宿州市地下水超采引发的地面沉降危害特点及控制对策探讨

(安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001)

1 区域概况及水资源需求现状

宿州市位于安徽省的东北部，地理坐标为：东经116°09′01″～118°12′08″、北纬33°16′52″～34°38′05″，面积9 787 km2。宿州市现辖埇桥区、砀山县、萧县、灵璧县、泗县一区四县，6个省级经济开发区、宿马现代产业园区和高新技术产业开发区。全市人口651.66万，人口密度6.66万/100 km2。是一座正在崛起的新兴工业城市、著名的煤炭能源基地、粮棉油生产基地，市辖区多年平均地下水资源量为4.65×108m3，城市供水长期依赖地下水。随着社会经济的发展和城市化进程的加快，宿州市用水需求越来越大，水资源供需矛盾越来越突出，特别是近年来，城市发展加速，用水量迅速攀升，导致了水资源过度的开发，是引起地面沉降的主要诱导因素。地面沉降地质灾害具有形成时间长、影响范围广、防治难度大、难以恢复等特点，可能成为影响和制约我市规划建设及区域经济可持续发展的不利因素之一。

2 地下水超采引起的地面沉降特点及危害

地面沉降作为一项公害，一般发生的比较缓慢而难以明显察觉。一旦发生了地面沉降，即使不考虑产生地面沉降的原因，沉降了的地面是几乎不可能完全复原样。地面沉降给工农业生产，交通运输、城市建设和人民生活造成的危害和严重的经济损失，它使城市环境明显恶化，对农村农田的影响也较大，具体表现在以下几个方面：

(1)破坏市政设施。城市给水管道和供气管道随着地面不均匀沉降而弯曲变形，导致管道漏水漏气，直接影响市民生活及工业生产，给人民的生命财产安全造成巨大的损失。

(2)道路设施遭受破坏。地面沉降造成铁路路基不均匀下沉，铁路安全受到威胁，也给高速公路的建设和发展带来不利影响。

(3)降低防洪排涝能力，致使城市抵御自然灾害的能力下降。

(4)损失地面高程。地面高程资料是国民经济建设和发展的重要基础资料，在水文、地震、环保、地质、市政建设等行业广泛利用，且必不可少。而大范围的高程损失及其不均衡动态变化，给相关的工作带来严重的影响和干扰，例如河流水位、地形高程失真、给城市规划和建设造成困难，同时也加大了相关工作的经费投入。

(5)浅层地下水位相对变浅引起一系列的环境问题。破坏和影响建筑物结构，降低其抗震能力；加快混凝土和金属管线的腐蚀；降低交通干线路基的强度，缩短使用寿命；影响树木绿化，树木成活率降低；加大了城市建设成本。

(6)加剧地裂缝灾害。地面沉降和地裂缝在成因上有一定联系，地面沉降引起的地裂缝往往可成为地面污染源侵入深部地下水源的通道，造成水质污染。

3 地面沉降地质灾害控制区划分

3.1 划分原则和方法

根据地面沉降调查与监测规范(DZ/T0283-2015)第7.2.1条，地面沉降易发性评价的主要判别要素有地形地貌、松散沉积层厚度、软土厚度、地下水主采层数量等。划分的原则见表1。

表1 宿州市地面沉降易发性评价表

3.2 地面沉降易发区划分

3.2.1 划分指标单要素分析

地面沉降易发性评价的主要判别要素有地形地貌、松散沉积层厚度、软土层厚度、地下水主采层数量等。

1)地貌分析：调查区位于地貌属淮北平原中部，按形态进行分类可分为：平原、丘陵和低山。本区大部分为淮北冲积平原，分布于宿州市的西部、东南部，出露地层为第四纪地层，地形总体西北高东南低，坡降1‰～3‰，面积9 189.05 km2，占全区总面积93.89%。按其成因分为冲积平原区、堆积—剥蚀平原区、堆积—剥蚀波状平原区。丘陵主要分布在规划区中北部的萧县东南部、埇桥区和灵璧的北部及规划区东部的局部地区，面积396.92 km2,占全区总面积的4.06%。低山主要分布在萧县城西南、皇藏峪、夹沟等地，面积201.14 km2,占全区总面积的2.06%。区内最高峰馒顶山海拔标高387.7 m。

2)松散沉积层厚度分析：新生界松散沉积物广布全区。新近系隐伏于第四系之下，砀山县附近新近系顶板埋深超过300 m。

3)软土层厚度分析：根据宿州地区工程地质勘查资料，工作区一般20 m以浅分布有软土，但累积厚度一般小于10 m，在开采中深层及深层地下水区域一般影响不大。

4)主开采层厚度分析：大部分地区地下水开采层数2～4层，靠近山前地带一般为1层。

3.2.2 地面沉降易发区

依据规范对各要素进行了分析，分别为地面沉降高易发分区、地面沉降中易发区、地面沉降低易发区和地面沉降不易发区，见表2。

表2 宿州市地面沉降易发程度表

1)地面沉降高易发区

总面积为4 103.36 km2，占工作区面积的41.93%，分为3个亚区。

(1) 刘暗楼-张庄寨高易发区(Ⅰ1)

该亚区面积2 029.07 km2，位于工作区西北部地区，占调查区总面积的20.73%；地貌上为平原，地形平坦，地势较低多为泛滥地貌。松散沉积层厚度大于150 m，地下水主采层数4层。

(2)永安-大营高易发区(Ⅰ2)

