū)在評(píng)價(jià)期內(nèi)巖溶水位均處于上升之勢(shì)。

根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將評(píng)價(jià)期內(nèi)下降速率0～1.5 m/a的區(qū)域劃為一般超采區(qū)，下降速率大于1.5 m/a的劃為嚴(yán)重超采區(qū)。

2.2 開采系數(shù)法

2.2.1 淮北市巖溶水源地

淮北市巖溶水水源地包括淮北市區(qū)水源地和二電廠水源地。

淮北市區(qū)水源地屬于山前隱伏型碳酸鹽巖裂隙巖溶水水源地。由奧陶系、寒武系組成的碳酸鹽巖含水巖組分布面積約260 km2。除北部與蕭縣水源地，東部與二電廠水源地有狹窄的通道相連外，其周邊均為碎屑巖所環(huán)繞，組成隔水邊界。碳酸鹽巖巖溶裂隙十分發(fā)育，但平面上發(fā)育不均勻。在垂向上，頂板以下至40 m，巖溶裂隙最為發(fā)育，以下逐漸減弱。由于構(gòu)造作用，裂隙巖溶水連通性好，導(dǎo)水性能強(qiáng)，在構(gòu)造復(fù)合部位單井涌水量大于1 000 m3/d。

根據(jù)淮北城區(qū)水文地質(zhì)勘查報(bào)告和淮北市水資源調(diào)查評(píng)價(jià)成果，淮北市區(qū)水源地巖溶水可開采量4 295萬 m3/a。淮北城區(qū)水源地現(xiàn)有開采井210余眼，評(píng)價(jià)期內(nèi)多年平均實(shí)際開采量5 457萬 m3，由此計(jì)算年均開采系數(shù)為1.27，大于1.0小于1.3，根據(jù)技術(shù)大綱要求的劃分標(biāo)準(zhǔn)屬于一般超采區(qū)。

二電廠水源地面積約528 km2，碳酸鹽巖分布面積275 km2，涉及地層有青白口系至中奧陶統(tǒng)和中、上石炭統(tǒng)。除東部低山丘陵區(qū)和中部平原上零星殘丘為基巖裸區(qū)外，余均被第四系松散層所覆蓋，厚度不超過90 m，一般40～60 m。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖裂隙巖溶十分發(fā)育，主要巖溶段埋深不超過130 m。巖溶裂隙水具承壓性，連通好，具有統(tǒng)一的地下水位。在強(qiáng)富水區(qū)，單井涌水量大于8 000 m3/d。

根據(jù)二電廠水文地質(zhì)勘查報(bào)告成果，二電廠巖溶水可開采量6 037萬 m3/a。二電廠水源地現(xiàn)有開采井80余眼，評(píng)價(jià)期內(nèi)多年平均實(shí)際開采量2 227萬 m3，由此計(jì)算年均開采系數(shù)為0.37，小于1.0，根據(jù)技術(shù)大綱要求的劃分標(biāo)準(zhǔn)不屬于超采區(qū)。

2.2.2 宿州市巖溶水源地

宿州市巖溶水的開采主要集中于蕭縣縣城和靈璧縣縣城，以及縣城周邊地區(qū)，主要用于居民生活用水及工業(yè)用水。

蕭縣城區(qū)水源地地處蕭縣復(fù)背斜東側(cè)，主要為奧陶系、寒武系及震旦系組成，沿軸向縱張裂隙密集發(fā)育，加之北北東及東西向斷裂切割，為地下水的擴(kuò)溶作用提供了良好的導(dǎo)水空間，在翼部或軸向傾沒端為碎屑巖所阻隔時(shí)，巖溶水富集，屬于碳酸鹽巖隱伏區(qū)，單井涌水量1 000～3 000 m3/d。

根據(jù)蕭縣水文地質(zhì)勘查報(bào)告成果，蕭縣縣城巖溶水源地可開采資源量為1 008萬 m3/a。蕭縣城區(qū)水源地現(xiàn)有開采井120余眼，評(píng)價(jià)期內(nèi)多年平均實(shí)際開采量1 244萬 m3，由此計(jì)算年均開采系數(shù)為1.23，大于1.0小于1.3，根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)屬于一般超采區(qū)。

靈璧縣城水源地為震旦系下統(tǒng)灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育，屬于碳酸鹽巖隱伏區(qū)，受澮塘溝復(fù)式向斜南部次級(jí)構(gòu)造—大山集背斜控制，南側(cè)為白堊系碎屑巖的阻水邊界，形成地下水溢出帶，巖溶水上覆發(fā)育普遍的第四紀(jì)古河道砂層孔隙水為巖溶水的主要補(bǔ)給源。單井涌水量一般1 000～3 000 m3/d，在巖性構(gòu)造條件有利的部位，單井出水量可大于5 000 m3/d。

根據(jù)靈璧縣水文地質(zhì)勘查報(bào)告成果，靈璧縣城水源地可開采資源量為465萬 m3/a。靈璧縣城區(qū)水源地現(xiàn)有開采井70余眼，評(píng)價(jià)期內(nèi)多年平均實(shí)際開采量548萬 m3，由此計(jì)算年均開采系數(shù)為1.18，大于1.0小于1.3，根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)屬于一般超采區(qū)。

