李麗琴，王志璋，賀華翔，艾亞迪，謝新民，魏傳江

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 水資源研究所，北京 100038；2.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院 水資源研究所，北京 100044；3.中國水利水電科學(xué)研究院 信息中心，北京 100038；4.清華大學(xué) 水利水電工程系 水利水電工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

1 研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出。為滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)水資源的需求，部分地區(qū)加大地下水開采量，導(dǎo)致地下水超采嚴(yán)重，繼而引發(fā)地面沉降、地裂縫形成、泉水枯竭、河流污染加重、兩岸植被和生物多樣性減少等一系列生態(tài)、地質(zhì)、環(huán)境問題［1-2］。為防止地下水問題進(jìn)一步惡化，國家對(duì)地下水管理工作高度重視［3-9］，相關(guān)部門實(shí)施了關(guān)井壓采工作和跨區(qū)域調(diào)水大水網(wǎng)工程建設(shè)，不僅提供了可替代水源以支撐其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還為地下水問題的修復(fù)提供了希望。但針對(duì)地下水封井壓采后地下水環(huán)境的演變趨勢及區(qū)域外地表水替代區(qū)域內(nèi)地下水對(duì)城市供水安全帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)目前還未引起大家的高度重視。因此，本文以沈陽市為例，針對(duì)沈陽市大規(guī)模削減地下水開采量和加大外調(diào)水工程（大伙房輸水和遼西北供水）的情況，基于地下水?dāng)?shù)值模型對(duì)沈陽市壓采后的地下水環(huán)境演變趨勢進(jìn)行模擬預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果對(duì)地下水壓采和水源置換后沈陽市供水安全存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析并探討了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的措施，旨在順利實(shí)現(xiàn)城市供水水源從區(qū)域內(nèi)地下水向區(qū)域外地表水轉(zhuǎn)換、逐步實(shí)現(xiàn)地下水采補(bǔ)平衡的目標(biāo)，為推進(jìn)地下水封井壓采、水源置換及構(gòu)建城市安全供水保障體系和實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度等提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

沈陽市位于我國東北地區(qū)南部，地處東經(jīng)122°25′09″～123°48′24″，北緯 41°11′51″～43°02′13″，包括市內(nèi)五區(qū)（和平區(qū)、沈河區(qū)、大東區(qū)、皇姑區(qū)、鐵西區(qū)）、市郊四區(qū)（沈北新區(qū)、蘇家屯區(qū)、渾南區(qū)和于洪區(qū)）、1個(gè)縣級(jí)市（新民市）、3個(gè)縣（康平縣、法庫縣和遼中縣），鐵西區(qū)包含一個(gè)國家級(jí)開發(fā)區(qū)：沈陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，全市總面積為12 956 km2。沈陽市多年平均年降水量為598.9 mm，平均蒸發(fā)量為823.3 mm，渾河是流經(jīng)該區(qū)最大的河流，多年平均流量45.6 m3/s，現(xiàn)狀年以地下水供水為主，地下水超采降落漏斗主要集中在石佛寺、新民匯津、遼中茨榆坨和于洪水源區(qū)，漏斗區(qū)面積超過70 km2。根據(jù)沈陽市人民政府辦公廳下發(fā)的關(guān)于封閉地下水取水工程實(shí)施方案，從2012年至2015年沈陽市封閉或關(guān)停地下水取水工程1071處，取水井1847眼，削減地下水開采量4.79億m3，削減的地下水開采量和沈陽市新增用水需求未來將主要通過大伙房輸水和遼西北供水兩大外調(diào)水工程實(shí)現(xiàn)。本次研究選取沈陽市平原區(qū)作為地下水?dāng)?shù)值模擬區(qū)域，具體包括沈陽市內(nèi)五區(qū)平原區(qū)（545 km2）、沈北新區(qū)平原區(qū)（710 km2）、渾南新區(qū)平原區(qū)（164 km2）、蘇家屯區(qū)平原區(qū)（400 km2）和于洪區(qū)全部（499 km2），總面積2318 km2，詳細(xì)見圖1。

