资源开友与保护杂心8了年9一;参鉴签期31西安市地下水资源枯竭与地面沉降沈景文陕西省环境深护科学研究所)(西安市自来水从供水到现在已经泌年了,基本全部采用地下水资源。随着工农业生产的发展和城市人口的增长与生活水平的提高,供水量不断增加。每天供水能力从最初的4500吨增加到目前53万吨以上,增长了17倍多。许多工厂、单位自备水源地的供水量,每日约为23万吨。加之郊区、县(仅指长安县)的151万亩井灌农田,年采水量达38亿吨,几乎接近城市供水量的3倍。可见全市地下水开采量是十分巨大的。有迹象表明,各地下水源地的开采量已超过补给量,造成地下水位剧烈下降,并产生了地面下沉,危害了城市环境。一、现有各水源地水资源枯竭的概况1产河水源地:位于西安东郊矛铆可河旁的地下水水源地。挤河是季节性河流,地下水为受河水补给的浅层承压水。据1957年众文地质勘察报告,每天只能开采动储量1.68万吨。现实际采水量为22万吨,生产井数有井个。但由于城市供水需要,开采量便大大超过了动储量,使中心动水位下降了21一3im,降落漏斗面积扩大至20km2。现静水位巳降到采水含水量的顶板以下,使原来目产//21l了训。7r产一二``色2,目勺一`二,`离2O曰,气尸牛r,,口口甲尹份,吧r份,七甲~户已夕户弋尸,巴l,二份,有1,.},一尸尸坦1卜〕吮卜一一翎吧已分邸冷井井,川,了z斗二二`J恤`.(斤L.」不`仁:才`:.匕之出乏司卜,如,尸七拼丫l卜少几肠砂尹。l。」匕一尹公二.~,尸月,:·}二,业黯「民汪址又丫洲卜升城J书令李图l俨河西岸含水层静水位降幅图的承压水变成了无压的层问着水。自前水位和水量都还在继续下降和枯竭,并成胁到水源地的存在(图功。2。汉河水源地:位于西安东郊识祠东西两岸的地下水源地。据勘探,一贝河地段地下水断面流量仅为每日7.76万吨,含水量厚达07一80m,地下水与何水有水力联系,现实际采水量为每日193万吨,生产井数有58个。迄今中心水位已下降功m左右,降落漏斗面积扩大至Zokm“。3津河水源地:位于西安西郊的阵河河旁地下水源地。淬河水源地含水层厚6。一70m,与津河河水相连通。现每日取水量为31万吨,生产井数有23个。19了7年以前河流断水为140天,自1977年以后年断水达25。天。由于含水层较厚能起调节作用,故不妨碍水源地的长期正常采水。但自1977年以后,也造成地下水位连年下降,中心水位已下降了18一Zom,降落漏斗面积已扩大到56km2(图2)。陌珠含八é忽注ó舀们广Un曰六n八1Uó史~厂~笃12L30004(m)篇嘲雀摆公五一一\\(大)2000半1000橄19611964[9661968丁970;奋一r专图2滓河水源地逐年开采量和现寨孔水位动态曲线送下皂河水源地:位于洋河以东skm。开采40m以下浅层承压水,与淬河水源地属同一含水层。地下水由古河道及洋河上游补给,现日采水量为6万吨,生产井数20个。水位下降受汁河控制,并形成共同的下降漏斗。5渭河水源地.位子西安北郊濒临渭河的河旁地下水源地过。。渭河在历史上未曾断流状态下的排泄区。长安县正是区域地下水径,渭河冲积层厚。,地面下25om内,含水流运动方向的补给源区这部分采水正是截,量厚达108一2的m的补给吨烈,,显然地下水也受到河水。取了地下水径流上游的补给源,,就使城市区。水源地建成初期每日取水量为10万由于地下水位下降剧的中间带地下径流水量减少,农灌区地下水位下降剧烈机井报废地下水源逐渐枯竭二、生产井数有25个。,现在采水能力每日已减少了228万吨6,1%降低2地面沉降的环境地质条件,城郊各工厂自备水源地:,,解放初期,,,西安地处渭河断陷盆地的中心部位湖相地层和上更新层为主土,,、第。为解决城市供水在市内钻了少量深井各过四纪时期沉积了近IO0om厚的中下更新统河单位也陆续钻了一些自备井去一直是严加控制的用的自备井仅75眼,。