阜阳市地下水超采区地面沉降控制区判定研究

尤莉娜

地面沉降现象作为一种缓变地质灾害问题，具有影响范围较广、持续时间较长以及成灾较慢等特点。诸多研究结果表明，超量开采地下水是诱发区域发生地面沉降的关键因素。安徽省阜阳市水资源比较短缺，地下水由于水质较好且水量比较稳定，是城市、灌溉以及工业用水的重要来源。近年来地下水开发利用呈逐年递增趋势，地下水超采区多位于人类活动比较强烈，且人口密集度较大、经济较发达区域。阜阳市地下水超采造成含水层枯竭、地面沉降等生态与环境问题，影响经济社会可持续发展。本文将对阜阳市的地下水超采区地面沉降控制区判定展开分析。

一、工程概况

阜阳市城区地面沉降面积987km2，其中严重地面沉降区面积66.5km2，中等地面沉降区面积220km2，弱地面沉降区面积700km2。中心最大累计沉降量1605.7mm。地面沉降范围北到颍泉区伍明镇、南至颍州区三塔镇，长约35km，西到颍州区程集镇、东至颍东区正午镇，长约30km，其形状近似于椭圆形。按照划分标准核定地面沉降区，在此基础上，综合考虑地面沉降发育程度、防护对象重要性等，划定一级、二级和三级地面沉降控制分区，并按一级、二级、三级的次序，部署地下水超采治理的优先区域。

二、地面沉降控制区范围划分方法

地面沉降控制区与范围划分主要基于地下水超采区现场地面沉降实地调查，将实际调查结果作为划分依据，推算得出累计沉降量（见表1），划分地面沉降区。非地面沉降区是中心区域沉降量在50mm 以内的区域，地面沉降区为累计沉降总量超出50mm 的区域。未进行地面累计沉降量调查的区域，运用水文地质比拟法对地面沉降区域加以确定，并以含水层的层数、厚度、岩性为依据，评价地面沉降情况的易发性，以此划分砾卵石含水层岩性为非地面沉降区域，划分含水层岩性区域为地面沉降区域。依照地面的沉降发育及危害具体程度，结合地面沉降区域地下水压采方案技术规格编制需求，对地面沉降的控制级别加以确定。以行政区域+沉降中心乡镇+发育程度方法对地面沉降区域进行命名。以近5年平均沉降速率大于等于10mm/a 或自开展监测以来累计沉降量（以下简称历史累计沉降量）大于等于50mm 作为地面沉降区划分标准，近5年平均沉降速率小于10mm/a 或历史累计沉降量小于50mm 的暂不考虑。

表1 地面沉降易发性评价表

表2 地面沉降危害程度分级表

表3 地面沉降控制区分级表

三、地面沉降区域范围划分

根据已有研究成果可知，阜阳市地面沉降是由于集中强度开采深层地下水，使地下水位大幅度下降，造成开采含水层及粘性土层有效应力增加而固结压密，从而引发地面沉降。阜阳市的松散沉积物（第四系、新近系）中，在钻探揭露深度（0 ～156m）内，大致存在7 层粘性土层。中、下更新统中的粘性土层是地面沉降的主要压缩层。为了突出治理的重点，有针对性地安排和落实压采措施，需要综合考虑地面沉降发育程度、防护对象重要性等，划定地面沉降控制分区，提出沉降控制级别。

1.地面沉降发育程度分区

按照近5年平均沉降速率或历史累计沉降量划分地面沉降发育程度。近5年平均沉降速率大于等于50mm/a 或历史累计沉降量大于等于800mm 为强；近5年平均沉降速率在30～50mm/a 之间或历史累计沉降量在300～800mm 之间为中等；近5年平均沉降速率在10～30mm/a 之间或历史累计沉降量在50～300mm 之间为弱。

2.地面沉降危害程度分区

根据土地或规划功能类型，调查统计地面沉降区内土地功能分区、已规划的重要城市带和地标性建筑等，分析用地类型历史和现状情况，确定地面沉降影响对象，对地面沉降危害程度分级，危害程度影响范围按大、中等、小划分级别，并绘制地面沉降危害程度分级图（见表2）。

3.地面沉降控制区分级

将地面沉降发育程度分区和危害程度分区叠加，分析形成地面沉降控制区分级表，将地面沉降区划分为一级控制区、二级控制区和三级控制区，绘制地面沉降控制分区分级图（见表3）。为便于地面沉降控制管理，应将地面沉降控制分区明确到各地级行政区或县级行政区。在制定地下水压采目标和措施时，应当按照一级、二级和三级控制区的次序，在时间和措施上安排部署地下水超采治理的优先区域。

根据阜阳市测绘院的测量成果分析，市区大面积典型沉降区共10 处。其中，阜阳边缘地区沉降最大，西北角、东北角和西南角的沉降中心相对变形速率超过60mm/a。阜阳市沉降遍布全区，局部地区沉降速率超过5mm/a，多数沉降速率约5～8mm/a，市区内部最大沉降速率可达10～15mm/a。

近5年，年均沉降量在10～12mm，累计沉降量在1200mm 以上的沉降漏斗区位于阜阳市城市中心地带，北到河滨路、南到临泉路，南北长约2.2km，东到涡阳路、西到解放路，东西长约3.1km，形状近似于椭圆形，面积约6.6km2。该沉降区域位于城市中心地带，累计沉降量大，是阜阳城区的沉降漏斗中心区。

阜阳市城区累计沉降量在800mm以上的区域为北到颍泉区颍泉小学附近、南到南三环路，南北长约7.6km，东到东三环路、西到西三环路，东西长约8.5km，形状近似于圆形，面积约66.5km2（包含沉降中心漏斗区面积）。按照划分标准核定为严重沉降区，沉降级别为一级沉降区，地面沉降区划分为一级控制区。

累计沉降量在300～00mm 以上的区域为北到颍泉区周棚镇附近、南到颍州区十二里庙、十八里铺一带，南北长约15km，东到颍东区后王营、西到颍州区李油坊，东西长约14km，形状近似于环形，面积约220km2。按照划分标准核定为中等沉降区，沉降级别为二级沉降区，地面沉降区划分为二级控制区。

累计沉降量在50～300mm 之间为弱沉降区，范围为中等沉降区外围10km 左右的环形区域，北到伍明镇、南到三塔镇，东到正午镇、西到程集镇，面积约700km2。按照划分标准核定为弱沉降区，沉降级别为三级沉降区，地面沉降区划分为三级控制区。

四、结语

通过开展地下水超采区域沉降监测工作，结合地下水超采区域的含水层厚度、岩性与地面沉降易发性的评价，运用水文地质比拟法对阜阳市的地下水地面沉降控制区与进行划分，提出有针对性的地面沉降控制区域地下水采压方案，对于指导阜阳市国土空间科学规划、提高应急防灾减灾水平、协调人类活动与自然地质环境可持续发展，有着重要而迫切的现实需求■