根據(jù)沈陽市地下水壓采計(jì)劃，模擬計(jì)算區(qū)需壓采的市政地下水水源地主要有34處，設(shè)計(jì)供水能力為130萬m3/d，2013年市政地下水水源供水量為2.7億，隨著封井方案的進(jìn)一步實(shí)施，未來地下水供水量約為6881萬m3，具體見表1。

表1 沈陽市模擬計(jì)算區(qū)域市政地下水源供水能力及供水量

圖1 沈陽市地下水模擬計(jì)算區(qū)域分布圖

3 數(shù)值模型的建立與求解

沈陽市位于渾河沖洪積扇上，地勢由東北向西南逐漸降低，區(qū)內(nèi)以沖堆積地形為主，東北及東南部屬風(fēng)積崗狀與波狀臺(tái)地，除東部丘陵區(qū)外，均被第四系松散堆積物所覆蓋，具有較好的水文地質(zhì)條件，山丘區(qū)裂隙水主要依靠大氣降水補(bǔ)給；平原區(qū)及河谷平原區(qū)松散巖類孔隙水的補(bǔ)給來源除大氣降水補(bǔ)給外，還有農(nóng)田灌溉入滲補(bǔ)給及山前側(cè)向補(bǔ)給等，特別是城區(qū)地下水源集中區(qū)，由于地下水集中開采，導(dǎo)致地下水位低于河水位，使地表水入滲補(bǔ)給地下水，人為的增大了河道入滲補(bǔ)給量。山丘區(qū)地下水主要以河川基流的形式排泄，成為地表徑流的一部分，此外，尚有部分地下水開采及河谷平原的潛水蒸發(fā)、山區(qū)與平原交界地帶的山前側(cè)向流出等。平原區(qū)地下水的主要排泄方式為人工開采，占排泄量的大部分，其次為潛水蒸發(fā)，以及沿河地帶的河道排泄。

水文地質(zhì)條件概化：通過分析和研究沈陽市平原區(qū)水文地質(zhì)條件，結(jié)合地下水位長期觀測資料和水位統(tǒng)測資料以及地下水開采情況等，將沈陽市平原區(qū)地下水開采層概化為統(tǒng)一的地下水資源系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)概化為非均質(zhì)各向同性的、與外界環(huán)境有密切聯(lián)系的開放性系統(tǒng)。計(jì)算區(qū)域內(nèi)地下水由東部和東北部向西部或西南部流動(dòng)，在市政水源地附近，地下水向水源地開采中心流動(dòng)，在渾河近岸地區(qū)，由河流方向向兩側(cè)流動(dòng)；將地下水的水動(dòng)力特征概化為微承壓準(zhǔn)三維非穩(wěn)定流，并且符合達(dá)西定律。

水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)概化：根據(jù)沈陽市水文地質(zhì)圖件及各縣區(qū)水文地質(zhì)勘查資料，分析得出研究區(qū)第四系松散巖類潛水含水層的成因時(shí)代、巖性特征及巖石水理性質(zhì)有一定的變化，主要為含水層巖性由礫卵石、砂礫石逐漸過渡為粗砂、中砂、細(xì)砂，故依據(jù)水均衡計(jì)算將研究區(qū)分為8個(gè)水文地質(zhì)參數(shù)區(qū)。其中每個(gè)分區(qū)的滲透系數(shù)和給水度初值根據(jù)沈陽市鉆孔巖性、區(qū)域水文地質(zhì)地貌以及抽水試驗(yàn)資料并結(jié)合二者經(jīng)驗(yàn)數(shù)值綜合確定，各分區(qū)參數(shù)初值見表2。

邊界條件概化：研究區(qū)東部為山丘區(qū)，對(duì)平原區(qū)有側(cè)向補(bǔ)給，為側(cè)向流入邊界，西部與研究區(qū)外部有水量交換，為側(cè)向流出邊界，將東西部概化為二類流量邊界；研究區(qū)北部和南部與河流交匯，為定水頭邊界，將南北部概化為一類水頭邊界；具體見圖1。研究區(qū)潛水含水層上部為水量交換邊界，接受降雨入滲補(bǔ)給、地表水灌溉入滲補(bǔ)給、井灌回歸入滲補(bǔ)給等補(bǔ)給項(xiàng)及農(nóng)業(yè)灌溉、人工開采、潛水蒸發(fā)等排泄項(xiàng)，含水層底部與基巖接觸，將其概化為隔水邊界。

