宿州市地下水漏斗現(xiàn)狀及成因分析

陶建華

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽·合肥 230001）

1 研究區(qū)概況

宿州市地處安徽省北部，淮北平原中部，地理坐標(biāo)：東經(jīng)116 09～118 10、北緯33 18～34 38，總體向東南和南緩傾，地形坡降約1/8000，多年平均降水量為865mm。區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層發(fā)育，厚80～100m，以沖積平原為主，其次為沖洪積。區(qū)內(nèi)主要供水巖組為松散巖類孔隙含水巖組，如圖1所示，按埋藏深度可分為淺層、中深層、深層含水層組。宿州市的城市供水主要依賴埋深在50～100m的中深層含水層組，其巖性主要為細(xì)砂，次為中細(xì)砂、粉砂，局部粗砂，含水砂層在西二鋪—前付—邢李園一帶分布較厚，如圖2所示。

圖1 安徽宿州市第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)剖面Fig.1 Quaternary stratigraphic structure pro file of Suzhou city of Anhui

2 宿州市地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

圖2 安徽宿州市中深層含水層分布Fig.2 of middle-deep aquifers in Suzhou city of Anhui

宿州市主要河流有新汴河、沱河，其次為小黃河、小洪河、運(yùn)糧河、鐵路運(yùn)河、三八河、東牛溝等，水位、流量明顯受季節(jié)性降水控制，旱季斷流，雨季往往成災(zāi)，城市供水主要依靠地下水[1,2]。宿州市地下水的開(kāi)采大戶是宿州市自來(lái)水公司，1995年以來(lái)，宿州市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市人口快速增長(zhǎng)，自來(lái)水公司的水源井從41眼增加至2010年的62眼，2013年有74眼，2014年102眼。至2015年宿州市下轄1個(gè)區(qū)、4個(gè)縣，總面積9787km2，總?cè)丝?42.32萬(wàn)，因供水壓力增大，2015年6月完成了汴北水廠連接城區(qū)的沿拂曉大道、洪河路、人民路的供水主管網(wǎng)貫通工程。據(jù)本次研究調(diào)查，2015年宿州城區(qū)共有淺井143眼，均為自備水源井；深井246眼，其中自來(lái)水公司102眼，企事業(yè)單位自備水源井144眼，如圖3所示。根據(jù)宿州市水利局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知2015年自來(lái)水廠取水約3800×104m3，即10.41×104m3/d，宿州市中深層地下水總開(kāi)采量約5658×104m3。

3 城市地下水漏斗現(xiàn)狀

圖3 宿州市地下水開(kāi)采井分布Fig.3 Distribution of wells in Suzhou city

根據(jù)多年水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，宿州市城區(qū)1994至2006年各監(jiān)孔的水位主要呈季節(jié)性波動(dòng)；2007年以后，水位隨季節(jié)性波動(dòng)特征越來(lái)越不明顯，持續(xù)下降態(tài)勢(shì)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。如圖4所示，1號(hào)地下水位觀測(cè)孔位于宿州市西側(cè)，周邊分布有自來(lái)水廠中深層開(kāi)采井群，該孔深25m，監(jiān)測(cè)深度為12.5～24m，監(jiān)測(cè)層位為淺層，自2008年開(kāi)始水位急劇下降，2016～2017年水位有所恢復(fù)；2號(hào)地下水位觀測(cè)孔靠近宿州市中深層地下水開(kāi)采中心，該孔孔深150.12m，監(jiān)測(cè)深度為44.00～150.12m，監(jiān)測(cè)層位為中深層，該孔地下水水位自2006年開(kāi)始急劇下降，2016～2017年水位有所恢復(fù)。

圖4 宿州市城區(qū)中心年平均水位標(biāo)高變化Fig.4 Trend of the average annual elevation of groundwater level in the city centres

1993年宿州市中深層地下水漏斗范圍為180km2[3]，2004年漏斗范圍達(dá)550km2。為查清宿州市城市地下水漏斗的現(xiàn)狀，2015年在宿州市新建深度80～100m的鉆孔13眼。根據(jù)測(cè)得的水位，結(jié)合宿州市已有的國(guó)家及省級(jí)監(jiān)測(cè)孔，繪制宿州市中深層地下水水位等值線圖，如圖5所示。經(jīng)量測(cè)，宿州市地下水漏斗面積約達(dá)650km2，中心水位埋深大于25m，水位標(biāo)高小于0m。中深層地下水漏斗的不斷擴(kuò)張、漏斗中心水位的不斷下降將帶來(lái)城市供水危機(jī)、地面沉降等一系列問(wèn)題[4,5]。

