地面沉降区颍河阜阳闸水位改正分析

陈晓成

地面沉降区颍河阜阳闸水位改正分析

陈晓成

一、概述

受区域水文特征、经济社会发展、城市化建设、人口增长、水污染等多因素影响，阜阳地表水资源严重短缺，地下水开发利用成为弥补水资源短缺的重要手段。1980年以来，阜阳市城区因过量开采地下水导致形成地下水沉降漏斗，城区乃至周边出现地面沉降，范围波及数百平方公里，1985～1995年为沉降高峰期，地面平均年沉降81.5mm，至2009年10月漏斗中心地面累计沉降量达1.534m。

颍河阜阳闸靠近地面沉降中心，受物力财力和技术等条件限制，无法确定水准点逐年沉降量，多年来采用冻结校核水准点高程计算水位，致使水位资料逐年假性偏高，与真实水位差值逐年加大，这不仅影响了洪水调度决策，也给使用水文资料进行工程规划设计带来浪费或不安全因素，很大程度上降低了水文资料的社会价值，因此系统订正地面沉降区阜阳闸水位非常必要。

二、地面沉降区概况

阜阳市位于安徽省西北部，黄淮海平原南端，城区面积38.6平方公里，城区人口78.6万人。属暖温带半湿润季风气候区，多年平均降雨量949.7mm，年水资源总量35.58m3，其中地表水和地下水资源量相当，人均占有量411m3，为安徽省人均占有量的1/3。

阜阳闸水文站属国家重要水文站，一类精度站，颍河中下游控制站。多年平均地表径流量45.41亿m3，但径流量的时空分布不均衡，7～9月径流量占全年的75%，且为平原河道，无水库蓄水调节。汛期大水期间上游来水泥沙和污染较大，不能用于工业和居民饮用水；汛后河道来水较少，污染加重。阜阳城区的生产、生活用水基本依赖地下水供给。

近年来，该市地下水需求越来越大。自1970年开始，阜阳城区34km2范围对中深层、深层地下水进行集中、超强度地开采，1999年达到高峰，城区400m左右的深井达281眼。深井数量众多，无序超采严重，造成水文地质灾害明显。据地质部门勘察，阜阳城区中深层地下水的允许开采量为6.8万m3/r，而实际开采量约14万m3/r，是允许开采量的2倍多。超量开采造成1200km2地下水位降落漏斗，漏斗中心动水位埋深已达89m，静水位埋深64m。地下水位下降引起地面沉降，沉降范围达450km2，到2009年市区最大沉降量已达1534mm。

三、地面沉降对水位的影响

阜阳闸站位于城区沉降漏斗附近，观测计算水位依据的校核水准点、基本水准点和引据水准点均在沉降区内，由于各水准点距沉降漏斗中心距离不同，其沉降量不同步，出现过水准点下沉、上拔等现象，观测的水位非真实水位，是相对水位。20世纪70年代初期，人们对地面沉降现象缺乏认识，当出现引据点与基本点、基本点与校核点测量误差超限时，认为引据点或基本点发生了改变，其间，阜阳站曾更换过3个引据水准点，但问题依然存在。1970～1994年间校核水准点高程做过多次相对改正，1995年起，阜阳站高程基准冻结在校核水准点，直至现在。

阜阳闸水文站水准点逐年下沉，观测计算的水位比真实水位逐年偏高，造成上下游水位逐年偏离真实高程，水位资料不能满足一致性要求，降低了水文资料使用价值。

四、水位改正

（一）阜阳站水准点设立和变动情况

水位计算的依据是水尺零点高程，水尺零点高程是由校核水准点高程推求，校核水准点高程从基本水准点推求，基本水准点高程从引据水准点推求。要推求水位的真高，就必须知道水准点的真高。阜阳站引据水准点有720（地上暗标）、新B.M东和船左下B.M，720（地上暗标）位于水文站东北约4km，1964年启用，1980年停用，1990年被毁；新B.M东位于该站东南约60m，1981年启用，1984年停用；船左下B.M位于船闸东侧公路桥北下，1986年启用，2009年修船闸被毁。基本水准点淮水文2057，1965年启用直到现在，保存完好。校核水准点有闸上校核点T.B.M4和闸下校核点T.B.M3，淮水文2057在该站观测场西南30m，每年都有和站上下校核点的测量成果，把淮水文2057水准点的历年沉降变化真实情况整理清楚，历年的水位订正问题就能解决。

