劉思秀，沈慧珍，趙建康，吳孟杰

（浙江省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，杭州 310007）

1 前言

長(zhǎng)江三角洲地區(qū)是我國(guó)三大地面沉降區(qū)之一，浙江省位于長(zhǎng)江三角洲南側(cè)，沿海平原地區(qū)地面沉降較為嚴(yán)重，屬于全國(guó)“十二五”地面沉降防治規(guī)劃的重點(diǎn)防治區(qū)［1]。浙江省地面沉降主要發(fā)生在杭（州）嘉（興）湖（州）平原、寧（波）奉（化）平原、溫（嶺）黃（巖）平原、溫（州）瑞（安）平原等四大沿海平原地區(qū)，地面沉降易發(fā)區(qū)面積為8 800 k m2，約占沿海平原總面積的60%。自20世紀(jì)60年代的嘉興市、寧波市因開(kāi)采地下水發(fā)生地面沉降后，歷經(jīng)形成、緩慢發(fā)展、急劇發(fā)展幾個(gè)階段后，進(jìn)入21世紀(jì)，浙江省各級(jí)政府加大了地面沉降防治工作力度，截止2011年底，全省沿海平原累計(jì)地面沉降大于50 mm的面積約5 016 k m2。其中杭嘉湖平原沉降區(qū)約4 200 k m2，溫黃平原沉降面積638 k m2，寧奉、溫瑞平原沉降面積分別為148 k m2和30 k m2。

浙江省沿海平原地面沉降主要由地下水開(kāi)采引起［2－8]，通過(guò)對(duì)地下水含水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、地面沉降機(jī)理和地下水流與地面沉降耦合模型研究，提出控制地下水開(kāi)采為主的地面沉降防治與控制措施［9－16]，2006年5月發(fā)布《浙江省人民政府關(guān)于加強(qiáng)地面沉降防治工作的意見(jiàn)》后，大力推進(jìn)地下水禁限采、城鄉(xiāng)一體化供水，地面沉降逐步得到有效控制。

隨著地下水開(kāi)采大幅減少，浙江省沿海平原呈現(xiàn)地面沉降范圍和速率明顯減緩、地下水位全面回升格局，區(qū)域性地面沉降進(jìn)入全面控制階段，地質(zhì)環(huán)境狀況向良性發(fā)展方向轉(zhuǎn)變。但由于水資源總量不足和地表水的污染，水資源供需矛盾依然突出；沿海軟土地區(qū)大面積圍填、基坑降排水和地下空間的開(kāi)發(fā)利用對(duì)地面沉降影響逐步顯現(xiàn)，地面沉降防治依然是今后地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容。本文通過(guò)對(duì)地下水禁限采后地下水位與地面沉降變化等環(huán)境效應(yīng)的系統(tǒng)總結(jié)，對(duì)地面沉降變化特征和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，為新形勢(shì)下地面沉降防治提供決策依據(jù)。

2 沿海平原水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)

浙江省沿海平原地區(qū)，由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及海面升降、氣候冷暖變化影響，第四紀(jì)地層具有成因類型多、巖性巖相復(fù)雜、沉積韻律明顯、厚度變化大等特點(diǎn)。杭嘉湖平原第四紀(jì)地層厚度200～300 m，其他平原一般厚度100～180 m。中下更新統(tǒng)以沖積、沖湖積陸相地層為主，上更新統(tǒng)成因類型復(fù)雜，主要有河、湖、海積及其混合類型，全新統(tǒng)以海積、沖海積和湖沼積為主。

浙江省沿海平原地區(qū)埋藏1～3個(gè)孔隙承壓含水組2～7層含水層（圖1）。含水層主要由更新統(tǒng)沖積砂礫石、含礫砂、中細(xì)砂組成，上部為海積、沖海積、湖沼相粘性土覆蓋，層間為湖沼相及海相粘性土所分隔，形成良好的儲(chǔ)水構(gòu)造。各含水層分布規(guī)律、巖性、厚度的變化，受古河道演變和展布方向控制，具有明顯的縱向、橫向分布規(guī)律。一般自上游向下游、自古河道中心向兩側(cè)巖性由粗變細(xì)，時(shí)代由老及新含水層顆粒也由粗變細(xì)。各含水層頂板自上游向下游微傾，原始水力坡度約0.1‰，逕流遲緩，排泄不暢，補(bǔ)給甚微，但貯存量豐富，天然動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。富水性受古河道規(guī)模及其展布所制約，沿古河道主流線附近，導(dǎo)水性好，單井涌水量1 000～3 000 m3／d，最大可達(dá)5 000 m3／d以上，兩側(cè)一般小于1 000 m3／d。

