張掖市地下水位上升成因分析與對策研究*

廖　強(qiáng)　劉得俊　鄧　勇

(1.北京中水新華國際工程咨詢有限公司， 北京　100070；2.青海省水利水電科學(xué)研究所， 青海 西寧　810001；3.江蘇省揚(yáng)州市水利局， 江蘇 揚(yáng)州　225002)

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張掖市地下水位上升成因分析與對策研究*

廖強(qiáng)1劉得俊2鄧勇3

(1.北京中水新華國際工程咨詢有限公司， 北京100070；2.青海省水利水電科學(xué)研究所， 青海 西寧810001；3.江蘇省揚(yáng)州市水利局， 江蘇 揚(yáng)州225002)

【摘要】本文選取張掖市為典型內(nèi)陸河流域城市進(jìn)行研究。分析結(jié)果表明：張掖市地下水位上升受自然因素和人類活動的影響。一方面，受氣候變暖以及祁連山水源涵養(yǎng)林的影響，黑河徑流量和降雨量均有顯著增加，導(dǎo)致對地下水的入滲補(bǔ)給量相應(yīng)增加。另一方面，由于張掖市城市建設(shè)的快速發(fā)展影響了原有的地下水循環(huán)條件，導(dǎo)致地下水徑流暢通性降低。張掖市為應(yīng)對地下水位上升采取了積極有效的措施，取得了較為明顯的效果，可為類似的內(nèi)陸河流域城市開展地下水水位上升治理提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】內(nèi)陸河流域； 地下水位上升； 張掖市

近年來，我國內(nèi)陸河流域城市陸續(xù)出現(xiàn)了地下水位上升致災(zāi)情況，造成了較為嚴(yán)重的損失。經(jīng)對地下水位動態(tài)監(jiān)測資料進(jìn)行分析，2008—2010年間格爾木沖洪積扇上部、中部及扇緣典型觀測孔地下水位累計(jì)上升幅度分別達(dá)11.8m、8.07m和3.70m[1]；2006—2012年，德令哈市尕海地區(qū)地下水位年均上升接近0.5m，而在2004年以前地下水位年均上升僅0.01～0.05m[2]。張掖市甘州城區(qū)地下水位自2003年3月開始逐步上升，至2012年累計(jì)上升達(dá)8m，且2012年入秋以后，張掖北郊地下水位明顯上升，張掖濕地國家公園六號壩下游新河、漂流河下游庚名渠系來水量大增，原本處于洼地內(nèi)的三閘、烏江相關(guān)村社成片泉水出露，新河、庚名渠系周邊受淹農(nóng)田達(dá)2000余畝[3]。

上述內(nèi)陸河流域城市地下水位的大幅度上升，致使城區(qū)居民樓及辦公樓地下室進(jìn)水，房屋出現(xiàn)裂縫、結(jié)構(gòu)變形，甚至倒塌，耕地被淹沒，道路無法通行，不僅嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活，也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，探究內(nèi)陸河流域地下水位上升的原因，對制定合理的災(zāi)害治理方案和市政規(guī)劃建設(shè)，減輕災(zāi)害造成的損失，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文選取張掖市為典型內(nèi)陸河流域城市進(jìn)行研究，分析地下水位上升致災(zāi)的成因，總結(jié)并借鑒其成功的經(jīng)驗(yàn)，以期為其他類似城市提供參考。

1張掖市水文地質(zhì)條件

張掖市位于甘肅省河西走廊中段的黑河干流中游地區(qū)。城區(qū)位于張掖盆地的中北部，盆地東南面是連綿陡峭的祁連山，東北面是龍首山及合黎山，地勢東南高西北低，海拔在1400～2500m之間，屬典型的山間盆地地貌。黑河、酥油口河、洪水河等發(fā)源于祁連山的河流在張掖盆地南部形成山前沖洪積扇，張掖市城區(qū)即位于祁連山?jīng)_洪積扇的北緣。張掖市地形條件如圖1所示。