该亚区面积424.97 km2，位于工作区南部，占调查区总面积的4.34%；地貌上为平原，地势低平多为河间洼地、平地。松散沉积层厚度小于150 m，地下水主采层数4层。

(3)泗县-草沟高易发区(Ⅰ3)

该亚区面积547.14 km2，位于工作区东南部，占调查区总面积的5.59%；地貌上为平原，地势较低为河间洼地。松散沉积层厚度大于150 m，地下水主采层数4层。

2)地面沉降中易发区

总面积为754.92 km2，占工作区面积的7.71 %，分为三个亚区：

(1)圣泉-孙圩子中易发区(Ⅱ1)

该亚区面积351.54 km2，位于工作区西北部地区，占调查区总面积的3.59%；地貌上为平原，地势平坦为决口扇形地、泛滥破平地。松散沉积层厚度100～150 m，地下水主采层数为2～3层。

(2) 桃园中易发区(Ⅱ2)

该亚区面积48.31 km2，位于工作区西部地区，占调查区总面积的0.49%；地貌上为平原，地势微高为泛滥微高地，松散沉积层厚度100～150 m，地下水主采层数为2～3层。

(3)白土-黄湾-瓦坊中易发区(Ⅱ3)

该亚区面积355.07 km2，位于工作区中部大部分地区，占调查区总面积的3.63%；地貌上为平原，地形平坦为河间平地，松散沉积层厚度100～150 m，地下水主采层数为2～3层。

3)地面沉降低易发区

总面积为3 551.25 km2，占工作区面积的36.29 %，分为四个亚区：

(1)刘套-青龙集低易发区(Ⅲ1)

该亚区面积158.26 km2，位于工作区西北部地区，占调查区总面积的1.62%；地貌上为丘陵，地势较高为冲积、洪积裙，松散沉积层厚度50～100 m，地下水主采层数为1～2层。

(2) 西二铺低易发区(Ⅲ2)

该亚区面积3.91 km2，位于工作区西部

地区，占调查区总面积的0.04 %；地貌上为丘陵，地势较高为冲积、洪积裙，松散沉积层厚度50～100 m，地下水主采层数为1～2层。

(3) 符离-尹集-大店低易发区(Ⅲ3)

该亚区面积3 385.16 km2，位于工作区中部地区，占调查区总面积的34.59 %；地貌上为丘陵，地势较高为冲积、洪积裙，松散沉积层厚度50～100 m，地下水主采层数1～2层。

(4) 高楼-大庙低易发区(Ⅲ4)

该亚区面积3.92 km2，位于工作区东部地区，占调查区总面积的0.04 %；地貌上为丘陵，地势较高为冲积、洪积裙，松散沉积层厚度50～100 m，地下水主采层数1～2层。

4)地面沉降不易发区

总面积为1 377.47 km2，占工作区面积的14.07 %，分为一个亚区：

不易发区分布在工作区东北部、西南部和南部三个地方。地貌为平原，地势较低，地形平坦，松散层厚度大于150 m。

4 地面沉降控制对策

过量开采深层地下水是引起地面沉降的主要原因。因此，压缩深层水的开采量，人工增加补给量，调整开采层次，是防治地面沉降的重要对策。而诸对策意见的实施又依赖于尽快对水资源实行合理而严格的管理。

4.1 压缩深层地下水开采量

4.1.1 开源

充分利用地表水资源和浅层地下水是宿州市合理开发利用水资源，治理地面沉降的根本措施。宿州市的地表水、浅层地下水是较丰富的。目前，其开发利用量甚微，因此以开发浅层水和地表水来遏制深层水的超采和弥补城市供水的不足。

4.1.2 节流

降低用水定额，增强民众的节水意识，提高重复利用率是压缩深层水开采量的另一途径。特别是在一些耗水量大的企业单位，提高地下水的综合利用率，降低万元产值耗水量，建立节水型生产体系，是可人为挖掘水资源潜力的。

4.1.3 分级供水

根据各用水单位对水质、水量和水温的不同要求，可实行分级供水。对需水量大、水质要求不高的用水部门可补充利用地表水；对纺织、化工等需利用水温发挥节能效益的行业及生活供水，以利用深层水为宜；其它则宜用浅、深层地下水及地表水联合供水的办法。

4.2 调整开采层位

抽水引起地面沉降除因总开采量过大外，不合理的开采层位是另一重要因素。要避免在同一地段多层叠加超量开采，否则，其地面沉降也是叠加的。今后在开采中心，应将深层的开采量削减；增加浅层地下水的开采，近期至少要保持现状水位不再下降。

4.3 分散型供水

将供水系统改集中型为分散型是缓解地面沉降纵向加剧的有效措施。宜实行远郊多层位分散供水系统供水，以避免因开采中心水位降深过大而发生不均匀沉降和中心区累计沉降量过大的现象。

4.4 组织管理措施

地面沉降是因人为的不合理开采地下水而引起的负效应。这一公害已造成直接的、间接的损失，且滞后效应可危及远久。因此，宿州市控制地面沉降的管理工作必须纳入城市管理系统，在专门的权威机构领导下，采用技术、行政、经济和法律的手段进行综合治理，方能奏效。

5 结语

宿州市是以商贸及煤炭为主的综合性城市，城市供水以开采深层孔隙地下水为主，现状开采量2017年全市地下水资源量17.74亿 m3。自1987年至今，砀山县城区累计沉降量最大达53.1 mm，严峻的形式对地下水的开采和管理提出了新的要求，应进一步进行监测和调查研究工作，并制定和实施防治对策。