圖1 杭嘉湖平原水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hydro－geological structure in Hangjiahu Plain

3 地下水控采歷程

浙江省沿海平原自1914年開(kāi)鑿第一眼深井開(kāi)采孔隙承壓水以后，至20世紀(jì)60年代地下水開(kāi)采范圍不斷擴(kuò)大，開(kāi)采量持續(xù)增長(zhǎng)。1980年開(kāi)采量0.67×108m3，1990年增加到1.44×108m3。20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題日益明顯，引起了政府和社會(huì)各方的高度關(guān)注，孔隙承壓水開(kāi)采迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)得到一定程度遏制，特別是寧波平原地下水開(kāi)采得到有效控制，但開(kāi)采總量仍呈增加趨勢(shì)，增幅明顯減緩。2000年沿海平原孔隙承壓水開(kāi)采量1.56×108m3，最高的2003年達(dá)到1.7×108m3，2005年為1.68×108m3（表1）。其中杭嘉湖平原開(kāi)采量占70%左右，溫黃平原和溫瑞平原分別占10%～15%。

2006年5月發(fā)布《浙江省人民政府關(guān)于加強(qiáng)地面沉降防治工作的意見(jiàn)》（浙政發(fā)［2006]30號(hào)），進(jìn)一步加強(qiáng)地面沉降防治工作，地下水控采力度進(jìn)一步加大，沿海平原地下水開(kāi)采逐年下降，特別是2010年以來(lái)呈現(xiàn)大幅度減采。全省沿海平原自2005年以來(lái)累計(jì)封井近1 500眼，沿海平原承壓地下水開(kāi)采量由2005年的16 848×104m3減少到2011年1 830×104m3，減少了89.1%（表1、圖2）。其中杭嘉湖平原由2005年的12 179×104m3減少到2011年的500×104m3，減少95.9%，主要城鎮(zhèn)自2008年起已全面禁采（圖3）；溫黃平原2006年開(kāi)采量達(dá)最高值2 195×104m3，2011年下降到815×104m3，下降62.9%；溫瑞平原由2005年的2 434×104m3下降到510×104m3，下降79%。

表1 浙江省沿海平原地下水年開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)表（單位：×10 4 m3·a－1）Table 1 Statistics of exploitation quantity in the coastal plain of Zhejiang

圖2 浙江省沿海平原孔隙承壓水歷年開(kāi)采量直方圖Fig.2 Histogram of exploitation quantity of pore confined water in the coastal plain of Zhejiang

圖3 杭嘉湖平原孔隙承壓水歷年開(kāi)采量動(dòng)態(tài)曲線圖Fig.3 Dynamic curve of exploitation quantity of pore confined water in Hangjiahu Plain

4 地下水控采后的地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)

地下水的大幅度減采，浙江省沿海平原呈現(xiàn)地下水位整體回升、地面沉降范圍和速率快速減緩的趨勢(shì)，但主要城市和重點(diǎn)工程建設(shè)區(qū)工程性沉降逐步顯現(xiàn)，地面沉降呈現(xiàn)從區(qū)域性沉降向局部工程集中建設(shè)區(qū)轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)。

4.1 地下水位整體回升

杭嘉湖平原孔隙承壓水原始水位接近地表，1964年前后在嘉興城區(qū)開(kāi)始形成水位降落漏斗，并逐步發(fā)展成為區(qū)域水位降落漏斗。2005年杭嘉湖平原漏斗中心水位達(dá)－48～－50 m，區(qū)域平均水位約－38～－40 m左右，漏斗范圍波及整個(gè)平原。以路橋?yàn)橹行牡臏攸S平原孔隙承壓水1996年最低水位曾達(dá)到－57 m，2000年后因開(kāi)采量增加，水位下降速率超過(guò)2 m／a，2005年為－48.05 m，區(qū)域平均水位在－30 m左右（表2～3，圖4a和圖5a）。

表2 浙江省濱海平原主要地下水位降落漏斗一覽表Table 2 Main ground water drawdown f unnels in the coastal plain of Zhejiang

