劉沂軒，熊彩霞

(1．中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221008;2．江蘇省水文水資源勘測(cè)局 徐州分局，江蘇 徐州 221006;3．徐州中國(guó)礦大巖土工程新技術(shù)發(fā)展有限公司，江蘇 徐州 221100)

徐州豐沛平原區(qū)主要包括豐縣、沛縣行政區(qū)域和銅山區(qū)北部部分地區(qū)，面積為3 143．4 km2，地下水對(duì)于該區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展起到非常重要的作用．隨著工、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，特別兩縣城區(qū)供水過(guò)度依賴地下水，造成地下水的不合理開采，于20世紀(jì)80 年代末分別在兩縣城區(qū)形成深層地下水水位降落漏斗，地下水水位的持續(xù)下降引發(fā)了不同程度的地面沉降．鑒于此，掌握該區(qū)深層地下水降落漏斗的演變特征與主導(dǎo)因素，提出合理的水資源開發(fā)利用模式，對(duì)于區(qū)域水資源可持續(xù)利用與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)工作有著重要的價(jià)值和意義．

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于徐州市的西北部，處在黃泛沖積平原和魯南山區(qū)南緣沖積平原的交互地帶，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，兼有海洋性和大陸性氣候過(guò)渡區(qū)的特征，四季分明，多年平均降水量728．79 mm，降水多集中在夏季，約占全年降水量的77%，降水年際、年內(nèi)分布不均衡．歷史上該區(qū)黃河決溢泛濫頻繁，形成了堆積厚度8 ～10 m 的扇形堆壟，自西南向東北傾斜，地勢(shì)西南高東北低，地面高程31～48 m［1］．

該區(qū)地質(zhì)屬華北地層區(qū)，發(fā)育不全;揭露的太古界泰山群(Ars)是區(qū)內(nèi)最老地層，并構(gòu)成華北準(zhǔn)地臺(tái)的基底;新生界下第三系(E)和上第三系(N)分布廣泛，第四系(Q)幾乎覆蓋全區(qū)．其間分布發(fā)育有全新統(tǒng)潛水、第Ⅰ承壓、第Ⅱ承壓、第Ⅲ承壓、第Ⅳ承壓5 個(gè)含水層組．其中第Ⅰ承壓含水層與上覆潛水層聯(lián)系密切，多具弱承壓水特征;第Ⅱ承壓含水層頂板埋深多在50 ～70 m，上部砂層較細(xì)，多為亞砂土、粉細(xì)砂，下部砂層較粗，多為粉細(xì)砂，局部中砂含礫，富水性好，氟離子含量大于1．0 mg/L;第Ⅲ承壓含水層由下更新統(tǒng)中細(xì)砂、中粗砂組成，厚度多在20 ～35 m(東薄西厚)，富水性較好;第Ⅳ承壓含水層由新近紀(jì)上新世河堆積的含礫粉土、含礫粗砂組成，頂板埋深170 ～210 m，厚10 ～20 m，富水性一般．第Ⅲ承壓含水層組為區(qū)域內(nèi)地下水的主要開采層，也是此次研究的重心［1］．

2 演變特征分析

通過(guò)對(duì)研究區(qū)1984—2013 年地下水水位和1984—2012 年降水實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，降水量不是影響豐縣城區(qū)地下水水位降落漏斗發(fā)展變化的主導(dǎo)因素，其整個(gè)發(fā)展變化過(guò)程可分3 個(gè)時(shí)期(直線發(fā)展階段、平穩(wěn)發(fā)展階段、急劇擴(kuò)張階段)．地下水水位降落漏斗中心水位與降水綜合動(dòng)態(tài)如圖1 所示．

圖1 地下水水位降落漏斗中心水位與降水綜合動(dòng)態(tài)圖

第1 個(gè)時(shí)期為直線發(fā)展階段(1984—1995 年)．1984 年以前，該區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鎮(zhèn)生活用水多依靠淺層地下水和地表水，后隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，特別在城區(qū)由于需水量的急增，加之地表水資源的缺乏，城市生活及工業(yè)發(fā)展完全依靠深層地下水，造成地下水開采量陡升，成為了形成地下水位降落漏斗的主導(dǎo)因素． 1984 年全區(qū)深層開采量為0．88 億m3，全部為城市生活及工業(yè)用水，1995 年全區(qū)深層地下開采量1．38 億m3，其中城市生活及工業(yè)用水為1．12 億m3． 此間，漏斗中心水位從1984年的18．4 m下降到－4 m，共下降了22．4 m，平均每年下降約2．24 m，水位標(biāo)高10 m(水位埋深30 m)等水位線封閉面積增加量為80．4 km2．