总数不多,全新统的冲积相地层、1968年以前全市使15眼。渭河漫滩及一级阶地冲积层以砂夹有粘土、砾、卵石。另有城市水源井亚砂土薄层或透镜体Zom。1970年以后一度发动单位自备钻井,,现在井,渭河二三级阶地上覆盖有厚约10一的黄数已猛增到451眼东郊、,3万吨每日采水总量达2,下部冲积层为亚粘土层夹薄砂层地面。造成深层承压地下水位的急剧下降北郊和南郊的静水位0一40m下降到目前的630动水位超过了10m。尤其是东南郊沉降主要分布在渭河二级阶地上的城市区的资料,从1968年前的下,据陕西省第一水文地质队和省综合勘察院区内黄土属I一亚级,m以m,,局部为l级,0一带局部地段下降到70一9,个别水井的湿陷性黄土25。一30抗压强度低,。在黄土层以下。伴随着地下水位的下,m深度内,粘性土层分布较稳定Z降重城市地面也开始下沉如胡家庙达,以东北郊最为严有7一9层1一5单层厚50m按钻探取样测,,3986mm,东南郊的沙坡,定资料(按1一ZCm,/kg条件下进行分类)、为324mm为2497大雁塔为,2887mm南郊小寨,区内中更新统河湖相粘性土层属中压缩性土7m。城区和东郊纺织城次之“。沉降,层有五层由上至下编号依次为亚lV、、斤、的波及面积在城市和郊区已达88km.I压缩层V,其压缩性指标见附表。。农田井灌采水情况。:西安市各郊区,,由附表可见区内黄土的湿陷性和压缩性其中只包括了位于西安以南的长安县115共有年采。较强,为中等压缩性土、河湖相地层中多数,万亩井灌农田据市水利部门估算.粘性土层为中等压缩性土压缩性指标较高厚度大但其中I、、I层V水量达38亿方,,接近城市供水量的3倍有。。机井2万多限补给,大多采自50m以上的潜水西西安市地下潜水含水层为黄土黄土状安市的地下水主要是依靠秦岭峪口的地表水一直向南至渭河段为地下径流在天然各压缩层的压缩性指你亚粘土及砂层5一IOm,,总厚20一30,m,其中砂层厚岩层富水性中等渗透系数为4一附表编盆号百那IIFV…埋深(m)厚度(二)10一2020一6010一201}}岩性孔隙比08一1e!压缩系数(ù”6u““nnmZ/kg)20卫以上40一1001滩0一160黄土淤泥质亚粘上、、翻ō一CnUo1`02一0046黄七状亚粘土{0一了一001一0032170se220230一250270一300...曰曰..二、10一4010一20一淤泥淤泥、淤泥质亚粘士淤泥质亚粘土07一0一060一01一001301一003001一0018淤泥淤泥质亚粘土淤泥淤泥质亚粘土一、05一020一3003一001一0022,二吮`爪~,.月,,.卜巴门r.巴二...,,....阳...,...~一一门,一~,.一一一~砚,一一~~一一一一月~~一~一介~.二一一一,~,,.,,月~,翻巧通。承压含水层在!深度内可划分为浅部承压水和深部承压水两组。浅部承压水组顶板埋深一,底板约14。一15om,含水层岩性主要为中细砂或粉细砂,有2一过层,总厚5一51m,原始水头埋深约51一02m,渗透系数为6一10m/日。深部承压水组埋深17。一30m,岩性主要为中细砂、中粗砂,有3一4层,总厚8一20m,水头埋深20一3om,渗透系数1一sm/日。现承压水已形成区域开采漏斗(包括承压水、潜水混合开采漏斗)。但据资料分析,主要为2om以上的承压含水层漏斗,最大动水位埋深已达70一10m。西安沉降区及其周围地区的隐伏断裂有北郊的咸阳一草滩断裂和南郊的长安断裂,走向近Ew;东郊汉河断裂走向为Nw;南郊三兆断裂走向为NE。第四纪以来新构造运动较活跃,具有明显的继承性,主要表现为区域升降运动。在黄土台源区(包括二三级阶地)一般为相对上升地区,接近渭河谷地为下降区,但这与西安现在的地面沉降相反。因此,可以断定新构造运动不会是形成城市地面沉降的一个原因。