地面沉降區(qū)潁河阜陽閘水位改正分析

陳曉成

地面沉降區(qū)潁河阜陽閘水位改正分析

陳曉成

一、概述

受區(qū)域水文特征、經(jīng)濟社會發(fā)展、城市化建設、人口增長、水污染等多因素影響，阜陽地表水資源嚴重短缺，地下水開發(fā)利用成為彌補水資源短缺的重要手段。1980年以來，阜陽市城區(qū)因過量開采地下水導致形成地下水沉降漏斗，城區(qū)乃至周邊出現(xiàn)地面沉降，范圍波及數(shù)百平方公里，1985～1995年為沉降高峰期，地面平均年沉降81.5mm，至2009年10月漏斗中心地面累計沉降量達1.534m。

潁河阜陽閘靠近地面沉降中心，受物力財力和技術等條件限制，無法確定水準點逐年沉降量，多年來采用凍結校核水準點高程計算水位，致使水位資料逐年假性偏高，與真實水位差值逐年加大，這不僅影響了洪水調(diào)度決策，也給使用水文資料進行工程規(guī)劃設計帶來浪費或不安全因素，很大程度上降低了水文資料的社會價值，因此系統(tǒng)訂正地面沉降區(qū)阜陽閘水位非常必要。

二、地面沉降區(qū)概況

阜陽市位于安徽省西北部，黃淮海平原南端，城區(qū)面積38.6平方公里，城區(qū)人口78.6萬人。屬暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，多年平均降雨量949.7mm，年水資源總量35.58m3，其中地表水和地下水資源量相當，人均占有量411m3，為安徽省人均占有量的1/3。

阜陽閘水文站屬國家重要水文站，一類精度站，潁河中下游控制站。多年平均地表徑流量45.41億m3，但徑流量的時空分布不均衡，7～9月徑流量占全年的75%，且為平原河道，無水庫蓄水調(diào)節(jié)。汛期大水期間上游來水泥沙和污染較大，不能用于工業(yè)和居民飲用水；汛后河道來水較少，污染加重。阜陽城區(qū)的生產(chǎn)、生活用水基本依賴地下水供給。

近年來，該市地下水需求越來越大。自1970年開始，阜陽城區(qū)34km2范圍對中深層、深層地下水進行集中、超強度地開采，1999年達到高峰，城區(qū)400m左右的深井達281眼。深井數(shù)量眾多，無序超采嚴重，造成水文地質災害明顯。據(jù)地質部門勘察，阜陽城區(qū)中深層地下水的允許開采量為6.8萬m3/r，而實際開采量約14萬m3/r，是允許開采量的2倍多。超量開采造成1200km2地下水位降落漏斗，漏斗中心動水位埋深已達89m，靜水位埋深64m。地下水位下降引起地面沉降，沉降范圍達450km2，到2009年市區(qū)最大沉降量已達1534mm。

三、地面沉降對水位的影響

阜陽閘站位于城區(qū)沉降漏斗附近，觀測計算水位依據(jù)的校核水準點、基本水準點和引據(jù)水準點均在沉降區(qū)內(nèi)，由于各水準點距沉降漏斗中心距離不同，其沉降量不同步，出現(xiàn)過水準點下沉、上拔等現(xiàn)象，觀測的水位非真實水位，是相對水位。20世紀70年代初期，人們對地面沉降現(xiàn)象缺乏認識，當出現(xiàn)引據(jù)點與基本點、基本點與校核點測量誤差超限時，認為引據(jù)點或基本點發(fā)生了改變，其間，阜陽站曾更換過3個引據(jù)水準點，但問題依然存在。1970～1994年間校核水準點高程做過多次相對改正，1995年起，阜陽站高程基準凍結在校核水準點，直至現(xiàn)在。

阜陽閘水文站水準點逐年下沉，觀測計算的水位比真實水位逐年偏高，造成上下游水位逐年偏離真實高程，水位資料不能滿足一致性要求，降低了水文資料使用價值。

四、水位改正

（一）阜陽站水準點設立和變動情況

水位計算的依據(jù)是水尺零點高程，水尺零點高程是由校核水準點高程推求，校核水準點高程從基本水準點推求，基本水準點高程從引據(jù)水準點推求。要推求水位的真高，就必須知道水準點的真高。阜陽站引據(jù)水準點有720（地上暗標）、新B.M東和船左下B.M，720（地上暗標）位于水文站東北約4km，1964年啟用，1980年停用，1990年被毀；新B.M東位于該站東南約60m，1981年啟用，1984年停用；船左下B.M位于船閘東側公路橋北下，1986年啟用，2009年修船閘被毀?；舅疁庶c淮水文2057，1965年啟用直到現(xiàn)在，保存完好。校核水準點有閘上校核點T.B.M4和閘下校核點T.B.M3，淮水文2057在該站觀測場西南30m，每年都有和站上下校核點的測量成果，把淮水文2057水準點的歷年沉降變化真實情況整理清楚，歷年的水位訂正問題就能解決。