圖5 宿州市2015年中深層地下水水位埋深等值線圖Fig.5 Bury depth of middle-deep groundwater in 2015

4 地下水漏斗成因分析

4.1 城市地下水開(kāi)采加劇

宿州市的城市供水主要依賴地下水，隨著城市的發(fā)展，地下水開(kāi)采量逐年增加，1987年宿州市地下水開(kāi)采量?jī)H706.56×104m3，到2015年地下水開(kāi)采量高達(dá)5658×104m3（表1），形成的地下水漏斗面積也呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖6）。1993年城市地下水位下降形成三個(gè)規(guī)模較小的降落漏斗，總面積180km2，其漏斗中心分布在三個(gè)開(kāi)采井分布較為集中且開(kāi)采量較大的一水廠、三十三工程處和二水廠位置；2015年，三個(gè)小的降落漏斗已經(jīng)逐漸擴(kuò)大成一個(gè)巨大的降落漏斗總面積約650km2，整個(gè)宿州市城區(qū)都坐落在該降落漏斗之上，其漏斗中心也隨著開(kāi)采量的分布變化移動(dòng)至開(kāi)采量較大的九里—宋劉—三里辦一帶，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)二水廠所在的九里附近水位埋深達(dá)29.9m。隨著2016～2017年宿州市地下水開(kāi)采量減少，城區(qū)地下水水位有所恢復(fù)。

圖6 宿州市地下水開(kāi)采量和漏斗面積變化Fig.6 Changes of groundwater extraction volume and depression cone area in Suzhou city

4.2 城區(qū)開(kāi)采井開(kāi)采混亂及井間距不合理

據(jù)統(tǒng)計(jì)，淺井井深在50m以內(nèi)，其密度多數(shù)在1～8眼/km2，火車站附近密度高達(dá)31眼/km2；深井井深一般在50～150m密度多數(shù)在1～8眼/km2，東關(guān)和二水廠一帶，水井最密達(dá)11～12眼/km2，這也是降落漏斗的中心所在（圖7）。城區(qū)企事業(yè)單位的自備井井間距離多數(shù)在100～300m之間，有的甚至是隔墻取水，井間干擾嚴(yán)重，局部形成超采水位持續(xù)下降，加劇了漏斗的擴(kuò)展。另?yè)?jù)調(diào)查，不少個(gè)體打井隊(duì)施工質(zhì)量低劣，為獲取較大的水量，深、淺含水層實(shí)行混采，井口封孔止水不嚴(yán)，致使水井成了連通地表水、淺層水、深層水的污染通道。從開(kāi)采量調(diào)查結(jié)果看，部分企業(yè)和個(gè)人還存在著偷采、盜采地下水的行為。

表1 宿州市中深層地下水開(kāi)采量Table 1 Groundwater exploitation quantity in the mid-deep aquifer of Suzhou city

圖7 宿州市城區(qū)開(kāi)采井密度Fig.7 Density of mining wells in Suzhou city

4.3 地面硬化區(qū)面積迅速增大

隨著城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，城市急速發(fā)展，城區(qū)面積越來(lái)越大，本次研究中利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1997～2015年宿州市地面硬化區(qū)面積由38km2增加至75km2（圖8、圖9）。按宿州市多年平均降水入滲補(bǔ)給模數(shù)為500m3/d.km2計(jì)算[2]，每天降水入滲補(bǔ)給量減少19000～37500m3，年降水入滲補(bǔ)給量減少約693.5萬(wàn)～1368.75萬(wàn)m3。

圖8 1997-2015年宿州市城市地面硬化區(qū)面積Fig.8 Surface hardening area in Suzhou City, 1997-2015

5 地下水開(kāi)發(fā)利用及水資源保護(hù)建議

5.1 合理布局地下水開(kāi)采井

宿州城市水源井局部密度達(dá)11～12眼/km2，導(dǎo)致局部地區(qū)地下水水位埋深達(dá)30m左右，且研究區(qū)廣泛存在淺層和中深層的混合開(kāi)采現(xiàn)象，給水資源管理帶來(lái)極大不便。為此建議封閉混采井，加強(qiáng)水資源統(tǒng)一管理，對(duì)地下水開(kāi)采井密度過(guò)大地區(qū)的水井部分封閉，以使井間距趨于合理。

圖9 宿州市城區(qū)硬化地面衛(wèi)星遙感圖Fig.9 Remote sensing map of hardened ground satellites in Suzhou City