第2 個(gè)時(shí)期為平穩(wěn)發(fā)展階段(1996—2004 年)．經(jīng)過(guò)第1 階段之后，地下水開采量陡增之后開始變緩． 據(jù)統(tǒng)計(jì)，1997 年深層地下水開采量為1．53 億m3，其中城市生活及工業(yè)用水為0．92 億m3，2004 年深層地下水開采量為1．78 億m3，其中城市生活及工業(yè)用水為0．98 億m3．這一時(shí)期，降落漏斗中心水位降深為4．1 m，年平均降深為0．46 m，降深速度有所減緩，水位標(biāo)高10 m(水位埋深30 m)等水位線封閉面積增加量為60．7 km2．

第3 個(gè)時(shí)期為急劇擴(kuò)張階段(2005 年—)．隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，需水量不斷增加，特別是城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大，需要大量的水源作為保證．然而由于供水水源的單一，城市生活及工業(yè)用水過(guò)度依賴地下水，導(dǎo)致漏斗面積急劇擴(kuò)大，水位埋深快速下降． 水位標(biāo)高10 m(水位埋深30 m)等水位線封閉面積:2005 年為140． 4 km2、2008 年為185．7 km2、2013 年為221．4 km2．期間，江蘇省人民政府批復(fù)同意《江蘇省地下水超采區(qū)劃分方案》，規(guī)定該區(qū)禁采水位埋深為52 m，限采水位埋深為25 m，嚴(yán)格審批地下水開采項(xiàng)目，無(wú)疑對(duì)該區(qū)地下水資源的保護(hù)具有重要的意義．

3 漏斗成因分析

地下水位下降漏斗形成原因主要是強(qiáng)采地下水的結(jié)果，但是同時(shí)也受地表水狀況、供水水源結(jié)構(gòu)、工業(yè)布局以及區(qū)域地質(zhì)和水文地質(zhì)條件控制，總結(jié)和歸納可以得出其主要影響和控制因素包含以下4個(gè)方面．

3．1 附近地表水資源缺乏

該區(qū)地表水資源時(shí)空分布不均，6—9 月份降水量占全年的70%以上，徑流量占全年80%以上，區(qū)內(nèi)河流多為季節(jié)性河流． 城區(qū)附近河流河槽調(diào)蓄能力較低，加之城市垃圾和污水處理不當(dāng)以及農(nóng)藥、化肥的大量使用，水體遭受污染，無(wú)法提供合格的可供水源，進(jìn)一步加劇了城區(qū)水資源短缺的矛盾，造成城市居民生活及絕大部分工業(yè)用水過(guò)度依賴地下水．

3．2 單一的供水水源結(jié)構(gòu)

城區(qū)附近無(wú)地表供水水源，城市生活及工業(yè)用水完全依賴地下水，這種特殊的供水水源結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致形成地下水降落漏斗的外因之一．為解決此矛盾，兩縣政府已經(jīng)啟動(dòng)地面水廠的建設(shè)工作，通過(guò)水利工程實(shí)行區(qū)域調(diào)水以緩解深層地下水的開采壓力，南水北調(diào)東線工程的通水為該方案提供了保障． 同時(shí)地下水壓采方案已通過(guò)審批，將逐步封停漏斗區(qū)的開采井，使地下水降落漏斗進(jìn)入恢復(fù)涵養(yǎng)期．

3．3 工業(yè)布局不合理及城區(qū)人口增長(zhǎng)過(guò)快

一方面，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)數(shù)量迅猛增加，在該區(qū)經(jīng)濟(jì)環(huán)境相對(duì)落后和地方政府片面追求經(jīng)濟(jì)利益雙重矛盾的促使下，進(jìn)駐企業(yè)多為高耗能勞動(dòng)密集型，加之企業(yè)為交通便利多選擇城區(qū)附近，增加了城區(qū)的用水需求． 另一方面，大量農(nóng)村人口轉(zhuǎn)移至城區(qū)，進(jìn)一步加劇了城區(qū)供水矛盾．兩方面原因促使城市生活及工業(yè)用水量的急劇增加，這是造成漏斗發(fā)展急劇擴(kuò)張的主要原因．