2.3 引發(fā)問題法

根據(jù)《淮北市地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》等有關(guān)成果，淮北市區(qū)大唐淮北發(fā)電廠、相城、三堤口等地大量開采巖溶水，形成以大唐電廠3號(hào)井為中心的降落漏斗，并在相鄰的蕭縣孫圩鄉(xiāng)孫東村出現(xiàn)了巖溶塌陷坑；二電廠青谷水源地于2001年投產(chǎn)后即發(fā)生了巖溶塌陷，周邊約1.5 km范圍內(nèi)，高速公路兩側(cè)，有塌陷坑10多處。今后如果繼續(xù)加大巖溶地下水開采量，將可能進(jìn)一步發(fā)生巖溶塌陷。

另外，根據(jù)有關(guān)研究成果，淮北市區(qū)巖溶水水質(zhì)隨著開采量增加水質(zhì)變差，市區(qū)開采漏斗中心地下水中溶解性總固體和總硬度在1974～2005年間呈持續(xù)增長之勢(shì)，地下水中溶解性總固體增長速率16.98 mg/a，地下水中總硬度增長速率6.36 mg/a。2006年以來因巖溶地下水開采量有所減少而略有下降，地下水中的溶解性總固體和總硬度總體上呈逐年降低的趨勢(shì)(見圖1)。

圖1 淮北市開采漏斗中心裂隙巖溶水水質(zhì)變化趨勢(shì)圖

因此，將淮北市區(qū)水源地開采區(qū)及其影響范圍作為超采區(qū)。

根據(jù)《宿州市地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》等有關(guān)成果，宿州市境內(nèi)現(xiàn)狀并沒有因?yàn)殚_采裂隙巖溶水而引發(fā)的巖溶塌陷，無名泉斷流，也無證據(jù)表明水質(zhì)因開采而發(fā)生惡化。因此，認(rèn)為宿州市沒有巖溶水超采區(qū)。

2.4 超采區(qū)劃分結(jié)果

綜合以上三種方法，對(duì)超采區(qū)劃分成

果進(jìn)行疊加，并根據(jù)實(shí)際的開發(fā)利用情況對(duì)范圍和邊界進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，最終結(jié)論如下：安徽省巖溶水劃分出3個(gè)一般超采區(qū)，為淮北市區(qū)巖溶水超采區(qū)、蕭縣城區(qū)巖溶超采區(qū)和靈璧縣城區(qū)巖溶水超采區(qū)，超采區(qū)情況見表2。

表2 皖北地區(qū)巖溶水超采區(qū)劃分成果表

根據(jù)技術(shù)大綱規(guī)定的命名規(guī)則，將淮北市的巖溶水超采區(qū)命名為“安徽省淮北市中型隱伏型巖溶水超采區(qū)”，為一般超采區(qū)，面積為123.8 km2，分布范圍以淮北市區(qū)和濉溪縣城為中心，北至杜集高岳一帶，南至楊莊，西到徐樓，東到宋疃青谷一帶。超采區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)開采井128眼，生活開采井65眼。評(píng)價(jià)期內(nèi)超采區(qū)水位平均累計(jì)下降值達(dá)3.64 m，平均水位下降速率為0.36 m/a，評(píng)價(jià)期多年平均地下水開采總量為5 760萬 m3，開采強(qiáng)度為63.6萬 m3/km2·a，年均開采系數(shù)為1.23，年均超采量為1078萬 m3。

蕭縣巖溶水超采區(qū)命名為“安徽省宿州市蕭縣小型隱伏型巖溶水超采區(qū)”，為一般超采區(qū)，面積為23.6 km2，分布范圍以蕭縣縣城為中心，北至圣泉鄉(xiāng)，南至丁里鎮(zhèn)，西到杜樓，東到段園一帶。超采區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)開采井40余眼，生活開采井100余眼。評(píng)價(jià)期多年平均地下水開采總量為1 244萬 m3，開采強(qiáng)度為52.7萬 m3/km2·a，年均開采系數(shù)為1.23，年均超采量為236萬 m3。

靈璧縣巖溶水超采區(qū)命名為“安徽省宿州市靈璧縣小型隱伏型巖溶水超采區(qū)”，為一般超采區(qū)，面積為37.2 km2，分布范圍以靈璧縣城為中心，北至十里，南至向陽，西到田集，東到虞姬一帶。超采區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)開采井20余眼，生活開采井40眼。評(píng)價(jià)期多年平均地下水開采總量為548萬 m3，開采強(qiáng)度為14.7萬 m3/km2·a，年均開采系數(shù)為1.18，年均超采量為83萬 m3。

3 結(jié)語

本文通過《全國地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)大綱》和《地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》中的巖溶地下水超采區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)皖北平原的巖溶水超采區(qū)進(jìn)行了劃分，得出相應(yīng)的超采區(qū)劃分結(jié)果，對(duì)皖北平原巖溶水的超采情況有了相應(yīng)的了解。這為科研人員今后開展水資源規(guī)劃、水資源調(diào)查評(píng)價(jià)以及水利管理人員開展水資源開發(fā)利用工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具有積極的作用。