（二）基本水准点历年沉降情况

经走访各有关单位，获取淮水文2057水准点从1965～2009年间22次精密水准测量成果，该成果均从非沉降区外采用Ⅰ等或Ⅱ等水准标准测量，经分析考证认为可靠，为淮水文2057的真高系列，淮水文2057历年沉降变化情况见图1。阜阳站淮水文2057水文考证系列由沉降区内的引据点测量而作，相对沉降的改正系列见图1。

从图1看，1980年为沉降拐点，1980～1995年为地面快速沉降期，1996年后沉降速度逐渐变缓。上线为水文站考证高程系列，下线为真高系列，1975年以后淮水文2057考证高程与实际高程的差值逐年扩大，整体呈现先缓后急再缓的过程，到2009年二者相差1.2338m。由于地面沉降是一个连续渐变的过程，淮水文2057无实际高程的年份可采用过程线插补得到，这样就得到淮水文2057历年的实际高程系列。

（三）上（下）游水位改正

1.根据调查的实际高程系列，采用过程线法，插补出与校核水准点测量时间相同的淮水文2057实际高程，建立淮水文2057的考证高程与实际高程系列。

2.根据淮水文2057与校核水准点之间每年的实测高差，推求校核水准点的实际高程系列，刊印的相对水位与真高水位差值即为高程改正值。

因闸上（下）水尺与闸上（下）校核水准点同在垂直于水流方向的断面上，距离较近，可认为水尺零点高程与校核水准点高程同步变化，故校核水准点考证高程与实际高程的差值即为对应水尺断面的水位改正值（具体数值略）。水文年鉴刊印的历年阜阳站上（下）游水位减去对应的改正数值即为真高。改正值的年节点为校核水准点测量时间，节点间按时间内插月、日改正值。

五、合理性检查分析

以阜阳闸闸上游水位与该站颍河上游71km处界首站、泉河上游70km的杨桥闸闸下水位进行合理性分析对比，各站冻结基面均换算为黄海基面比较。选近期水文年鉴刊印的2009年资料做对比分析，颍河阜阳闸与界首站间的耿楼闸枢纽于2009年5月下旬正式运行，选用1月1日～5月21日不受耿楼闸调控的水位做对比分析（见图2）。图2可看出阜阳闸水位没有订正前均比上游的界首、杨桥闸下水位偏高1m左右，这与水往下游流的理论明显不符。用计算出的订正数值进行订正后点绘各站水位过程线图（见图3），阜阳闸上水位线在上游界首和杨桥闸下水位线的下面，这样符合自然的水流规律，说明改正后水位比较合理。

六、存在的问题及建议

（一）地面沉降现象普遍，亟需专项解决

目前，淮北地区深层地下水逐步成为当地城市、集镇的主要饮用水源，且部分工业用水大户亦将其作为应急水源或主水源。由于深层地下水的补给存在特殊性，而当地地表水污染难以短期内得到明显改观，地面沉降现象将普遍显现，正式公布的地面沉降区已有阜阳、亳州、界首，由于部分水文站距城镇较近（有的在市区），可能出现类似阜阳闸站水位假性偏高的问题，必须提早谋划，防患于未然。

（二）加强地面沉降区水准点的保护和设置

地面沉降区阜阳站引据点、基本点和校核水准点曾更换多个，因城建施工附近的引据点均已被破坏，3个基本点毁坏2个，校核水准点更换3个，只有淮水文2057保存完好，这给后期的水位分析改正带来一定困难。建议地面沉降区内设置永久性水准基点（设置在基岩上），易于引测，精度也高，方便使用，不存在后期的水位订正。对设置永久性水准基点有困难的沉降区，应保护好历史上使用过的各等级水准点，利于今后水位的分析与订正

安徽省阜阳水文水资源局 236000）