滄州市地面沉降分析及防治措施研究

韓彥霞

(河北省滄州水文水資源勘測局，河北 滄州061000)

滄州市位于河北省東部平原區(qū)，多年來地表水資源匱乏，因深層地下水超采，造成地下水位大幅度下降，同時也引發(fā)了嚴重的地面沉降現(xiàn)象。2001年春，環(huán)保總局的有關部門來滄州對滄州地下水位下降漏斗和由此而產(chǎn)生的地面沉降對河北省地礦局第四水文地質工程地質大隊進行了專門采訪，2001年4月22日世界地球日中央電視臺“焦點訪談”節(jié)目對此進行了報道，并且引起了美國《紐約時報》駐北京記者站的密切關注。從而可見滄州的地面沉降已經(jīng)發(fā)展到被世人矚目非常嚴重的地步。調查了解地面沉降現(xiàn)狀、危害、分析地面沉降原因，對地面沉降采取積極有效的技術組織等治理措施，對于改善地質環(huán)境，保護人民生命財產(chǎn)的安全，為子孫后代留下一個美好的家園，具有極其重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。

1 地面沉降現(xiàn)狀及原因分析

1.1 地面沉降現(xiàn)狀

滄州市是河北省乃至全國地面沉降較嚴重的地區(qū)，地面沉降始于1970年初，至1986年累計沉降量為744 mm，沉降量大于100 mm的面積為9400 km2，占全市總面積的66.9%，大于600 mm的面積為2000 km2，占全市總面積的14.2%。至2001年底累計最大沉降量為2236 mm，1970初至2001年底平均下降速率為69.9 mm/a。

1.2 地面沉降原因分析

地面沉降主要是超量開采承壓水而引起的地下水位大幅度下降，導致開采地層失水壓密造成的。按照水資源評價導則確定的方法計算，滄州市深層地下水限采量(或稱允許開采量)為2.92億m3，而我市 1981～1985、1986～1990、1991～1995、1996～2000、2001～2005年各時期的年平均開采量均大于限采量 2.92 億m3，超采系數(shù)分別為 0.6、0.8、0.8、1.2和 1.5，說明我市多年來尤其是近些年深層地下水超采嚴重。

多年來深層地下水超采造成地下水位大幅度的下降，特別是第三含水組深層地下水下降幅度更大。2005年低水位期漏斗中心埋深96.23 mm，較1970年同期水位下降75.23 mm，平均下降速率2.15m/a。

以滄州市第三含水組深層地下水漏斗中心(位置:滄州市區(qū)石油二部)埋深與該地累計最大地面沉降量繪制相關圖，以對數(shù)趨勢線定線見下圖1，由圖1擬合經(jīng)驗公式為:

式中:y為中心埋深(m);x為累計地面最大沉降量(mm);Ln(x)為對x取自然對數(shù);12.35，2.64為分別為經(jīng)驗系數(shù)。

圖1 中心埋深與累計最大地面沉降量相關圖

舉例:假定累計最大地面沉降量x=500 mm，代入(1)式則求得相應的中心埋深y=74.11m。

由圖1可知，多年來地面沉降越來越嚴重，累計最大地面沉降量具有隨中心地下水埋深增大而增大的趨勢規(guī)律。從而證明了地下水位下降是造成地面沉降的主要原因。其特點是;當中心埋深大于60m時，累計最大地面沉降量隨中心埋深增大的速率明顯增大。

2 地面沉降危害

地面沉降是一個漸變過程，發(fā)展緩慢但破壞力極大，主要表現(xiàn)有以下幾個方面:

2.1 城區(qū)內澇積水嚴重

八十年代至九十年代，由于地面沉降，原來城建部門設計修建的城市排水系統(tǒng)因地面沉降形成倒坡，致使管道淤積或堵塞，造成排水不暢，每年汛期大雨過后，不少居民小區(qū)的積水深及腰部，影響了城市交通，給人民生活造成不便。九十年代以來地面沉降加重，2007年7月5日降水量97 mm，市區(qū)絕大部分積水，就連地面標高相對較高的西環(huán)路部分地段也出現(xiàn)了200 mm左右的積水，由此可見滄州市區(qū)的排澇標準已大大降低，如果遇到再較大的降水，整個滄州市就可能汪洋一片，市民的生活將受到很大的威脅。

2.2 對水利工程防洪造成的危害

地面沉降造成河道防洪能力大大降低，洪澇災害加劇。南運河從滄州市區(qū)穿流而過，2003年引黃濟津通過80m3/s流量時就險象環(huán)生，兩岸告急，現(xiàn)只能通過70m3/s，降低42%。如仍按原設計標準行洪，勢必造成漫堤決口之害。為保證未來南水北調東線正常輸水，只能對市區(qū)段南運河大堤加高，將成為地上懸河，形成船在高處走，車在低處行的狀況，對市區(qū)安全造成嚴重的威脅。