3．4 特殊的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

全區(qū)廣泛分布5 個(gè)含水層組，其中第Ⅲ承壓含水層組為主要開采層，其補(bǔ)給源為來(lái)自東、東北方向的側(cè)向徑流補(bǔ)給．而開采強(qiáng)度較大的沛縣城區(qū)、龍固鎮(zhèn)分別位于豐縣縣城的東、東北方向，加之位于沛縣縣城東北方向的大屯礦區(qū)的煤礦塌陷對(duì)上述含水層組的破壞，由此造成了龍固鎮(zhèn)、沛縣縣城對(duì)豐縣縣城和大屯礦區(qū)對(duì)沛縣縣城的側(cè)向補(bǔ)給的截流，使得同層含水層組地下水得不到有效補(bǔ)給，加速了降落漏斗的發(fā)展［2］．

4 地下水超采下的環(huán)境響應(yīng)與對(duì)策

地下水超采除了形成區(qū)域地下水位降落漏斗外，還引發(fā)了一系列諸如地面沉降、水質(zhì)惡化等環(huán)境問(wèn)題．過(guò)量抽取地下水，形成水頭差，導(dǎo)致含水層頂、底板被不斷壓密釋水，導(dǎo)致含水層骨架變形，除了造成地面沉降外，還有可能由于釋出水中的氟碘離子異常引起地下水水質(zhì)惡化．該區(qū)地面沉降發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)90 年代初期，目前累計(jì)沉降量大于200 mm 的區(qū)域近200 km2，年沉降量超過(guò)10 mm，地面沉降導(dǎo)致城市建筑物損壞、管道變形、水準(zhǔn)點(diǎn)破壞、地面積水和排水不暢等，危害巨大．

目前該地區(qū)已經(jīng)推行了一些水資源優(yōu)化配置的舉措，如逐步壓采地下水和實(shí)施區(qū)域調(diào)水等措施．在此，給出幾條水資源優(yōu)化配置的建議:督促企業(yè)各單位提高水資源利用效率，根據(jù)用水水質(zhì)要求分質(zhì)取水，盡量降低日用新水量，提高重復(fù)利用率;大力推行低耗水量農(nóng)作物，推行節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高灌溉利用系數(shù)，充分利用雨洪資源;對(duì)超采含水層組實(shí)施“限采”而非“禁采”，逐步實(shí)現(xiàn)地下水的采補(bǔ)平衡，保證地下水循環(huán)和更新;盡快制定淺層地下水開發(fā)利用規(guī)劃，使其成為備用水源之一;盡可能調(diào)整工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使工業(yè)布局合理化，防治局部高強(qiáng)度取水［3－7］．

5 結(jié) 語(yǔ)

1)依據(jù)漏斗中心水位逐年變化情況，將深層地下水降落漏斗演化過(guò)程劃分為3 個(gè)階段，分別為直線發(fā)展階段、平穩(wěn)發(fā)展階段、急劇擴(kuò)張階段，各階段受不同因素的影響，漏斗中心水位各有其特征．

2)分析深層地下水位降落漏斗形成和演變主導(dǎo)因素得出:地表水狀況、供水水源結(jié)構(gòu)、工業(yè)布局為外在驅(qū)動(dòng)力，特殊的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件成為控制其形態(tài)變化的主內(nèi)因．

3)該區(qū)深層地下水位下降引發(fā)了地面沉降、水質(zhì)惡化等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化水資源配置、推行節(jié)水工業(yè)、逐步壓采地下水等措施減緩地下水水位下降的態(tài)勢(shì)，有效遏止環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的發(fā)生．

［1］江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇省水文水資源勘測(cè)局．江蘇省地下水超采區(qū)劃分報(bào)告［R］．南京:江蘇省人民政府，2013．

［2］劉沂軒，熊彩霞．地下水開發(fā)利用中的環(huán)境問(wèn)題及對(duì)策［J］．江蘇水利，2003(5):31 －32．

［3］高正新，劉沂軒，徐慶軍，等．徐州市地下水污染成因分析及防治對(duì)策［J］．能源技術(shù)與管理，2005(4):61 －33．

［4］劉沂軒，徐慶軍，王猛． 城市化進(jìn)程與水資源可持續(xù)利用的對(duì)策研究［J］．地下水，2005，27(4):238 －240．

［5］許愛芹，劉喜坤．快速城市化條件下地下水開發(fā)的環(huán)境效應(yīng)研究［J］． 徐州師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2000，26(3):69 －71．

［6］付麗，劉本華，何志宇． 城市地下水飲用水源地水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］． 華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，34(6):39 －42．

［7］李亞松，費(fèi)宇紅，錢永，等．滄州地區(qū)深層地下水位降落漏斗演變特征與形成機(jī)理探討［J］． 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27(1):181 －183．