宿州市地下水漏斗现状及成因分析

陶建华

（安徽省地质环境监测总站，安徽·合肥 230001）

1 研究区概况

宿州市地处安徽省北部，淮北平原中部，地理坐标：东经116 09～118 10、北纬33 18～34 38，总体向东南和南缓倾，地形坡降约1/8000，多年平均降水量为865mm。区内第四纪地层发育，厚80～100m，以冲积平原为主，其次为冲洪积。区内主要供水岩组为松散岩类孔隙含水岩组，如图1所示，按埋藏深度可分为浅层、中深层、深层含水层组。宿州市的城市供水主要依赖埋深在50～100m的中深层含水层组，其岩性主要为细砂，次为中细砂、粉砂，局部粗砂，含水砂层在西二铺—前付—邢李园一带分布较厚，如图2所示。

图1 安徽宿州市第四纪地层结构剖面Fig.1 Quaternary stratigraphic structure pro file of Suzhou city of Anhui

2 宿州市地下水开发利用现状

图2 安徽宿州市中深层含水层分布Fig.2 of middle-deep aquifers in Suzhou city of Anhui

宿州市主要河流有新汴河、沱河，其次为小黄河、小洪河、运粮河、铁路运河、三八河、东牛沟等，水位、流量明显受季节性降水控制，旱季断流，雨季往往成灾，城市供水主要依靠地下水[1,2]。宿州市地下水的开采大户是宿州市自来水公司，1995年以来，宿州市经济快速发展，城市人口快速增长，自来水公司的水源井从41眼增加至2010年的62眼，2013年有74眼，2014年102眼。至2015年宿州市下辖1个区、4个县，总面积9787km2，总人口642.32万，因供水压力增大，2015年6月完成了汴北水厂连接城区的沿拂晓大道、洪河路、人民路的供水主管网贯通工程。据本次研究调查，2015年宿州城区共有浅井143眼，均为自备水源井；深井246眼，其中自来水公司102眼，企事业单位自备水源井144眼，如图3所示。根据宿州市水利局的统计数据结合现场调查得知2015年自来水厂取水约3800×104m3，即10.41×104m3/d，宿州市中深层地下水总开采量约5658×104m3。

3 城市地下水漏斗现状

图3 宿州市地下水开采井分布Fig.3 Distribution of wells in Suzhou city

根据多年水位监测数据，宿州市城区1994至2006年各监孔的水位主要呈季节性波动；2007年以后，水位随季节性波动特征越来越不明显，持续下降态势逐渐占据主导地位。如图4所示，1号地下水位观测孔位于宿州市西侧，周边分布有自来水厂中深层开采井群，该孔深25m，监测深度为12.5～24m，监测层位为浅层，自2008年开始水位急剧下降，2016～2017年水位有所恢复；2号地下水位观测孔靠近宿州市中深层地下水开采中心，该孔孔深150.12m，监测深度为44.00～150.12m，监测层位为中深层，该孔地下水水位自2006年开始急剧下降，2016～2017年水位有所恢复。

图4 宿州市城区中心年平均水位标高变化Fig.4 Trend of the average annual elevation of groundwater level in the city centres

1993年宿州市中深层地下水漏斗范围为180km2[3]，2004年漏斗范围达550km2。为查清宿州市城市地下水漏斗的现状，2015年在宿州市新建深度80～100m的钻孔13眼。根据测得的水位，结合宿州市已有的国家及省级监测孔，绘制宿州市中深层地下水水位等值线图，如图5所示。经量测，宿州市地下水漏斗面积约达650km2，中心水位埋深大于25m，水位标高小于0m。中深层地下水漏斗的不断扩张、漏斗中心水位的不断下降将带来城市供水危机、地面沉降等一系列问题[4,5]。

图5 宿州市2015年中深层地下水水位埋深等值线图Fig.5 Bury depth of middle-deep groundwater in 2015

4 地下水漏斗成因分析

4.1 城市地下水开采加剧

宿州市的城市供水主要依赖地下水，随着城市的发展，地下水开采量逐年增加，1987年宿州市地下水开采量仅706.56×104m3，到2015年地下水开采量高达5658×104m3（表1），形成的地下水漏斗面积也呈线性增长趋势（图6）。1993年城市地下水位下降形成三个规模较小的降落漏斗，总面积180km2，其漏斗中心分布在三个开采井分布较为集中且开采量较大的一水厂、三十三工程处和二水厂位置；2015年，三个小的降落漏斗已经逐渐扩大成一个巨大的降落漏斗总面积约650km2，整个宿州市城区都坐落在该降落漏斗之上，其漏斗中心也随着开采量的分布变化移动至开采量较大的九里—宋刘—三里办一带，经现场量测二水厂所在的九里附近水位埋深达29.9m。随着2016～2017年宿州市地下水开采量减少，城区地下水水位有所恢复。

图6 宿州市地下水开采量和漏斗面积变化Fig.6 Changes of groundwater extraction volume and depression cone area in Suzhou city