三、城市地面沉降表现的特点笔者认为,西安市地面沉降具有以下几个规律:即是有沉降的阶段性,沉降区在空向上有连续性和继承性,沉降中心的几何形态呈封闭的漏斗状。1沉降阶段的划分:1959年发现了有微弱的沉降。1971年以前平均年沉降量为3一smm。19了l年以后,沉降速率逐渐加快,年沉降量达到2一28mm。1976年以后沉降速率进一步加快,年平均沉降量达砚一46mm,直到目前是有增无减。现在已出现了三个明显的沉降中心,即①东北郊胡家庙沉降中心,②东南郊沙坡沉降中心,③南郊小寨沉降中心。2,地面沉降具有连续性和继承性:西安自1959年开始发现有沉降以来,一直是连续沉降,只是在沉降幅度上略有差异而已,这不同于渭河盆地其它地区是升降相间的特征。另外沉降区和沉降中心还具有继承性的特点,从图3可以看出,1972一1976年,1977一1978年两个阶段沉降量为负25mm等值线分布范围基本一致;沉区内三个沉降中心多年来一直是沉降量最大的沉降中心地段。人电图3西安市地面沉降形变图(1984年)3.沉降空间的平面几何形态呈封闭的漏斗状:各个沉降阶段,其空间展布范围的平何形态均是椭圆的漏斗状,如图3中1972一2976年,1977一1978年的沉降范围。其次是沉降区内沉降中心呈分散分布的封闭漏斗状。另外,降落漏斗长轴方向无一定规则,如胡家庙漏斗长轴近NE向,沙坡漏斗轴近Ew向,小寨漏斗长轴近sN向。这些特征可以说明,地面沉降的形成与其底构断裂无直接成生联系。四、地面沉降形成原因鉴析可以认为,导致城市地面沉降的形成原因是多方面的,有内在的环境地质因素,也外在的人为因素。但笔者通过大量资料分,认为地质因素是发生沉降的基础,人工强烈开采地下水是发生沉降的根本原因。1.地面沉降的环境地质因素分析.面几长造有析自来水公司各河旁地下水源地城市各工厂承压水0m一28。。、,特别是250,海拨高程(m)单位自备井水源地主要是采用0m,井深多为约。一2部分为。而一般农用机井最深不超过15om;主要采用潜水或潜水承压水混合开采采地区的深度内有6个压缩性土层在开。另外还有7层中细砂、粉细砂,,亦为可压缩层、而且当大量开采时一些粉砂粉土颗粒被水带走,使砂层更易压密。这些都是形成地面沉降的地质基础。笔者认为黄土的湿陷性造成地面沉降的可能性不大,因为近二十多年来降水量一直偏小和农灌开采量的增大等原因,使潜水位一直处于下降状态。所以西安出现的地面沉降不可能是与潜水位上升而弓I起黄土涅陷有关。对于压缩性土层,其中埋深201一220m以上者有三层,即I、l、w层;220一30m者有两层,即V、矶层(附表)。笔者认为,02多年来地面沉降主要是l、W层的压缩性土层。其理由有:①该两层压缩性土层虽与其它压缩性土层同为中等压缩性,但压缩系数较大,其上限分别为0032和0030,为另外三层的l倍或超过它们的1邝一2/3,而且土层厚度大,因此其总压缩量可比其它压缩层大。②受压缩土层的埋深与开采段有密切的相关关系。西安各采水生产井主要开采深度为60一20m,目前形成的水位降落漏斗也应该主要是本开采深度内承压水含水层(组)的漏斗段,因此主要的受压缩土层应是埋深在220m以上、厚度较大的第l、W层。2.人工强烈开采地下水对地面沉降的分析:由于过量开采地下水,城市及郊区承压水位连年大幅度下降。根据1975年、1984年承压水开采漏斗,可以看出漏斗范围逐年扩大(图灼。由图4看出,1975年已形成区域下降漏斗,拍75年8月300m等水位线为漏斗图4西安市承压水开采下降漏斗图边界的面积约76km2,其中350m为边界的漏斗呈斑状,分布在三个地段,总面积14km“,水位埋深选。一65m。至298·t年s月36om等水位线为边界的漏斗面积达90c1m“,较2975年8月扩大16km2,其中345m等水位线为边界的漏斗已连成片状,面积为3okmZ,水位埋深45一08m,较1975年普遍下降01一51m。