圖4 杭嘉湖平原第Ⅱ承壓含水層水位等值線圖Fig.4 Contour of ground water level for the secondary confined aquifer in Hangjiahu Plain

2005年控采地下水以來(lái)，各沿海平原地下水全面回升。至2011年，杭嘉湖、溫黃、溫瑞平原承壓地下水位比2005年上升了10～18 m，區(qū)域水位降落漏斗明顯收縮，漏斗底部趨于平坦（表2，圖4b和圖5b、圖6）。寧奉平原，1987年起采取了控采措施，開(kāi)采量大幅度減小，水位回升，漏斗基本消失。

圖5 溫黃平原第Ⅰ承壓含水層水位等值線圖Fig.5 Contour of ground water level for the first confined aquifer in Wenhuang Plain

圖6 沿海平原地下水區(qū)域平均水位動(dòng)態(tài)曲線Fig.6 Dynamic curve of average level for the ground water area in the coastal plains

杭嘉湖平原第Ⅱ含水層自2005年開(kāi)始回升，2010年來(lái)大幅上升，區(qū)域平均水位至2011年升至－21.66 m，比2005年上升了15.04 m，漏斗中心年平均水位由2005年－47.39 m上升到2011年32.38 m，上升了15.01 m（圖7）；2011年－30 m和－20 m水位等值線閉合圈面積分別160 k m2和2 840 k m2，分別比2005年縮減3 297 k m2和1 338 k m2，縮減95.4%和32.0%，－40 m水位等值線包含面積2005年為2 447 k m2，到2011年已消失。第Ⅲ承壓含水組在2009年前區(qū)域平均水位基本穩(wěn)定在－40 m左右，2010～2011年水位急速上升至－24.74 m，漏斗中心平均水位2005年－52.42 m，2008年約－56.98 m，2011年上升到－36.35 m，兩者分別比2005年上升了17.65 m和16.07 m；－40 m等水位等值線閉合圈面積從2005年的1 586 k m2，到2011年已消失，－30 m等值線閉合圈面積由2005年的2 403 k m2，縮減到2011年的1 597 k m2，減少806 k m2，縮減33.5%。

溫黃平原水位降落漏斗形成于20世紀(jì)80年代初，第Ⅰ孔隙承壓含水組2011年區(qū)域平均－25.38 m，比2005年上升5.73 m；2011年漏斗中心水位－36.58 m，比2005年上升11.47 m，水位降落漏斗趨于平坦，且明顯收縮。溫瑞平原永強(qiáng)降落漏斗2011年中心水位－26.45 m，比2005年上升13.67 m，區(qū)域平均水位－17.97 m，比2005年上升13.07 m；漏斗面積不斷縮小，－30 m等水位閉合圈已消失，－20 m等水位閉合圈面積比2005年縮減58.4%。

4.2 地面沉降范圍和速率快速減小

控采地下水后，浙江省沿海平原各年地面沉降范圍和速率快速減小。到2011年，全省沿海平原年度地面沉降量大于10 mm的面積為298 k m2，比2005年的3 155 k m2減少了90.5%；沉降量大于30 mm的面積由2005年的656 k m2縮減至2011年的零。全省地面沉降區(qū)平均沉降速率由2005年的15 mm／a下降到2012年的6 mm／a，下降約60%。各年度測(cè)點(diǎn)中最大點(diǎn)沉降量由歷史最高的100多mm下降到2011年的30 mm以下，杭嘉湖和溫黃平原局部地區(qū)甚至出現(xiàn)地面回彈，2011年回彈量2～8 mm（表3）。

表3 浙江省沿海平原地面沉降狀況Table 3 Ground subsidence in the coastal plains of Zhejiang

杭嘉湖平原面積6 490 k m2，是浙江省地面沉降范圍最大的地區(qū)。地面沉降始于1964年前后，歷經(jīng)緩慢、顯著、急劇沉降等幾個(gè)階段，地面沉降波及平原大部分地區(qū)，沉降中心由嘉興城區(qū)轉(zhuǎn)移海鹽縣城武原鎮(zhèn)一帶，另在平湖城關(guān)、袁花、屠甸、烏鎮(zhèn)、崇福等地形成次一級(jí)的地面沉降漏斗。至2005年，地面累計(jì)沉降量大于50 mm的沉降面積約4 200 k m2，占杭嘉湖平原面積的65%，海鹽武原沉降中心最大累計(jì)沉降量為1 094 mm，平湖城關(guān)鎮(zhèn)、海鹽武原－歟城－百步鎮(zhèn)、桐鄉(xiāng)屠甸鎮(zhèn)等地下水集中開(kāi)采城鎮(zhèn)沉降速率較大，局部地區(qū)超過(guò)50 mm／a（圖8a）。