5.2 嚴(yán)格水資源管理，實(shí)施禁采、限采制度

國(guó)內(nèi)有專家學(xué)者以2010年為現(xiàn)狀年，對(duì)實(shí)施限采方案后宿州市城市地下水2015年、20120年的水位進(jìn)行了預(yù)測(cè)，限采理論效果較好[3]。但隨著宿州市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地下水開(kāi)采量逐年加大，地下水問(wèn)題日益嚴(yán)重，僅僅限采已經(jīng)不能緩解宿州目前的漏斗現(xiàn)狀。宿州市九里—前付一帶中深層含水砂層發(fā)育，且淺層和中深層含水層之間水里聯(lián)系較為密切，該區(qū)域位于宿州市老城區(qū)，處于降落漏斗中心，除應(yīng)急備用井外，建議嚴(yán)格禁止新建、改建、擴(kuò)建項(xiàng)目取用地下水，已建地下水取水工程應(yīng)結(jié)合地下水管理目標(biāo)，限期陸續(xù)關(guān)閉。同時(shí)鑒于地表水可能對(duì)地下水水質(zhì)產(chǎn)生一定的不利影響[4]，應(yīng)積極改善區(qū)內(nèi)地表水質(zhì)量；城區(qū)內(nèi)禁采區(qū)外圍其它地區(qū)，可逐步調(diào)整開(kāi)采井布局，陸續(xù)調(diào)減開(kāi)采量，嚴(yán)禁新增開(kāi)采井?dāng)?shù)、嚴(yán)禁新增開(kāi)采量，加強(qiáng)日常監(jiān)測(cè)管理。城市外圍區(qū)域建、改建、擴(kuò)建的建設(shè)項(xiàng)目取用地下水應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格論證、嚴(yán)格審批。

5.3 尋找新的水源地

宿州市城市中深層地下水漏斗范圍已達(dá)650km2，中心水位下降至-8m左右，中深層地下水漏斗逐年擴(kuò)大導(dǎo)致淺層地下水疏干現(xiàn)象加劇。水源地開(kāi)采量逐年加大是地下水漏斗持續(xù)擴(kuò)展的主要原因，1994年開(kāi)采量為1813.97萬(wàn)m3/a，地下水漏斗面積為180km2；2015年開(kāi)采量增至5658萬(wàn)m3/a，地下水漏斗面積則增加到650km2，降落漏斗面積與地下水開(kāi)采量表現(xiàn)出指數(shù)關(guān)系（圖10）。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，據(jù)《宿州市城市總體規(guī)劃（2010～2030）》預(yù)測(cè)，到2030年，宿州市規(guī)劃中心城區(qū)人口110萬(wàn)人，單位人口綜合用水定額按435升/人·天測(cè)算，城市年需水總量約1.8億m3。為滿足需求，可對(duì)宿州北部巖溶水進(jìn)行開(kāi)發(fā)，宿州北部符離、支河、曹村、欄桿、城南等地巖溶水資源開(kāi)采潛力巨大，其中符離—支河一帶巖溶裂隙水發(fā)育，局部有地下水自流現(xiàn)象，且距離宿州市不足10km，開(kāi)發(fā)利用價(jià)值大，可作為近期開(kāi)發(fā)目標(biāo)，緩解目前宿州市城區(qū)地下水漏斗巨大的現(xiàn)狀。

5.4 建設(shè)海綿城市

宿州市坐落在城市水源地之上，城市建設(shè)導(dǎo)致硬化地面的面積逐年增加，雨水滲入地下的難度逐年加大，地下水接受降水入滲補(bǔ)給數(shù)量逐年減少，歷經(jīng)數(shù)十年的開(kāi)采，研究區(qū)淺層地下水位已普遍降低，中深層地下水已形成數(shù)百平方千米的降落漏斗，調(diào)蓄空間巨大，且宿州市局部地區(qū)淺層和中深層含水層之間水里聯(lián)系較為密切，因此宿州市迫切需要也非常適合海綿城市建設(shè)[6]。建議首選合徐高速公路以東、沱河以南、外環(huán)路以北的城市建成區(qū)開(kāi)展海綿城市建設(shè)，所有城市改造項(xiàng)目和城市新建項(xiàng)目均應(yīng)按照海綿城市建設(shè)理念、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)修建生態(tài)綠地、安裝透水鋪裝、建造人工濕地、打造雨水花園，以期充分?jǐn)r截降水形成的地表產(chǎn)流，最大限度地減輕城市內(nèi)澇，同時(shí)提高城市水源地的補(bǔ)給能力。

圖10 宿州市地下水開(kāi)采量與漏斗面積關(guān)系曲線Fig.10 Relationship between groundwater extraction volume and depression cone area in Suzhou City