（二）基本水準點歷年沉降情況

經(jīng)走訪各有關單位，獲取淮水文2057水準點從1965～2009年間22次精密水準測量成果，該成果均從非沉降區(qū)外采用Ⅰ等或Ⅱ等水準標準測量，經(jīng)分析考證認為可靠，為淮水文2057的真高系列，淮水文2057歷年沉降變化情況見圖1。阜陽站淮水文2057水文考證系列由沉降區(qū)內(nèi)的引據(jù)點測量而作，相對沉降的改正系列見圖1。

從圖1看，1980年為沉降拐點，1980～1995年為地面快速沉降期，1996年后沉降速度逐漸變緩。上線為水文站考證高程系列，下線為真高系列，1975年以后淮水文2057考證高程與實際高程的差值逐年擴大，整體呈現(xiàn)先緩后急再緩的過程，到2009年二者相差1.2338m。由于地面沉降是一個連續(xù)漸變的過程，淮水文2057無實際高程的年份可采用過程線插補得到，這樣就得到淮水文2057歷年的實際高程系列。

（三）上（下）游水位改正

1.根據(jù)調(diào)查的實際高程系列，采用過程線法，插補出與校核水準點測量時間相同的淮水文2057實際高程，建立淮水文2057的考證高程與實際高程系列。

2.根據(jù)淮水文2057與校核水準點之間每年的實測高差，推求校核水準點的實際高程系列，刊印的相對水位與真高水位差值即為高程改正值。

因閘上（下）水尺與閘上（下）校核水準點同在垂直于水流方向的斷面上，距離較近，可認為水尺零點高程與校核水準點高程同步變化，故校核水準點考證高程與實際高程的差值即為對應水尺斷面的水位改正值（具體數(shù)值略）。水文年鑒刊印的歷年阜陽站上（下）游水位減去對應的改正數(shù)值即為真高。改正值的年節(jié)點為校核水準點測量時間，節(jié)點間按時間內(nèi)插月、日改正值。

五、合理性檢查分析

以阜陽閘閘上游水位與該站潁河上游71km處界首站、泉河上游70km的楊橋閘閘下水位進行合理性分析對比，各站凍結基面均換算為黃?；姹容^。選近期水文年鑒刊印的2009年資料做對比分析，潁河阜陽閘與界首站間的耿樓閘樞紐于2009年5月下旬正式運行，選用1月1日～5月21日不受耿樓閘調(diào)控的水位做對比分析（見圖2）。圖2可看出阜陽閘水位沒有訂正前均比上游的界首、楊橋閘下水位偏高1m左右，這與水往下游流的理論明顯不符。用計算出的訂正數(shù)值進行訂正后點繪各站水位過程線圖（見圖3），阜陽閘上水位線在上游界首和楊橋閘下水位線的下面，這樣符合自然的水流規(guī)律，說明改正后水位比較合理。

六、存在的問題及建議

（一）地面沉降現(xiàn)象普遍，亟需專項解決

目前，淮北地區(qū)深層地下水逐步成為當?shù)爻鞘小⒓?zhèn)的主要飲用水源，且部分工業(yè)用水大戶亦將其作為應急水源或主水源。由于深層地下水的補給存在特殊性，而當?shù)氐乇硭廴倦y以短期內(nèi)得到明顯改觀，地面沉降現(xiàn)象將普遍顯現(xiàn)，正式公布的地面沉降區(qū)已有阜陽、亳州、界首，由于部分水文站距城鎮(zhèn)較近（有的在市區(qū)），可能出現(xiàn)類似阜陽閘站水位假性偏高的問題，必須提早謀劃，防患于未然。

（二）加強地面沉降區(qū)水準點的保護和設置

地面沉降區(qū)阜陽站引據(jù)點、基本點和校核水準點曾更換多個，因城建施工附近的引據(jù)點均已被破壞，3個基本點毀壞2個，校核水準點更換3個，只有淮水文2057保存完好，這給后期的水位分析改正帶來一定困難。建議地面沉降區(qū)內(nèi)設置永久性水準基點（設置在基巖上），易于引測，精度也高，方便使用，不存在后期的水位訂正。對設置永久性水準基點有困難的沉降區(qū)，應保護好歷史上使用過的各等級水準點，利于今后水位的分析與訂正

安徽省阜陽水文水資源局 236000）