基于上述水文地質(zhì)概念模型，研究區(qū)地下水流數(shù)值模型為非均質(zhì)各向同性的非穩(wěn)定流模型，建立孔隙潛水含水層的數(shù)學(xué)模型如下：

式中：h0（x，y，z）表示初始水位的分布情況；P表示單位體積源匯項(xiàng)；h1（x，y，z，t）表示一類邊界條件下的定水頭；Γ1表示研究區(qū)概化的一類邊界；q表示二類邊界單位面積流量，單位m3/（m2·d）；Γ2表示研究區(qū)概化的二類邊界；Ω表示滲流區(qū)域；θx，θy，θz分別表示二類邊界的法線方向與x軸、y軸及z軸的夾角；Γ3表示自由面；kx，ky，kz分別表示滲透系數(shù)沿x軸、y軸及z軸的分量。

應(yīng)用三維地下水流數(shù)值模擬系統(tǒng)GMS的MODFLOW模塊對(duì)研究區(qū)進(jìn)行自動(dòng)剖分，共剖分為18 180個(gè)網(wǎng)格（200行×200列），每個(gè)網(wǎng)格長300 m，寬425 m，面積為0.1275 km2。根據(jù)沈陽市地下水長期觀測資料，考慮研究區(qū)地下水位的年內(nèi)和年際變化規(guī)律，將每個(gè)水文年劃分為兩個(gè)計(jì)算時(shí)段，即每年4月26日至9月26日為豐水期，每年9月27日至翌年4月25日為枯水期。本次研究采用2007年4月26日—2013年4月26日的實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行長時(shí)間序列識(shí)別，采用2013年4月27日—2013年9月26日實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)模型的參數(shù)、邊界性質(zhì)和各項(xiàng)補(bǔ)、排量進(jìn)行驗(yàn)證。

識(shí)別期典型觀測井的水位擬合效果（圖2）及驗(yàn)證期末地下水位等值線擬合圖（圖3）顯示：模型計(jì)算水位與實(shí)測水位整體擬合效果較好，均在置信區(qū)間范圍內(nèi)。水位擬合誤差小于0.5 m的結(jié)點(diǎn)占已知水位結(jié)點(diǎn)數(shù)的80%以上，計(jì)算水位與實(shí)測水位等值線的整體擬合程度良好。

圖2 識(shí)別期典型觀測井地下水位擬合圖

圖3 驗(yàn)證期末（2013-9-26）地下水位等值線擬合圖

圖4 模擬區(qū)域水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)圖

通過初始參數(shù)輸入、模型識(shí)別及參數(shù)調(diào)整，最后反演得到的相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)是合理、有效的。識(shí)別和驗(yàn)證后的水文地質(zhì)參數(shù)，識(shí)別和驗(yàn)證后的水文地質(zhì)分區(qū)及參數(shù)值結(jié)果見圖4及表2。

