陳曉成

地面沉降區(qū)潁河阜陽(yáng)閘水位改正分析

陳曉成

一、概述

受區(qū)域水文特征、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、城市化建設(shè)、人口增長(zhǎng)、水污染等多因素影響，阜陽(yáng)地表水資源嚴(yán)重短缺，地下水開發(fā)利用成為彌補(bǔ)水資源短缺的重要手段。1980年以來，阜陽(yáng)市城區(qū)因過量開采地下水導(dǎo)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(jì)沉降量達(dá)1.534m。

潁河阜陽(yáng)閘靠近地面沉降中心，受物力財(cái)力和技術(shù)等條件限制，無法確定水準(zhǔn)點(diǎn)逐年沉降量，多年來采用凍結(jié)校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程計(jì)算水位，致使水位資料逐年假性偏高，與真實(shí)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(jìn)行工程規(guī)劃設(shè)計(jì)帶來浪費(fèi)或不安全因素，很大程度上降低了水文資料的社會(huì)價(jià)值，因此系統(tǒng)訂正地面沉降區(qū)阜陽(yáng)閘水位非常必要。

二、地面沉降區(qū)概況

阜陽(yáng)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(rùn)季風(fēng)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(dāng)，人均占有量411m3，為安徽省人均占有量的1/3。

阜陽(yáng)閘水文站屬國(guó)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(shí)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(kù)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(yáng)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(yáng)城區(qū)34km2范圍對(duì)中深層、深層地下水進(jìn)行集中、超強(qiáng)度地開采，1999年達(dá)到高峰，城區(qū)400m左右的深井達(dá)281眼。深井?dāng)?shù)量眾多，無序超采嚴(yán)重，造成水文地質(zhì)災(zāi)害明顯。據(jù)地質(zhì)部門勘察，阜陽(yáng)城區(qū)中深層地下水的允許開采量為6.8萬m3/r，而實(shí)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(dòng)水位埋深已達(dá)89m，靜水位埋深64m。地下水位下降引起地面沉降，沉降范圍達(dá)450km2，到2009年市區(qū)最大沉降量已達(dá)1534mm。

三、地面沉降對(duì)水位的影響

阜陽(yáng)閘站位于城區(qū)沉降漏斗附近，觀測(cè)計(jì)算水位依據(jù)的校核水準(zhǔn)點(diǎn)、基本水準(zhǔn)點(diǎn)和引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)均在沉降區(qū)內(nèi)，由于各水準(zhǔn)點(diǎn)距沉降漏斗中心距離不同，其沉降量不同步，出現(xiàn)過水準(zhǔn)點(diǎn)下沉、上拔等現(xiàn)象，觀測(cè)的水位非真實(shí)水位，是相對(duì)水位。20世紀(jì)70年代初期，人們對(duì)地面沉降現(xiàn)象缺乏認(rèn)識(shí)，當(dāng)出現(xiàn)引據(jù)點(diǎn)與基本點(diǎn)、基本點(diǎn)與校核點(diǎn)測(cè)量誤差超限時(shí)，認(rèn)為引據(jù)點(diǎn)或基本點(diǎn)發(fā)生了改變，其間，阜陽(yáng)站曾更換過3個(gè)引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)，但問題依然存在。1970～1994年間校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程做過多次相對(duì)改正，1995年起，阜陽(yáng)站高程基準(zhǔn)凍結(jié)在校核水準(zhǔn)點(diǎn)，直至現(xiàn)在。

阜陽(yáng)閘水文站水準(zhǔn)點(diǎn)逐年下沉，觀測(cè)計(jì)算的水位比真實(shí)水位逐年偏高，造成上下游水位逐年偏離真實(shí)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(jià)值。