4.2 城区开采井开采混乱及井间距不合理

据统计，浅井井深在50m以内，其密度多数在1～8眼/km2，火车站附近密度高达31眼/km2；深井井深一般在50～150m密度多数在1～8眼/km2，东关和二水厂一带，水井最密达11～12眼/km2，这也是降落漏斗的中心所在（图7）。城区企事业单位的自备井井间距离多数在100～300m之间，有的甚至是隔墙取水，井间干扰严重，局部形成超采水位持续下降，加剧了漏斗的扩展。另据调查，不少个体打井队施工质量低劣，为获取较大的水量，深、浅含水层实行混采，井口封孔止水不严，致使水井成了连通地表水、浅层水、深层水的污染通道。从开采量调查结果看，部分企业和个人还存在着偷采、盗采地下水的行为。

表1 宿州市中深层地下水开采量Table 1 Groundwater exploitation quantity in the mid-deep aquifer of Suzhou city

图7 宿州市城区开采井密度Fig.7 Density of mining wells in Suzhou city

4.3 地面硬化区面积迅速增大

随着城镇化的进程，城市急速发展，城区面积越来越大，本次研究中利用卫星遥感数据发现，1997～2015年宿州市地面硬化区面积由38km2增加至75km2（图8、图9）。按宿州市多年平均降水入渗补给模数为500m3/d.km2计算[2]，每天降水入渗补给量减少19000～37500m3，年降水入渗补给量减少约693.5万～1368.75万m3。

图8 1997-2015年宿州市城市地面硬化区面积Fig.8 Surface hardening area in Suzhou City, 1997-2015

5 地下水开发利用及水资源保护建议

5.1 合理布局地下水开采井

宿州城市水源井局部密度达11～12眼/km2，导致局部地区地下水水位埋深达30m左右，且研究区广泛存在浅层和中深层的混合开采现象，给水资源管理带来极大不便。为此建议封闭混采井，加强水资源统一管理，对地下水开采井密度过大地区的水井部分封闭，以使井间距趋于合理。

图9 宿州市城区硬化地面卫星遥感图Fig.9 Remote sensing map of hardened ground satellites in Suzhou City

5.2 严格水资源管理，实施禁采、限采制度

国内有专家学者以2010年为现状年，对实施限采方案后宿州市城市地下水2015年、20120年的水位进行了预测，限采理论效果较好[3]。但随着宿州市的经济发展，地下水开采量逐年加大，地下水问题日益严重，仅仅限采已经不能缓解宿州目前的漏斗现状。宿州市九里—前付一带中深层含水砂层发育，且浅层和中深层含水层之间水里联系较为密切，该区域位于宿州市老城区，处于降落漏斗中心，除应急备用井外，建议严格禁止新建、改建、扩建项目取用地下水，已建地下水取水工程应结合地下水管理目标，限期陆续关闭。同时鉴于地表水可能对地下水水质产生一定的不利影响[4]，应积极改善区内地表水质量；城区内禁采区外围其它地区，可逐步调整开采井布局，陆续调减开采量，严禁新增开采井数、严禁新增开采量，加强日常监测管理。城市外围区域建、改建、扩建的建设项目取用地下水应进行严格论证、严格审批。

5.3 寻找新的水源地

宿州市城市中深层地下水漏斗范围已达650km2，中心水位下降至-8m左右，中深层地下水漏斗逐年扩大导致浅层地下水疏干现象加剧。水源地开采量逐年加大是地下水漏斗持续扩展的主要原因，1994年开采量为1813.97万m3/a，地下水漏斗面积为180km2；2015年开采量增至5658万m³/a，地下水漏斗面积则增加到650km2，降落漏斗面积与地下水开采量表现出指数关系（图10）。从长远来看，据《宿州市城市总体规划（2010～2030）》预测，到2030年，宿州市规划中心城区人口110万人，单位人口综合用水定额按435升/人·天测算，城市年需水总量约1.8亿m³。为满足需求，可对宿州北部岩溶水进行开发，宿州北部符离、支河、曹村、栏杆、城南等地岩溶水资源开采潜力巨大，其中符离—支河一带岩溶裂隙水发育，局部有地下水自流现象，且距离宿州市不足10km，开发利用价值大，可作为近期开发目标，缓解目前宿州市城区地下水漏斗巨大的现状。

5.4 建设海绵城市

宿州市坐落在城市水源地之上，城市建设导致硬化地面的面积逐年增加，雨水渗入地下的难度逐年加大，地下水接受降水入渗补给数量逐年减少，历经数十年的开采，研究区浅层地下水位已普遍降低，中深层地下水已形成数百平方千米的降落漏斗，调蓄空间巨大，且宿州市局部地区浅层和中深层含水层之间水里联系较为密切，因此宿州市迫切需要也非常适合海绵城市建设[6]。建议首选合徐高速公路以东、沱河以南、外环路以北的城市建成区开展海绵城市建设，所有城市改造项目和城市新建项目均应按照海绵城市建设理念、建设标准修建生态绿地、安装透水铺装、建造人工湿地、打造雨水花园，以期充分拦截降水形成的地表产流，最大限度地减轻城市内涝，同时提高城市水源地的补给能力。

图10 宿州市地下水开采量与漏斗面积关系曲线Fig.10 Relationship between groundwater extraction volume and depression cone area in Suzhou City