4 關(guān)井壓采地下水和置換水源風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1 關(guān)井壓采地下水風(fēng)險(xiǎn)分析基于模型識(shí)別與驗(yàn)證后得出的有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)和反演確定的地下水開發(fā)利用均衡結(jié)果，以多年平均降水量條件下保持水資源現(xiàn)狀開發(fā)利用模式，根據(jù)沈陽市地下水壓采計(jì)劃，利用所構(gòu)建的地下水?dāng)?shù)值模擬模型，分析和預(yù)測未來2014年—2035年32年時(shí)間跨度的地下水位變化趨勢。預(yù)報(bào)模型以驗(yàn)證期末時(shí)刻即2013年9月26日的地下水位作為預(yù)報(bào)期的初始流場，蒸發(fā)和河流水位均采用多年平均值。邊界條件的預(yù)報(bào)綜合考慮自然因素、人為因素及相鄰系統(tǒng)擾動(dòng)等的復(fù)合效應(yīng)［10］。實(shí)行壓采方案后，全區(qū)地下水位不同程度的呈現(xiàn)出上升趨勢，以市內(nèi)五區(qū)淞江水源為例，由圖5可以看出2014年—2035年淞江水源地下水位總體呈現(xiàn)大幅上升趨勢，2031年地下水位達(dá)到最大值，之后受降雨系列影響地下水位存在小幅下降，但相比現(xiàn)狀年仍是上升趨勢。根據(jù)未來2014年—2035年地下水位預(yù)測結(jié)果，從2023年開始出現(xiàn)超限水位的局部區(qū)域，到2035年底大規(guī)模出現(xiàn)超限水位的眾多區(qū)域，主要集中在市內(nèi)五區(qū)，具體見圖6（藍(lán)色線圈中部分代表超限水位區(qū)域）。

表2 初始及識(shí)別驗(yàn)證后的水文地質(zhì)參數(shù)值表

圖5 市內(nèi)五區(qū)淞江水源地下水位演變圖

圖6 地下水位等值線圖（2035年12月31日）

由于地下水埋深更為直觀、更能與地下水控制性紅線上、下限水位相比較，因此轉(zhuǎn)換成地下水埋深。選取封井前2007年、封井中2013年及封井后2023年、2035年地下水埋深繪制地下水埋深等值線圖（藍(lán)色線圈中部分代表超限水位區(qū)域），詳細(xì)見圖7。地下水埋深由封井前2007年的淺埋深到封井中2013年的深埋深，再到封井后2023年、2035年的淺埋深，這種地下水埋深由淺變深、再變淺的趨勢是合理的，與當(dāng)時(shí)降水量和水資源開發(fā)利用規(guī)模以及地下水壓采等存在直接關(guān)系。下面分兩類論述：

（1）市區(qū)所屬大型灌區(qū)（石佛寺灌區(qū)、渾北灌區(qū)、渾南灌區(qū)和沈撫污水灌區(qū)）按水資源現(xiàn)狀開發(fā)利用模式下封井壓采后地下水位埋深均未超過造成土壤鹽漬化和沼澤化等問題的上限埋深（2 m）；市區(qū)重工業(yè)集聚的區(qū)域?qū)嵤┓饩畨翰捎?jì)劃后局部區(qū)域地下水位回升較快，而地下水位抬升過高極易造成固體廢棄物（垃圾填埋場）與地下水直接接觸或被地下水淹沒而使地下水遭受污染并使污染物快速擴(kuò)散［11-14］。例如鐵西區(qū)屬于重工業(yè)集聚區(qū)，地下水主要以鐵和錳污染為主，作為一種重金屬污染，在土壤和地下水系統(tǒng)中，這些污染物通過地下水回升形成的水動(dòng)力場加劇污染物質(zhì)運(yùn)移和擴(kuò)散，污染和影響周邊地下水體質(zhì)量狀況。地下水臨界埋深暫按產(chǎn)生土壤次生鹽漬化和沼澤化的臨界埋深考慮，目前未超過上限值。

圖7 沈陽市地下水位埋深演變趨勢圖

（2）市區(qū)人防工程和地下建筑區(qū)，由于集中開采量大，封井方案實(shí)施后在地下水市政水源地附近監(jiān)測井水位回升較明顯，見表3。2020年于洪區(qū)的輕工研究所及市內(nèi)五區(qū)內(nèi)西站燈具城、遠(yuǎn)洋天地、127中學(xué)、沈陽故宮等多處地下水位埋深回升較快，開始超過人防工程和地下建筑臨界埋深上限水位，導(dǎo)致道路翻漿、建筑物地基和地下空間工程（如地鐵工程）易出現(xiàn)抗浮安全及滲水風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地下建筑工程等造成一定威脅或影響［15］。目前城區(qū)地鐵線附近抗浮設(shè)計(jì)水位埋深為3 m，沈陽市道路凍脹及翻漿臨界水位埋深應(yīng)不小于2 m，已建與新建建筑物基坑防水工程等上限水位埋深為6 m。