2.3 地面沉降造成建筑物塤壞，管道變形斷裂

京滬鐵路從沉降中心穿過，據(jù)調查，在滄州市地面沉降中路段的墊石要厚的多，如果地面繼續(xù)沉降，墊石逐漸加厚，到一定程度墊石的斜坡失去穩(wěn)定，就可能發(fā)生問題。

國家投巨資建設的水準網(wǎng)點，由于地面沉降高程發(fā)生了變動，已不能稱其為“水準點”，給水利、城市規(guī)劃和交通建設帶來很大困難。黃驊市區(qū)范圍內水準點1958至1989年相差40 cm，造成了1985年以前的水準點全部停止使用。滄州市區(qū)化肥廠建筑初期的14眼自備水源井井房及地上配套管網(wǎng)變形曾更換多次，地下管網(wǎng)出現(xiàn)多次斷裂事故，損失慘重。

2.4 地面沉降導致地裂縫發(fā)生

近年來，滄州共發(fā)現(xiàn)地裂縫20余處，孟村縣小戴莊至滄縣東卷子地裂縫，寬口達20 cm，深不見底，并伴有小面積塌陷。在任丘市出現(xiàn)的一條地裂縫，最寬處達3m，長約4 km。白洋淀千里堤、滹沱河北大堤曾發(fā)現(xiàn)大的橫穿裂縫，嚴重影響防洪安全。地裂縫的頻頻發(fā)生給人們的生命安全帶來了危機。

2.5 風暴潮危害進一步加重

1998～2001 年，沿海一帶累計沉降量約為 500～600 mm。地面沉降造成抗風暴潮能力的降低，加大風暴潮的危害程度。從1992～2003年發(fā)生的3次風暴潮來看，其危害程度逐年加重。如不采取有效措施控制地面沉降，若干年后海岸帶地面將低于海平面，如遇風暴潮，海擋將失去效能，所造成的危害會越來越大。

2.6 淺層地下水水位抬升而引起的環(huán)境問題

據(jù)2000年6月份水位統(tǒng)測資料，發(fā)現(xiàn)滄州市區(qū)淺層地下水位大幅度抬升，與1992年同期相比水位升高1.5～2.0m之間。由于淺層地下水質差，造成一些輸水管線發(fā)生受腐破裂，墻水泥圍子脫落，磚基礎堿化等。由于水位的抬高對柏油公路的使用也產(chǎn)生危害，春季毛細上升，促使地面返漿，再加上運輸車輛的載荷碾軋，大大減少使用壽命。水位的抬高對有些建筑物的基坑降水產(chǎn)生了很大的影響，不但使工程造價提高，在降水過程中如果施工不注意容易造成基坑坍塌，影響其他已建建筑物的安全，另外淺層水位的抬高對全市的綠化不利，樹木成活率低，據(jù)調查蔡御街樹木成活率不到1%，交通大街不到50%，即使有些樹木已成活，但其根到水位以下，很快就枯死，或者出現(xiàn)干樹梢的現(xiàn)象，直接影響市容市貌。另外，如城市建筑物基礎面是在地下水位以下的淺基礎，就會失去部分承載力，如果建筑物基礎負荷不均就會導致不均勻沉降甚至破壞。

3 防治措施

根據(jù)滄州市地面沉降特點參考鄰近地區(qū)的經(jīng)驗，提出如下措施，以供參考。

3.1 組織措施

在滄州市政府的領導下成立控沉辦公室或者控沉領導小組。其職能負責全市的控沉領導管理工作，貫徹執(zhí)行國家以及各級政府有關控沉的方針、政策，擬定全市控沉工作的規(guī)程規(guī)范及法規(guī)。本控沉領導小組之下設兩個專業(yè)組織，一是沉降監(jiān)測或者叫沉降預警預報組，由國土資源部門牽頭，二是開源節(jié)流組(由水利部門牽頭)。下設的兩個專業(yè)組負責制定各自的具體措施(控沉)，并組織各項措施的落實。

3.2 經(jīng)濟措施

利用經(jīng)濟杠桿調節(jié)用水價格，促進節(jié)約用水。天津市的控沉措施費主要渠道有地下水資源費、城市維護費、地質事業(yè)費，平均每年投入2400萬元，借鑒天津市的作法，制定滄州市的辦法。

3.3 技術措施

3.3.1 逐步建立完善沉降監(jiān)測系統(tǒng)