張掖盆地南部的祁連山脈是石羊河、大通河、黑河等內(nèi)陸河的發(fā)源地，并且是河西走廊地下水系的主要水源[4]。地下水含水層接受降水及冰雪融水的入滲補(bǔ)給后，以祁連山脊線分水嶺為界向東北面山麓運(yùn)動。山前洪積扇頂部的含水層由粗顆粒的砂礫卵石組成，具有較大的水位埋深，一般超過200m。由于祁連山區(qū)河流強(qiáng)烈的下切作用，地下水水頭高于河床時(shí)，絕大部分地下水在河谷中出露并排入河道，以地表徑流的形式流入下游沖洪積扇中[5]。黑河等出山河流流經(jīng)洪積扇地帶進(jìn)入張掖盆地后，水位埋深約為50～150m，含水層中含泥質(zhì)較多。在山前洪積扇北緣及細(xì)土平原南部地帶，地下水位埋深不足50m，由于流水挾沙能力的減弱，該地帶含水層顆粒更細(xì)，并且由單一的潛水層逐漸發(fā)展為多層的潛水—承壓水含水綜合體。張掖盆地延伸至黑河—山丹河沿岸地帶時(shí)，地下水位埋深已不足3m。在地勢較低的溝壑和洼地內(nèi)開始出現(xiàn)連片的出露泉水，成為張掖盆地地下水的天然排泄方式之一[6]。張掖盆地的水位地質(zhì)剖面圖如圖2所示。

2地下水位上升致災(zāi)成因分析

張掖市的城區(qū)建設(shè)在張掖盆地的中部，處于細(xì)土平原和山前沖擊礫石平原的地下水溢出帶的交界面，因此張掖市在多年歷史上常常形成泉水出露，匯流成河后注入黑河及山丹河。最近幾年來，由于城市化的進(jìn)程加快，城市排水設(shè)施建設(shè)相對滯后，再加上黑河上游地表水對地下水入滲補(bǔ)給增加，導(dǎo)致城區(qū)地下水位不降反升，引發(fā)災(zāi)害。具體原因分析如下。

2.1自然因素

受氣候變暖以及祁連山水源涵養(yǎng)林的影響，黑河流域徑流量與和降雨量均有顯著增加[7]，導(dǎo)致對地下水的入滲補(bǔ)給量相應(yīng)增加。具體原因包括以下方面：

a.黑河天然徑流量及河道側(cè)滲補(bǔ)給增加。祁連山脈冰川受氣候變化的影響，冰雪融水增加，導(dǎo)致黑河地表徑流量連續(xù)偏豐，對河道兩側(cè)盆地地下水的入滲補(bǔ)給也顯著增加。根據(jù)對黑河實(shí)測水文資料的分析，鶯落峽水文站的徑流量自2005年開始長年穩(wěn)定在18億～21億m3，比多年平均15.8億m3偏豐20%～30%。尤其是2010年徑流量大幅度增加，超過了21億m3。

除此之外，黑河水量調(diào)度方案從2000年開始實(shí)施后，集中調(diào)水期間河道內(nèi)水量顯著增加。在每年9月和10月的主要調(diào)度時(shí)段，張掖城區(qū)上游河道徑流量增大愈加明顯， 進(jìn)一步加大了對城區(qū)地下水的側(cè)向入滲補(bǔ)給，導(dǎo)致地下水位上升。

b.淺山區(qū)降水量及山前沖洪積扇入滲補(bǔ)給量增加。受祁連山區(qū)水源涵養(yǎng)林的影響，林木蒸騰作用致使林區(qū)近地空氣中的水汽含量增加，森林林冠的起伏促使氣流升高和渦動，使水汽易于集聚，形成利于降雨的局部氣象條件。據(jù)張掖市氣象資料，近年來祁連山淺山區(qū)降水量顯著增大，尤其自2005年以來較多年平均值偏多20%～30%。

另外，水源涵養(yǎng)林的根系生長可改善土壤結(jié)構(gòu)。落葉層及枯枝形成的腐殖質(zhì)具有容重較低、孔隙率較高、入滲率高的特性，明顯增強(qiáng)的入滲能力可將降雨及冰雪融水暫時(shí)涵養(yǎng)，再通過下滲和側(cè)滲等方式補(bǔ)給山前沖洪積扇的地下水含水層。水源涵養(yǎng)林的存在影響了黑河上游地區(qū)地下水補(bǔ)給機(jī)制，也是張掖市城區(qū)地下水位上升的原因之一。