表3 超限觀測井水位與超限年份預(yù)測結(jié)果 （單位：m）

存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的水源地未來要加強(qiáng)水位監(jiān)測頻次，密切監(jiān)視局部區(qū)域地下水位變化態(tài)勢，盡量做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡早采取諸如重啟部分市政水源井或修建街景噴泉水源井、環(huán)境取水水源井等有效措施，未雨綢繆。

4.2 水源置換風(fēng)險(xiǎn)分析沈陽市現(xiàn)狀年（2013年）城市供水組成以地下水為主，到2020年、2030年隨著大伙房輸水工程和遼西北供水工程相繼建成通水，全市封井壓采工作也將隨之全部結(jié)束，沈陽市城市供水組成也隨之發(fā)生巨大變化。如到2030年市內(nèi)五區(qū)地下水供水比例由2013年的48%降低到僅為6%，地表水供水比例由2013年的1%增加到2%，外調(diào)水供水比例由2013年的50%增加到84%以上，再生水供水比例由2013年的1%增加到8%。即到2030年外調(diào)水源將成為沈陽市城市供水的主力水源，一旦外調(diào)水水源地發(fā)生水體污染或工程事故等突發(fā)事件將對(duì)沈陽市城市供水安全造成不可低估的影響和沖擊［16-18］。

沈陽市城市外調(diào)水源工程主要有大伙房水庫水源工程、大伙房輸水工程和遼西北輸水工程。

（1）大伙房水庫水源工程可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

①水體污染類風(fēng)險(xiǎn)。渾河是沈陽市的母親河，屬于沈陽市第二大過境河流，其發(fā)源于撫順市清原縣長白山支脈的滾馬嶺，從東陵區(qū)小仁鏡村流入沈陽境內(nèi)，大伙房水庫位于渾河上游，由于接納上游撫順市所轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊的大量生活污水和垃圾、農(nóng)業(yè)面源污染物（包括農(nóng)藥、化肥等）和一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的工業(yè)廢水和固體垃圾等，極易造成有毒有機(jī)物、油污或放射性物質(zhì)、重金屬、有毒化工產(chǎn)品，或藻類大規(guī)模繁殖等污染，未來勢必會(huì)嚴(yán)重威脅沈陽市城市供水安全。

②工程事故類風(fēng)險(xiǎn)。大伙房水庫位于渾河上游，對(duì)河流中下游防洪起到?jīng)Q定性作用。但大伙房水庫以上的上游，缺乏水庫攔蓄洪水，夏季暴雨時(shí)洪災(zāi)嚴(yán)峻。歷史上曾發(fā)生過3次特大降雨，1995年7月渾河流域發(fā)生特大洪水，大伙房水庫超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，沈陽市境內(nèi)渾河左岸堤防出現(xiàn)重大滑坡險(xiǎn)情、右岸堤防多處潰決；2010年8月遼寧、吉林兩省普降大雨發(fā)生嚴(yán)重汛情，大伙房水庫非常溢洪道下游堤防右岸混凝土護(hù)坡出現(xiàn)險(xiǎn)情；2013年8月16日渾河上游降下大暴雨，大伙房水庫超警戒水位2.69 m。因此，如果渾河上游出現(xiàn)特大洪水，易導(dǎo)致大伙房水庫大壩、攔河堤壩、取水管涵等發(fā)生垮塌、斷裂致使城市水源枯竭等風(fēng)險(xiǎn)。

（2）大伙房輸水工程和遼西北供水工程可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

大伙房輸水工程和遼西北供水工程可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)主要包括：接納上游吉林省通化市和白山市所轄區(qū)域的大量生活污水和垃圾、農(nóng)業(yè)面源污染物（包括農(nóng)藥、化肥等）和一些工業(yè)企業(yè)排放的工業(yè)廢水和固體垃圾等有毒有機(jī)物、油污或放射性物質(zhì)、重金屬、有毒化工產(chǎn)品等，將會(huì)造成沈陽市城市供水系統(tǒng)無水可供的風(fēng)險(xiǎn)。