過去滄州市地質部門為研究了解地面沉降情況做了一些工作，取得了一定的成果，但研究程度低，不能滿足地面沉降及控沉減災要求，因此需建立一個全面的科學的較為精確的地面沉降監(jiān)測系統(tǒng)。各含水組特點、開采強度、水位變化均有差異，為了解各含水組的壓密量，準確監(jiān)測預報地面沉降，建議在東部黃驊市城區(qū)、中部滄州市區(qū)、西部河間市城區(qū)分別建分層標一組，每組"4個分標，其深度根據(jù)分層標所處位置(地質構造單元)而定。除此之外，在分層標附近分別打3眼水位觀測孔和粘性土孔隙水壓力觀測孔。與此同時要建立一套地面沉降監(jiān)測高精度水準測量網(wǎng)和GPS監(jiān)測網(wǎng)。

3.3.2 開辟替代深井水水源地，推廣節(jié)水技術

南水北調工程(東線、中線)不久將會相繼動工興建，水來之，儲存何方，這是應急考慮的問題，滄州市西部肅寧縣一帶淺層地下水埋深已疏干到30余米，這是一個很大的地下庫容，有關部門應著手規(guī)劃和制定客水調蓄措施，建立地下調蓄水庫以減少深井水開采壓力。中部地區(qū)如青縣、滄縣、南皮、東光、吳橋等縣應根據(jù)本縣的地貌特點，利用天然的封閉洼地建立防滲標準較高的地表水庫來儲存客水以代替深井水源地。東部地區(qū)有大面積的淺層咸水分布，怎樣使咸水資源化，這是這些地區(qū)急待考慮和研究的問題，滄州化工廠、中捷分廠咸水水源地為咸水淡化提供了成功的經(jīng)驗，黃驊市部分村鎮(zhèn)利用咸水淡化用于生活也有了成功經(jīng)驗，抽出咸水，不但騰出庫容，接待淡水入滲，而且會改善生態(tài)環(huán)境。在開辟替代深井水源地的同時，工業(yè)用水要提高水的重復利用率，生活及農(nóng)業(yè)用水應擴廣節(jié)水措施。

3.3.3 調整開采井布局，控制開采量

城鎮(zhèn)工業(yè)、生活等用水除滄州市區(qū)外幾乎全都.來自深層水，而地面沉降較嚴重的地方均發(fā)生在城區(qū)，所以城鎮(zhèn)開采井的布局應合理，對地面沉降影響較大的第三含水組地下水應嚴加控制，限制開采。有條件的城鎮(zhèn)可用淺層淡水做為水源地。工業(yè)用水最好是利用地表水和外來客水，或者進行咸水淡化，以減少深層淡水的開采壓力，從而達到控制和減緩地面沉降之目的。

3.3.4 回灌地下水

利用各種途徑回灌地下水是緩解地下水位控制地面沉降的一項重要舉措。農(nóng)村土地精耕細作，耙耱保墑，防止水土流失，增加降水入滲補給量。城市建立屋頂集蓄回灌系統(tǒng)，用管道與落水管直接連接收集屋頂雨水，引入滲井回灌地下水。屋頂雨水直接引入人工湖，補充水體，以利于補充地下水。馬路、停車場、廣場建透水路面，增大降雨入滲。改高草坪為低草坪，增大汛雨滯蓄入滲。實行雨污分流，雨水引入湖塘，增加城市水體，凈化水質，美化環(huán)境，增大雨洪調蓄能力，增加回灌地下水量。各地充分利用河渠、坑塘等一切水力設施，集蓄雨洪徑流，嚴格控制雨洪徑流棄?；虺鼍?，實現(xiàn)洪水資源化，回補地下水。引進外來水，增加地表水灌溉面積，回補地下水。目前滄州市正在從上游王快水庫向西部獻縣、肅寧、河間三縣市引進地表水，計劃引水3億m3，用于農(nóng)業(yè)灌溉。另外滄州市東臨渤海，可通過對海水的淡化回灌地下水。再是滄州市每年入境污水達3億m3，本地污水1.2億m3，可通過對污水的處理，實施農(nóng)業(yè)灌溉，補充地下水。深井回灌地下水工藝復雜，費用較高，在考慮經(jīng)濟可行的同時，目前可抽出少量的資金對地下水埋深較大地區(qū)，如吳橋、滄縣等部分地區(qū)(埋深大于60m)搞些小規(guī)模的回灌試驗研究工作，取得經(jīng)驗后大量引進外來水再大面積推廣。