到198沈年的水位埋深已达到60一10m,较之1975年又下降了15一02m。据05年代部分勘探孔资料,原始承压水位一般埋深为15一30m,据此计算,到189沈年承压水位已下降了45一70m不等。从城市区及郊区地下水位下降漏斗中,所存在的三个下降漏斗中心发展的趋势看:①胡家庙漏斗,面积近7km么,19了7年漏斗中心水位埋深6一75m,漏斗中心平均每年约下降3m,与1955年原始水位相比,至1980年漏斗中心水位已下降到60一10叫②小寨漏斗,面积6km’,1977年漏斗中心水位埋深67一7m,漏斗中心平均每年下降2。7一40m,与2960年原始水位相比,至1980年水位下降到06一90m;③沙坡漏斗,1975年尚圈不出,1977年345m等水位线为边界的面积为kIm“,平均每年下降3m,至1980年漏斗区域面积已达skm“,水位埋深已在gom左右。因此,从城市地面沉降和地下水开采降落漏斗的发展规律剖析,总的表现特点为①:承压水开采量与地面沉降的增的问题,长趋势相一致。沉降区内丁79年前开采承压1.使1城市地面积水成涝:地面下沉,会水的资源量不大,1971年以后随着打井数的改变城市的微地貌,使之渐渐处在低洼的中增加,开采量也成倍增加,漏斗中心水位下心,给排水工程带来负担和困难。这势必要降约一的m,动水位埋深最大达80余m。而增添排水设备和改造下水道,增大了市政工地而沉降亦是以飞9了1年为转折,1971年前每程的经济投资。年平均沉降量为3一smm,1971年后沉降量2.深井套管上升,高层建筑底层与地面为1971年以前的4一5倍或更大,且逐年增脱空:由于土层压密和下沉,深井套管相对大,两者增长的趋势不谋而合(图4儿②承上升,使深井使用不便,就得进行割管。高压水区域开采下降漏斗和地面严重沉降区基层建筑桩基较深,地面下沉,使得高层建筑太吻合,而且扩展范围也相适应(图3和图4底层与地面脱空。地基悬空则影响建筑物的对照)。(多地面沉降中心与三个下降漏斗中安全和近地面出入不便。心几乎完全重合,以胡家庙一带沉降为最严3.地面沉降产生的次生灾害:`如遇不均重地段,其形状和沉降中心与胡家庙承压水一的沉降,就使地面产生地裂缝。地裂缝会开梁的下降漏斗相一致;又如小寨和沙坡两使建筑物产生裂缝、道路变形、地下管道断个下降漏斗也与地面沉降相一致。裂、煤气管道容身产生爆炸事故,地表污水鉴于对上述的所有剖析,皆反映了过量通过裂缝渗入地下并污染地下水等。这些又集中开采地下水,特另l]是承压水,是引起西增添了西安市的一些特殊而又重要的环境保安城市地面沉降的根木原因,其次是两层主护问题。要的压缩性土层。由于地面沉降是人为因素造成的,因此地面沉降的物理机制,是由于含水层的也是可以控制的。其办法就是采用回灌补给水头不断大幅度下降,与其有水力联系的相地下水源。然而西安市现在供水水源十分紧邻弱透水层心即相对隔水层)水头也随之下缺,需要到“一七五”计划后期,挨从周至县秦降,从而使作用于土骨架上的应力增加,产岭峪口的黑河引水工程进城后,才可能减少生了土的压密。对地下水的抽取量,并用清洁水源回灌补给地下水,达到控制地面沉降,消除因地面沉五、城市地面沉降的危害与控制降带来的各种危害。地面沉降的危害,主要存在下列三方面(上接5百页)〔2〕江西养蜂研究所主编:养蜂手册农负!出版社1976取蜜为辅,春、夏季以取蜜、王浆、花粉为年第415一416主,繁殖为辅,并采用转地放蜂与合理的密〔3〕覃民权等;中国油菜栽培农业出版社1975年度相结合,达到养绛生产的稳产、高产。第21一35页〔4〕梁诗魁等:芸苔中国养蜂1981252参考文献(旬四川省畜收局四川省养蜂学会:四川养蜂四川人民出版社1980年第202页、第211一213页(幻徐万林:中国蜜膝植物黑龙江科学技术出版社〔6〕王永强等:油菜开花泌蜜习性和蜜蜂授粉增产中里,8令年,第3子一冬6页国养蜂,19612,20