5 規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)措施

基于地下水壓采和水源置換風(fēng)險(xiǎn)分析，依據(jù)地下水壓采計(jì)劃和水資源配置總體格局的調(diào)整，通過合理布局常規(guī)水源、應(yīng)急水源與戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源，提高城市供水的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，為保障沈陽市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展提供強(qiáng)有力的供水安全保障，具體見圖8。

5.1 城市地下水源地分類通過分析市區(qū)及近郊區(qū)市政水源的供水能力及壓采后供水量變化情況等，將城市供水水源劃分為三類水源。

（1）第一類是依據(jù)規(guī)劃完全封閉的市政地下水源。主要包括工人村水源、鐵西水源、于洪水源、丁香水源、北陵水源、地質(zhì)水源、久和里水源、龍江水源。這些水源主要集中在城市的西北部，由于水文地質(zhì)條件不佳目前已不適合繼續(xù)開采，按照壓采計(jì)劃予以封井。

（2）第二類是減采地下水源，為排除第一類市政地下水源后，其余市區(qū)及近郊區(qū)的市政地下水源。主要包括市政一水廠、二水廠、三水廠、四水廠及八水廠的大部分水源，主要集中在市區(qū)的東部、中部及西南部，部分水源屬于傍河水源供水能力較大（如新南塔水源、河北水源、長白水源等）。由于市區(qū)及近郊區(qū)的市政地下水源大量開采，造成地下水位大幅度下降，若繼續(xù)大規(guī)模開采將會(huì)引起不可逆的環(huán)境地質(zhì)問題。

（3）第三類是間歇性開采地下水源，為市區(qū)外圍的市政地下水源。主要包括沈北新區(qū)的石佛寺水源、尹家水源、黃家水源，法庫縣的依牛堡水源，開發(fā)區(qū)的勝科水源、開發(fā)區(qū)水源以及蘇家屯的蘇西水源。這些水源的特點(diǎn)是開采較為集中，開采量較大，當(dāng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)會(huì)大幅擠占或影響當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)灌溉用水。

圖8 沈陽市應(yīng)急及戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源分布圖

通過上述分析，可為提出或謀劃沈陽市應(yīng)急水源和戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源布局提供參考依據(jù)。

5.2 建立應(yīng)急水源基于事件的突發(fā)性與措施的及時(shí)性原則，即當(dāng)事故發(fā)生后能夠盡快恢復(fù)供水，滿足基本生活及重點(diǎn)行業(yè)用水需求。從水源類型上選取地下水應(yīng)急水源和地表水應(yīng)急水源兩類。

（1）地下水應(yīng)急水源：把現(xiàn)有第二類水源（減采地下水源）劃分為應(yīng)急水源，市區(qū)內(nèi)應(yīng)急水源供水能力為59萬m3/d，康平縣應(yīng)急水源供水能力為0.99萬m3/d，法庫縣應(yīng)急水源供水能力為1.18萬m3/d，新民市應(yīng)急水源供水能力為4萬m3/d，遼中縣應(yīng)急水源供水能力為0.87萬m3/d。地下水應(yīng)急水源供水能力總計(jì)可達(dá)66.04萬m3/d。

（2）地表水應(yīng)急水源：地表地下水聯(lián)調(diào)工程位于沈北新區(qū)石佛寺水庫以下遼河干流及其一級(jí)支流之間，具體包括新西小河、萬泉河、羊腸河、長河和左小河所組成的流域范圍，通過增大河網(wǎng)攔蓄，增加地下水入滲補(bǔ)給。該工程可提供短期應(yīng)急供水能力為60萬m3/d（含規(guī)劃的常規(guī)水源10萬m3/d）。

因此，沈陽市總的應(yīng)急水源供水能力為126萬m3/d。考慮到城區(qū)地下水水位過高會(huì)對(duì)建筑物地基及地鐵安全產(chǎn)生影響，同時(shí)地下水受污染的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)大大提高，故建議水行政主管部門合理布局和綜合運(yùn)用常規(guī)水源和應(yīng)急水源，并借助于地下水實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)，通過實(shí)施地下水“雙控”管理，將有效控制城區(qū)地下水取水總量與水位變化態(tài)勢［19］。