2.2人類活動因素

由于張掖市城市建設(shè)的快速發(fā)展，影響了原有的地下水循環(huán)條件，導(dǎo)致地下水徑流暢通性減弱，是張掖市城區(qū)地下水位上升的重要原因。具體包括以下方面：

a.城市化建設(shè)阻塞排水通道，滯緩了地下水徑流。張掖市的北部城郊由于地處地下水溢出帶，形成了大面積的蘆葦池、成片的天然泉眼組成的濕地，成為張掖盆地地下水的主要溢出通道，與城區(qū)內(nèi)原有的排水溝渠共同構(gòu)成了通暢的地下水排泄系統(tǒng)，維持著地表水—地下水的排補(bǔ)平衡。改革開放初張掖市城市化快速發(fā)展時(shí)期，恰好是黑河來水偏枯年份，城市地下水位也連年下降，因此地下水的排泄問題在快速的城市建設(shè)中被忽視了。原有的地表水排水溝渠被開挖、改道、回填、夯實(shí)，通暢的地下水排泄系統(tǒng)被破壞，加上張掖市甘州區(qū)城郊北部道路的建設(shè)，路基切斷了地下水徑流通道，進(jìn)一步壅高了張掖城區(qū)的地下水位。

b.城市地面硬化削弱了地表水蒸發(fā)。張掖市經(jīng)過多年的城市化建設(shè)，硬化面積不斷擴(kuò)大，天然地表被大量的鋪裝區(qū)、建筑物或路面取代，使包氣帶原有的三層結(jié)構(gòu)變?yōu)樗膶咏Y(jié)構(gòu)，由下至上依次為毛細(xì)水帶、中間帶、土壤水帶和硬化層。硬化層使地下水與外層大氣在垂直方向上的排泄途徑被阻塞，原有的地下水蒸發(fā)排泄方式被削弱，在一定程度上促進(jìn)了張掖市城區(qū)地下水位的上升。

c.城區(qū)地下建筑物防水措施不完善。張掖市城區(qū)內(nèi)因地下水位上升受災(zāi)較為嚴(yán)重的地區(qū)，大多是歷史上地下水位較低、但近年來快速上升的區(qū)域。由于早期的建筑物一般沒有做防滲措施，尤其是城北郊區(qū)平房區(qū)的居民由于經(jīng)濟(jì)能力有限，施工過程中基本沒有考慮防水防滲能力，地下水位上升造成的地質(zhì)災(zāi)害對這些居民的影響尤為嚴(yán)重。

綜上所述，在城市建設(shè)快速發(fā)展的過程中，由于對地下水位與城市建設(shè)的關(guān)系、全球氣候變化對地下水位變化的影響等深層次問題認(rèn)識不足，擠占排水溝道，阻塞了地下水徑流途徑，城區(qū)地面硬化阻斷了蒸發(fā)途徑，以及城區(qū)地下室多數(shù)未考慮防水措施，是城區(qū)地下水位上升引起災(zāi)害的主要原因。

3治理對策與措施

針對地下水水位抬升的實(shí)際情況，近幾年張掖市結(jié)合城市管理相關(guān)要求采取了積極有效的應(yīng)對措施，取得較為明顯的降水效果。

一方面，通過清理疏通城區(qū)排水管網(wǎng)，開挖清理襯砌城區(qū)排水明渠，開辟新的排水專用渠系，完善城區(qū)排水管網(wǎng)，建立起了比較完善的城市排水系統(tǒng)。首先，陸續(xù)在城區(qū)沿著地下水溢出帶埋設(shè)排水花管，起濾水擋沙作用，并將排水花管與鄰近的排水渠道相連通，促進(jìn)地下水排泄。其次，對城區(qū)部分排水管網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容改造，新開挖專用排水渠系，最大限度地發(fā)揮排泄作用，并將排水渠道與濕地公園連通，最終將截排的地下水排入黑河。再次，在城北居民社區(qū)埋設(shè)地下水排水管道，對受災(zāi)較嚴(yán)重的平房區(qū)進(jìn)行疏導(dǎo)引流。