3.3.5 嚴格控制深層地開下水的開采量

多年來，由于大量超采深層地下水，導致地面沉降給滄州市帶來的災害損失巨大。對此各級領導及水資源管理部門務必要引起高度的重視。為避免更嚴重的地質災害發(fā)生，要嚴格控制深層地下水的開采量。滄州市深層地下水資源總補給量為2.92億m3，我們將此值稱為限采量或允許開采量，今后要嚴格控制，絕不能超采。按目前滄州市用水情況以2007年為例，全市平均降水量431.7 mm，屬枯水年份。全年深層地下水開采量為7.23億m3，其中農(nóng)業(yè)用水量為4.89億m3，占67.6%。生活和工業(yè)用水量為2.34億m3，占32.4%，可見滄州市深層地下水超采主要是由于農(nóng)業(yè)用水造成的。因此，今后深層水原則上可僅限于生活和工業(yè)用水，禁止用于農(nóng)業(yè)灌溉。各縣(市)要根據(jù)本縣的深層水限采量進行用水安排控制。只要各地開采不超過限采量，就不致于造成地下水位下降。

3.3.6 關停部分深層水自備井，停止對深層地下水的開采

在有條件的情況下，可關停深層水自備井，停止對深層地下水的開采，終止深層地下水位下降和地面沉降。還深層地下水的后備水源的地位，休養(yǎng)生息，涵養(yǎng)水源，從根本上修復和改善生態(tài)環(huán)境，以水資源的可持續(xù)利用保障經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。滄州市區(qū)為深層地下水漏斗區(qū)，每年引入外來水(黃河水或岳城水庫水等)入大浪淀水庫 ，具備了利用地表水的條件。2005年6月至2007年底全市282眼自備井已全部關停，每年減少開采量2000萬m3，地下水位明顯回升。2005年至2007年滄州市區(qū)第三含水組地下水位回升4.24m，第四、第五含水組分別回升9.88m和26.13m。大大改善了市區(qū)的地下水環(huán)境。各縣(市)凡埋深較大的地區(qū)，深機井還在運行的，為避免嚴重的地質災害發(fā)生，都要積極的創(chuàng)造條件有計劃的關停。

3.3.7 搞好流域調水工程，努力增加可利用的水資源量

疏通渠道，搞好引江引黃，努力增加可利用的水資源量。外流域引水是緩解滄州市嚴重缺水，減少因超采地下水引起的環(huán)境地質問題的戰(zhàn)略措施，我們要全面搞好南水北調工程的建設和管理工作，搞好外來水的合理調度，優(yōu)化配置和高效利用工作，從根本上解決滄州市地下水嚴重超采的問題。

3.3.8 政府宏觀調控，實行量水發(fā)展

各級各部門對本地水資源必須有清醒的認識，在算請本地水帳及水資源利用量的基礎上，制定經(jīng)濟和社會發(fā)展戰(zhàn)略。優(yōu)化用水結構，實行量水發(fā)展。首先考慮用地表水，其次是淺層地下淡水，同時要積極推進海水及淺層地下咸水的利用經(jīng)驗。各地要因地制宜，建立一套完整的地表水、地下水聯(lián)合調度與區(qū)域水資源相適應的水利工程體系，實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，協(xié)調好生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水。嚴格控制深層地下水的利用量，根據(jù)以上分析，當深層地下水埋深超過60m時，為避免嚴重的地面沉降發(fā)生，要嚴格控制開采。對嚴重的地下水超采區(qū)和地面沉降區(qū)，要嚴格限制打井，對深層地下水超采區(qū)，要限采禁采，直到封井，保護好深層戰(zhàn)略后備水源。各行各業(yè)都要實行定額用水，用法律手段控制對深層地下水的開采，超出部分嚴厲懲罰，加倍收費，做到最大限度的節(jié)約用水。

4 結語

地面沉降是滄州市的的主要地質災害，地面沉降初時不易為人們察覺，可是一旦成災，則往往形成受災面積大、損失嚴重且難以治理的災害，尤其人為因素引起的沉降與構造沉降疊加后，危害極為嚴重。我們已邁進二十一世紀，對“國際減災十年”應積極地參與并為此作出貢獻，保護環(huán)境人人有責，不但要為這代人負責，而且要為后代負責，為子孫后代留下一個美好的家園。

[1]韓占成等，滄州市地下水環(huán)境地質問題及防治措施[J].地下水.2006，(3).

[2]哈建強等，滄州市地下水超采與生態(tài)環(huán)境演變及防治措施[J].南水北調與水利科技.2008年第6期.

[3]郭祖請等，河北省滄州市環(huán)境地質問題調查總結報告[R].河北省地礦局第四水文地質工程地質大隊環(huán)境地質監(jiān)測站.1998.12.

[4]張志悅.2007年滄州市深層地下水動態(tài)分析報告[R].河北省滄州水文水資源勘測局.2008.4.