2006年以來(lái)，隨著地下水禁限采措施的推進(jìn)，杭嘉湖地區(qū)地面沉降逐漸減緩，發(fā)展態(tài)勢(shì)得到有效遏制。大于30 mm的等值線區(qū)域于2010年消失，大于10 mm的面積快速縮小，由2005年的2 430 k m2縮減至2011年128 k m2，較2005年減少2 302 k m2，減少94.7%（圖8b、圖9）；2010年后多處地段出現(xiàn)地面回彈現(xiàn)象（圖10），2011年海鹽武原沉降中心最大累計(jì)沉降量為1 192 mm，比2009年的1 212 mm，回升了20 mm。

圖8 杭嘉湖平原地面沉降量等值線圖Fig.8 Contour of settlement for Hangjiahu Plain

圖9 杭嘉湖平原大于30 mm·a－1和大于10 mm·a－1沉降面積變化圖Fig.9 Ground subsidence area change chart between the area more than 30 mm·a－1 and the area more than 10 mm·a－1

圖10 杭嘉湖平原主要沉降區(qū)代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率動(dòng)態(tài)曲線圖Fig.10 Dynamic curve of settlement rate at the representative monitoring points in the main subsidence areas of Hangjiahu Plain

溫黃平原地面沉降形成于20世紀(jì)80年代初期臺(tái)州市的路橋城區(qū)，到2011年溫黃平原累計(jì)沉降量超過(guò)50 mm的面積約638 k m2，占平原區(qū)的56.2%。累計(jì)沉降量最大的地段位于溫嶺市橫峰街道東南，最大累計(jì)沉降量在1 000 mm以上。2011年度沉降大于10 mm的面積為65 k m2，比2005年減少456 k m2，減少87.6%，大于30 mm·a－1沉降的范圍已消失（圖11）。寧波市地面沉降始于20世紀(jì)60年代，截止2011年累計(jì)沉降量大于50 mm的面積約148 k m2，2011年沉降大于10 mm·a－1的面積約77 k m2，比2005年減少79 k m2，減少50.6%，大于30 mm的面積已基本消失。

圖11 溫黃平原地面沉降速率等值線圖Fig.11 Contour of ground settlement rate for Wenhuang Plain

4.3 地面沉降變化與地下水開(kāi)采動(dòng)態(tài)基本同步

4.3.1 沉降漏斗中心累計(jì)沉降量與地下水累計(jì)開(kāi)采增幅同步

杭嘉湖平原自20世紀(jì)60年代發(fā)生地面沉降以來(lái)，地面沉降累計(jì)沉降量一直持續(xù)增大，形成了以城鎮(zhèn)為中心的多個(gè)沉降漏斗。通過(guò)對(duì)嘉興城區(qū)沉降中心累計(jì)沉降量分析，嘉興城區(qū)沉降漏斗中心累計(jì)沉降量和地下水累計(jì)開(kāi)采量之間關(guān)系密切，隨著地下水累計(jì)開(kāi)采量的增加，沉降中心累計(jì)沉降量同步增大（圖12），兩者增幅基本相同，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，相關(guān)系數(shù)為0.99。

4.3.2 沉降速率與地下水開(kāi)采強(qiáng)度和水位變化同步

圖12 嘉興城區(qū)累計(jì)開(kāi)采量與累計(jì)沉降量關(guān)系圖Fig.12 Relation of cumulative exploitation quantity to cumulative settlement for Jiaxing city

杭嘉湖平原監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，地面沉降速率與地下水開(kāi)采強(qiáng)度同步增減，與水位同步變化。隨著地下水的減采，水位恢復(fù)，地面沉降很快顯著減緩，甚至出現(xiàn)回彈，遲后現(xiàn)象不明顯（圖13、圖14）。同時(shí)說(shuō)明地下水開(kāi)采量控制到一定程度后，地面沉降可以得到有效控制，并且可以看出地下水減采初期沉降速率減少程度明顯大于后期，原因主要是含水砂層彈性變形在減采初期得到較快恢復(fù)。