四、水位改正

（一）阜陽(yáng)站水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)立和變動(dòng)情況

水位計(jì)算的依據(jù)是水尺零點(diǎn)高程，水尺零點(diǎn)高程是由校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程推求，校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程從基本水準(zhǔn)點(diǎn)推求，基本水準(zhǔn)點(diǎn)高程從引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)推求。要推求水位的真高，就必須知道水準(zhǔn)點(diǎn)的真高。阜陽(yáng)站引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)有720（地上暗標(biāo)）、新B.M東和船左下B.M，720（地上暗標(biāo)）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(cè)公路橋北下，1986年啟用，2009年修船閘被毀?；舅疁?zhǔn)點(diǎn)淮水文2057，1965年啟用直到現(xiàn)在，保存完好。校核水準(zhǔn)點(diǎn)有閘上校核點(diǎn)T.B.M4和閘下校核點(diǎn)T.B.M3，淮水文2057在該站觀測(cè)場(chǎng)西南30m，每年都有和站上下校核點(diǎn)的測(cè)量成果，把淮水文2057水準(zhǔn)點(diǎn)的歷年沉降變化真實(shí)情況整理清楚，歷年的水位訂正問題就能解決。

（二）基本水準(zhǔn)點(diǎn)歷年沉降情況

經(jīng)走訪各有關(guān)單位，獲取淮水文2057水準(zhǔn)點(diǎn)從1965～2009年間22次精密水準(zhǔn)測(cè)量成果，該成果均從非沉降區(qū)外采用Ⅰ等或Ⅱ等水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，經(jīng)分析考證認(rèn)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(yáng)站淮水文2057水文考證系列由沉降區(qū)內(nèi)的引據(jù)點(diǎn)測(cè)量而作，相對(duì)沉降的改正系列見圖1。

從圖1看，1980年為沉降拐點(diǎn)，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(shí)際高程的差值逐年擴(kuò)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(gè)連續(xù)漸變的過程，淮水文2057無實(shí)際高程的年份可采用過程線插補(bǔ)得到，這樣就得到淮水文2057歷年的實(shí)際高程系列。

（三）上（下）游水位改正

1.根據(jù)調(diào)查的實(shí)際高程系列，采用過程線法，插補(bǔ)出與校核水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量時(shí)間相同的淮水文2057實(shí)際高程，建立淮水文2057的考證高程與實(shí)際高程系列。

2.根據(jù)淮水文2057與校核水準(zhǔn)點(diǎn)之間每年的實(shí)測(cè)高差，推求校核水準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)際高程系列，刊印的相對(duì)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(zhǔn)點(diǎn)同在垂直于水流方向的斷面上，距離較近，可認(rèn)為水尺零點(diǎn)高程與校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程同步變化，故校核水準(zhǔn)點(diǎn)考證高程與實(shí)際高程的差值即為對(duì)應(yīng)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(yáng)站上（下）游水位減去對(duì)應(yīng)的改正數(shù)值即為真高。改正值的年節(jié)點(diǎn)為校核水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量時(shí)間，節(jié)點(diǎn)間按時(shí)間內(nèi)插月、日改正值。

五、合理性檢查分析

以阜陽(yáng)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(jìn)行合理性分析對(duì)比，各站凍結(jié)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(duì)比分析，潁河阜陽(yáng)閘與界首站間的耿樓閘樞紐于2009年5月下旬正式運(yùn)行，選用1月1日～5月21日不受耿樓閘調(diào)控的水位做對(duì)比分析（見圖2）。圖2可看出阜陽(yáng)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(jì)算出的訂正數(shù)值進(jìn)行訂正后點(diǎn)繪各站水位過程線圖（見圖3），阜陽(yáng)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(xiàng)解決

目前，淮北地區(qū)深層地下水逐步成為當(dāng)?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(yīng)急水源或主水源。由于深層地下水的補(bǔ)給存在特殊性，而當(dāng)?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(yáng)、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(yáng)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(qiáng)地面沉降區(qū)水準(zhǔn)點(diǎn)的保護(hù)和設(shè)置

地面沉降區(qū)阜陽(yáng)站引據(jù)點(diǎn)、基本點(diǎn)和校核水準(zhǔn)點(diǎn)曾更換多個(gè)，因城建施工附近的引據(jù)點(diǎn)均已被破壞，3個(gè)基本點(diǎn)毀壞2個(gè)，校核水準(zhǔn)點(diǎn)更換3個(gè)，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(shè)置永久性水準(zhǔn)基點(diǎn)（設(shè)置在基巖上），易于引測(cè)，精度也高，方便使用，不存在后期的水位訂正。對(duì)設(shè)置永久性水準(zhǔn)基點(diǎn)有困難的沉降區(qū)，應(yīng)保護(hù)好歷史上使用過的各等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，利于今后水位的分析與訂正

安徽省阜陽(yáng)水文水資源局 236000）