另一方面，結(jié)合城市綠化工程，清除濕地蘆葦池沉積多年的淤積物，降低蘆葦池的水面，并將排水明渠截排的地下水與規(guī)劃中的流泉公園、葦溪公園和甘州區(qū)濕地保護(hù)及綠化工程連通，將地下水排入濕地公園，既解決了城市排水問題，又改善了濕地生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了變害為利的治理效果。

張掖市城區(qū)地下水位經(jīng)過治理后下降顯著。根據(jù)《張掖市城區(qū)及外圍地下水位動態(tài)監(jiān)測報(bào)告》，2008年城區(qū)平均地下水位比2007年降低了約0.3m，2009年進(jìn)一步降低了0.4m，2010年顯著性地降低了1.6m。張掖市治理地下水位上升取得了較為明顯的成效。

4經(jīng)驗(yàn)啟示

從張掖市治理地下水水位上升的實(shí)踐可知：地下水水位上升治理應(yīng)從水資源完整系統(tǒng)的角度出發(fā)，以地下水運(yùn)動理論為基礎(chǔ)，通過疏通、排水等工程措施，增強(qiáng)輸水能力，降低地下水位。

a.類似于張掖市的內(nèi)陸河流域城市發(fā)生地下水位上升問題，既受自然環(huán)境原因，也受人類活動影響，治理難度較大，潛在因素錯(cuò)綜復(fù)雜。在治理過程中應(yīng)將疏通排水工程措施與城市建設(shè)布局、水資源優(yōu)化配置、河湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面統(tǒng)籌考慮，通過長遠(yuǎn)規(guī)劃、科學(xué)布置，建立起通暢的地下水排水體系和健康的河湖濕地體系，盡可能避免在低洼地段和地下水溢出帶進(jìn)行開發(fā)建設(shè)，因地制宜地保留城市濕地作為地下水排泄通道。

b.溝通排水管網(wǎng)與排水渠道，保障地下水排泄通道的暢通?？山Y(jié)合城市河渠走向或河湖空間布局，引用排泄的地下水作為景觀生態(tài)用水，實(shí)現(xiàn)變害為利。

c.內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境較為脆弱，在治理地下水位上升問題的同時(shí)，應(yīng)將地下水位控制在合理范圍，避免因地下水位的大幅度降低引發(fā)新的生態(tài)惡化現(xiàn)象。

5結(jié)語

張掖市為應(yīng)對地下水位上升采取了積極有效的措施，取得了較為明顯的效果，可供類似的內(nèi)陸河流域城市開展地下水水位上升治理參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙振,陳慧娟.青海省德令哈市尕海地區(qū)地下水位上升治理勘查方案研究[J].勘察科學(xué)技術(shù),2014(1):45- 48.

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Analysis on the cause of ground water level increase in Zhangye and research on countermeasures

LIAO Qiang1, LIU Dejun2, DENG Yong3

(1.BeijingZhongshuiXinhuaInternationalEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Beijing100070,China; 2.QinghaiWaterConservancyandHydropowerScience&ResearchInstitute,Xining810001,China; 3.JiangsuYangzhouWaterConservancyBureau,Yangzhou225002,China)

Abstract：Zhangye is selected as continental river basin city for study in the paper. Analysis results show that ground water level increase in Zhangye is influenced by natural factors and human activities. Firstly, runoff volume and rainfall of the Heihe River are significantly increased due to the influence of climate warming and Qilian Mountain water source conservation forest, thereby leading to corresponding increase of ground water infiltration supplementary amount. Secondly, original loop condition of groundwater is affected due to rapid development of city construction in Zhangye, thereby decreasing ground water runoff smoothness. Active and effective measures are adopted for dealing with ground water level increase in Zhangye. More prominent effect is achieved, which can provide reference for controlling ground water level increase in similar cities in continental river basin.

Key words：continental river basin; ground water level increase; Zhangye

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.02.003

*基金項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201301009)

中圖分類號：TV211

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1005- 4774(2016)02- 0007- 04