5.3 謀劃戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源基于供水量的穩(wěn)定性及長期性，從水源類型上選取地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源和地表水戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源兩類。

（1）地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源：選取現(xiàn)有第三類水源（間歇性開采地下水源）作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源，一方面是由于沈北新區(qū)、蘇家屯區(qū)、法庫縣地下水量較豐富；另一方面是利用市內(nèi)五區(qū)外圍的市政水源及現(xiàn)有的配套網(wǎng)管既可省去大量工程投資，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)市區(qū)長期穩(wěn)定供水。

沈北新區(qū)和法庫縣戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源供水能力為23萬m3/d，經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)和蘇家屯區(qū)戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源供水能力為28萬m3/d，地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源總供水能力可達(dá)51萬m3/d。

（2）地表水戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源：①石佛寺水庫聯(lián)調(diào)工程位于石佛寺水庫庫區(qū)，由石佛寺水庫與庫區(qū)內(nèi)地下水構(gòu)成聯(lián)調(diào)工程。該工程為規(guī)劃工程，規(guī)劃供水總規(guī)模為66萬m3/d。②地表地下水聯(lián)調(diào)工程位于沈北新區(qū)石佛寺水庫以下遼河干流及其一級(jí)支流之間，具體包括新西小河、萬泉河、羊腸河、長河和左小河所組成的流域范圍，通過增大河網(wǎng)攔蓄，增加地下水入滲補(bǔ)給。該工程可提供長期戰(zhàn)略儲(chǔ)備供水量為15萬m3/d。

因此，沈陽市總的戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源供水能力可達(dá)132萬m3/d。

6 結(jié)論

（1）基于地下水?dāng)?shù)值模型對(duì)沈陽市關(guān)井壓采后地下水環(huán)境演變趨勢進(jìn)行模擬預(yù)測，地下水流數(shù)值模擬模型的識(shí)別與驗(yàn)證結(jié)果表明，所建立的模型能夠較準(zhǔn)確反映區(qū)域地下水流變化特征，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地下水位演變預(yù)報(bào)具有一定的可信度。

（2）預(yù)測結(jié)果顯示：依據(jù)沈陽市政府封井方案實(shí)施后2020年以后于洪區(qū)的輕工研究所及市內(nèi)五區(qū)內(nèi)西站燈具城、遠(yuǎn)洋天地、127中學(xué)、沈陽故宮等多處地下水市政水源地附近監(jiān)測井水位回升較明顯，水位埋深開始超過人防工程和地下建筑臨界埋深上限水位，導(dǎo)致道路翻漿、建筑物地基和地下空間工程（如地鐵工程）易出現(xiàn)抗浮安全及滲水風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)2030年后隨著外調(diào)水源工程（大伙房水庫水源工程、大伙房輸水工程和遼西北輸水工程）成為沈陽市城市供水的主力水源，受國內(nèi)水體污染、工程事故及國際戰(zhàn)爭等恐怖事件的影響，從水質(zhì)和水量上對(duì)外調(diào)水源易造成不可低估的影響和沖擊。

（3）為規(guī)避沈陽市地下水壓采和水源置換造成供水安全威脅，基于事件的突發(fā)性與措施的及時(shí)性原則，為能夠盡快恢復(fù)供水，滿足基本生活及重點(diǎn)行業(yè)用水需求，建議相關(guān)部門應(yīng)合理布局應(yīng)急水源，其中沈陽市總的應(yīng)急水源供水能力為126萬m3/d；基于供水量的穩(wěn)定性及長期性，建議相關(guān)部門應(yīng)合理布局戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源，總的戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源供水能力為132萬m3/d，形成“長短結(jié)合、遠(yuǎn)近互補(bǔ)”的供水安全保障格局，以滿足沈陽市相應(yīng)的應(yīng)急和戰(zhàn)略發(fā)展需求。