1.超采地下水引起地面沉降
地下水具有水温低,水质好,取用方便,开采成本较低等优点,不仅为广大农村的饮用水源和农用灌溉的水源,而且也日益成为城市的重要水源。据不完全统计,全国181个大中城市中有61个主要采用地下水,其中北方地区51个;地表水、地下水兼用的城市有40个。
北京市是一个以开采浅层地下水为主的城市,按水利部门计算,北京可利用的地下水资源约13亿立方米,但年开采量达21亿立方米,超采近一倍。因此,自1970年以来,除个别年份外,地下水逐年以1~2米的速度下降,目前已形成一个东过通县,北到顺义后河峪,南接大兴黄村,面积达1000平方公里,地下水埋深在18米以下的沉降漏斗。漏斗ZX地带地下水埋深在东部达30米,西郊达40米。由于地下水位下降,在现有4万余眼机井中,已有1/3不出水;1/3半出水。城区6个自来水厂的供水能力由原来的日供水量120万立方米,减至80万立方米。目前北京西郊含水层已接近疏干或半疏干状态。地下水位下降的后果之一是地面发生沉降,沉降范围在市中轴线以东约600平方公里,ZX地区总沉降量达559毫米。
上海地下水储量为40~50亿立方米。其地面沉降问题在70年代已经相当,其 原因也是地下水超采。虽然后来采取了回灌以及夏抽冬灌等措施,曾一度有所好转,但近年来由于地下地层的弹性逐渐降低,回灌效果越来越差。另外,由于江、浙两省与上海接壤地区地下水位的不断下降,目前已大大低于上海的地下水位。因此,导致上海的浅层地下水流向江、浙两省,出现了上海控制地面沉降更为艰难的局面。
与上海接壤的江、浙地区,由于工业污染严重,太湖水系的河水水质日趋下降,所以转而向地下要水,从而造成地下水位急剧下降。如江苏苏州地区的地下水位已降到低于海平面60~70米;江苏太仓浏河地区的地下水位在1977年曾高出海平面1米,目前已降至低于海平面24米。浙江省与上海毗邻区地下水水位也降至低于海平面40米左右。总体看,与上海接壤地的江浙地区地下水位平均已降至低于海平面20米左右。
类似北京、上海有地面沉降问题的城市,还有不少,特别在北方,除华北地区外,还有西安市、乌鲁木齐市等。
较大范围的区域地下水位下降和大型漏斗的例子,首推华北地区。特点是:①无论在浅层地下水还是在深层地下水中都已出现漏斗。②无论城市、工矿区或农灌区都出现漏斗。
据统计,华北全区浅层地下水位平均已下降8~10米,漏斗面积2.7万平方公里,漏斗区水位已下降20~30米,下降速率约为每年1米。当然,由于浅层地下水主要依靠降水入渗补给,所以随着年降水的丰枯而有较大的变化。浅层水漏斗集中分布在地下水源丰富的山前平原的大中城市和山西中部盆地,以北京、石家庄和介休Z为典型。深层地下水漏斗面积已达2.3万平方公里,并且每年以3~5米的速率下降,主要出现在地表水和浅层地下水都比较缺乏的深层地下水开采区,以天津、沧州、太原等地Z为突出。有些地区,浅层地下水和深层地下水都处于超采疏干状态,以致形成如冀(县)枣(强)衡(水)漏斗、潍坊漏斗那样的复合式地下水降落漏斗。
漏斗的形成是分阶段的。如沧州漏斗在1983年前是单独存在的,1984年与冀枣衡漏斗连成一片,1986年又与北部的天津漏斗相连,并与东侧的山东德州漏斗衔接,成为华北Z大的地下水漏斗群,总面积达到1万余平方公里。
石家庄是潜水漏斗区,日采水量由1960年的24.1万立方米,猛增至1980年的90.3万立方米,致使地下水位逐年下降。1976年漏斗面积为182.1平方公里,1987年已增至580平方公里,较1976年扩大了2倍。漏斗水位埋深1965年为7.82米,至1976年为17.79米,平均下降速率约为每年1米;1980年为21.13米,1985年为31.32米,平均每年下降2.04米;1987年埋深已达36.20米,下降速率为每年2.44米。据计算,石家庄的地下水补给量为每年4.5亿立方米左右,若开采量(包括郊区的农业用水在内)超过此数,则水位仍会持续下降。
介休是山西的新兴工业城市,地下水资源较丰富,50年代城内多泉水。70年代以来,发展井灌面积10余万亩。加上造纸厂、纺织厂、印染厂等工业用水的增加,到1984年已形成282.6平方公里的漏斗,ZX地下水埋深已达40米。
天津市地下水可供开采量不足0.1亿立方米,而实际每年开采都在1.08~1.5亿立方米,累计超采量已达9亿立方米。引滦入津后,虽然可供水量大增,但因供、排系统不能适应,一些工矿企业仍然沿用原有供水设备而抽取深层地下水,所以漏斗的发展尚未得到有效的控制。天津市地面沉降的Z大幅度为2.4米(河北区小王庄),降幅大于2米的范围已有10平方公里以下,大于1.2米的面积已达114平方公里。塘沽区上海道的地面已沉降到海平面以下,海河闸附近的沉降量已达1.4米。当然,濒海地区的地面沉降还与海平面的上升有关。目前天津市的沉降量和沉降范围仍在发展。
太原市也是深层地下水降落漏斗,漏斗面积由1965年的11.2平方公里扩大到1984年的298平方公里,相当于1965年的26.6倍。ZX水位1965年埋深16米,1984年已下降到71米,19年共下降了57米,年均下降3米。
冀枣衡漏斗位于河北平原中部,包括衡水市、冀县、枣强、武邑四个县市的全部及景县、故城、深县的一部分。 1988年漏斗面积已达5 022平方公里,约占衡水地区面积的一半。漏斗ZX位于衡水市。自从1966年开采以来,到1975年ZXZ低水位埋深已达32.7米,并以每年2.6米的速度向深部扩展。1988年漏斗面积已超过5 000平方公里,ZX水位埋深已达62.1米。
以上,我们对华北地区地下水超采而形成的地下水漏斗的情况作了分析。这种严重超采地下水的结果必然引起地面的沉降。当然,这还与当地的土层岩性、厚度、土体力学性质等有关。
地面沉降产生的危害是多方面的。首先是影响排水,使积水成灾。沿海地区还会加重潮水淤沙威胁和风暴潮的袭击。河堤沉降,会降低河道的行洪排涝能力。如海河天津段1963年泄洪能力为1700立方米/秒,现已降为200立方米/秒;子牙河沧州段的防洪排涝标准也大大降低。城市的地面沉降会降低下水道系统的坡度,影响污水排泄畅通和环境卫生。建筑物和道路的不均匀沉降,将破坏交通、建筑物和输水系统,甚至威胁生命安全。这种现象也已在太原市区、淄博市孝妇河、青岛市大沽河、文安洼千里堤、榆次潇河大堤等处发生。