圖13 杭嘉湖平原地面沉降速率與地下水開(kāi)采量關(guān)系圖Fig.13 Relation of subsidence rate to exploitation quantity for Hangjiahu Plain

圖14 杭嘉湖平原地面沉降速率與地下水位關(guān)系圖Fig.14 Relation of subsidence rate to ground water level for Hangjiahu Plain

4.4 地面沉降控制成效顯著

地面沉降給浙江沿海平原區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)、交通、農(nóng)田水利及防洪工程產(chǎn)生直接影響，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)研究［17]，杭嘉湖平原至2004年地面沉降造成的經(jīng)濟(jì)總損失約564.4億元，平均每年約14.1億元，同期杭嘉湖平原平均沉降量約150 mm，相當(dāng)于地面每沉降1 mm造成的經(jīng)濟(jì)損失為3.7億元多。2006年開(kāi)采地下水以來(lái)，如果未采取地面沉降防治措施，按2005年沉降速率發(fā)展估算，2006～2011年累計(jì)沉降量將比現(xiàn)在平均多沉降50余mm，即因采取地面沉降控制措施后減少經(jīng)濟(jì)損失約180億元，每年減少經(jīng)濟(jì)損失約30億元。

4.5 地面沉降由區(qū)域沉降為主逐步向工程性沉降為主轉(zhuǎn)變

隨著地下水控制開(kāi)采，地下水開(kāi)采對(duì)地面沉降影響程度逐步減弱，地面沉降從區(qū)域性面狀沉降向重點(diǎn)建設(shè)區(qū)局部點(diǎn)狀或小范圍沉降發(fā)展，顯示出工程性地面沉降影響在加劇。高層建筑等基坑工程開(kāi)挖及排水、地下空間開(kāi)發(fā)利用等大規(guī)模工程活動(dòng)引發(fā)的地面沉降日益顯現(xiàn)。如寧波市在區(qū)域性地面沉降漏斗范圍內(nèi)，出現(xiàn)了鄞州中心區(qū)、布政－石碶、兒童公園－科技公園、環(huán)城北路中段、莊橋－莊市、梅墟等諸多工程性地面沉降小漏斗（圖15）。杭州市、寧波市杭州灣新城等地也發(fā)現(xiàn)有地面沉降跡象。工程性地面沉降防治逐步成為今后防治工作的重點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）“十一五”以來(lái)，浙江省積極開(kāi)展地面沉降防治工作，大力推進(jìn)地下水禁限采和城鄉(xiāng)一體化供水措施，加強(qiáng)地面沉降基礎(chǔ)研究和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，地面沉降防治取得顯著成效，地面沉降逐步得到控制。

（2）隨著地下水開(kāi)采大幅減少，浙江省沿海平原呈現(xiàn)地下水位全面回升、地面沉降范圍和速率明顯減緩變化態(tài)勢(shì)，區(qū)域性地面沉降進(jìn)入全面控制階段，地質(zhì)環(huán)境狀況向良性發(fā)展方向轉(zhuǎn)變。

圖15 寧波市2011年度地面沉降速率等值線圖Fig.15 Contour map of ground subsidence rate over 2011 in Ningbo

（3）地面沉降和地下水開(kāi)采量、水位變化密切相關(guān)，呈現(xiàn)同步變化特征，地下水控采后，水位回升，地面沉降呈同步快速減緩，甚至出現(xiàn)回彈，遲后現(xiàn)象不明顯。

（4）地下水開(kāi)采引發(fā)的地面沉降得到有效控制，工程性沉降影響日益顯現(xiàn)，地面沉降由區(qū)域性沉降向城市建設(shè)和重點(diǎn)工程建設(shè)區(qū)等局部點(diǎn)狀或小范圍沉降發(fā)展，工程性地面沉降的監(jiān)測(cè)與防治將成為今后地面沉降防治工作的重點(diǎn)。

（5）隨著地下水開(kāi)采量的減少，地下水位明顯回升，地面沉降得到有效控制，說(shuō)明在控制地面沉降前提下，尚可開(kāi)采一定量的地下水，供生活等使用，充分發(fā)揮地下水資源的效益，同時(shí)可作為應(yīng)急供水水源地加以保護(hù)，應(yīng)對(duì)突發(fā)性飲用水安全事件。

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