沧州市地面沉降分析及防治措施研究

韩彦霞

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州061000)

沧州市位于河北省东部平原区，多年来地表水资源匮乏，因深层地下水超采，造成地下水位大幅度下降，同时也引发了严重的地面沉降现象。2001年春，环保总局的有关部门来沧州对沧州地下水位下降漏斗和由此而产生的地面沉降对河北省地矿局第四水文地质工程地质大队进行了专门采访，2001年4月22日世界地球日中央电视台“焦点访谈”节目对此进行了报道，并且引起了美国《纽约时报》驻北京记者站的密切关注。从而可见沧州的地面沉降已经发展到被世人瞩目非常严重的地步。调查了解地面沉降现状、危害、分析地面沉降原因，对地面沉降采取积极有效的技术组织等治理措施，对于改善地质环境，保护人民生命财产的安全，为子孙后代留下一个美好的家园，具有极其重要的现实意义和深远的历史意义。

1 地面沉降现状及原因分析

1.1 地面沉降现状

沧州市是河北省乃至全国地面沉降较严重的地区，地面沉降始于1970年初，至1986年累计沉降量为744 mm，沉降量大于100 mm的面积为9400 km2，占全市总面积的66.9%，大于600 mm的面积为2000 km2，占全市总面积的14.2%。至2001年底累计最大沉降量为2236 mm，1970初至2001年底平均下降速率为69.9 mm/a。

1.2 地面沉降原因分析

地面沉降主要是超量开采承压水而引起的地下水位大幅度下降，导致开采地层失水压密造成的。按照水资源评价导则确定的方法计算，沧州市深层地下水限采量(或称允许开采量)为2.92亿m3，而我市 1981～1985、1986～1990、1991～1995、1996～2000、2001～2005年各时期的年平均开采量均大于限采量 2.92 亿m3，超采系数分别为 0.6、0.8、0.8、1.2和 1.5，说明我市多年来尤其是近些年深层地下水超采严重。

多年来深层地下水超采造成地下水位大幅度的下降，特别是第三含水组深层地下水下降幅度更大。2005年低水位期漏斗中心埋深96.23 mm，较1970年同期水位下降75.23 mm，平均下降速率2.15m/a。

以沧州市第三含水组深层地下水漏斗中心(位置:沧州市区石油二部)埋深与该地累计最大地面沉降量绘制相关图，以对数趋势线定线见下图1，由图1拟合经验公式为:

式中:y为中心埋深(m);x为累计地面最大沉降量(mm);Ln(x)为对x取自然对数;12.35，2.64为分别为经验系数。

图1 中心埋深与累计最大地面沉降量相关图

举例:假定累计最大地面沉降量x=500 mm，代入(1)式则求得相应的中心埋深y=74.11m。

由图1可知，多年来地面沉降越来越严重，累计最大地面沉降量具有随中心地下水埋深增大而增大的趋势规律。从而证明了地下水位下降是造成地面沉降的主要原因。其特点是;当中心埋深大于60m时，累计最大地面沉降量随中心埋深增大的速率明显增大。

2 地面沉降危害

地面沉降是一个渐变过程，发展缓慢但破坏力极大，主要表现有以下几个方面:

2.1 城区内涝积水严重

八十年代至九十年代，由于地面沉降，原来城建部门设计修建的城市排水系统因地面沉降形成倒坡，致使管道淤积或堵塞，造成排水不畅，每年汛期大雨过后，不少居民小区的积水深及腰部，影响了城市交通，给人民生活造成不便。九十年代以来地面沉降加重，2007年7月5日降水量97 mm，市区绝大部分积水，就连地面标高相对较高的西环路部分地段也出现了200 mm左右的积水，由此可见沧州市区的排涝标准已大大降低，如果遇到再较大的降水，整个沧州市就可能汪洋一片，市民的生活将受到很大的威胁。

2.2 对水利工程防洪造成的危害

地面沉降造成河道防洪能力大大降低，洪涝灾害加剧。南运河从沧州市区穿流而过，2003年引黄济津通过80m3/s流量时就险象环生，两岸告急，现只能通过70m3/s，降低42%。如仍按原设计标准行洪，势必造成漫堤决口之害。为保证未来南水北调东线正常输水，只能对市区段南运河大堤加高，将成为地上悬河，形成船在高处走，车在低处行的状况，对市区安全造成严重的威胁。

2.3 地面沉降造成建筑物埙坏，管道变形断裂

京沪铁路从沉降中心穿过，据调查，在沧州市地面沉降中路段的垫石要厚的多，如果地面继续沉降，垫石逐渐加厚，到一定程度垫石的斜坡失去稳定，就可能发生问题。

国家投巨资建设的水准网点，由于地面沉降高程发生了变动，已不能称其为“水准点”，给水利、城市规划和交通建设带来很大困难。黄骅市区范围内水准点1958至1989年相差40 cm，造成了1985年以前的水准点全部停止使用。沧州市区化肥厂建筑初期的14眼自备水源井井房及地上配套管网变形曾更换多次，地下管网出现多次断裂事故，损失惨重。

2.4 地面沉降导致地裂缝发生

近年来，沧州共发现地裂缝20余处，孟村县小戴庄至沧县东卷子地裂缝，宽口达20 cm，深不见底，并伴有小面积塌陷。在任丘市出现的一条地裂缝，最宽处达3m，长约4 km。白洋淀千里堤、滹沱河北大堤曾发现大的横穿裂缝，严重影响防洪安全。地裂缝的频频发生给人们的生命安全带来了危机。

2.5 风暴潮危害进一步加重

1998～2001 年，沿海一带累计沉降量约为 500～600 mm。地面沉降造成抗风暴潮能力的降低，加大风暴潮的危害程度。从1992～2003年发生的3次风暴潮来看，其危害程度逐年加重。如不采取有效措施控制地面沉降，若干年后海岸带地面将低于海平面，如遇风暴潮，海挡将失去效能，所造成的危害会越来越大。

2.6 浅层地下水水位抬升而引起的环境问题

据2000年6月份水位统测资料，发现沧州市区浅层地下水位大幅度抬升，与1992年同期相比水位升高1.5～2.0m之间。由于浅层地下水质差，造成一些输水管线发生受腐破裂，墙水泥围子脱落，砖基础碱化等。由于水位的抬高对柏油公路的使用也产生危害，春季毛细上升，促使地面返浆，再加上运输车辆的载荷碾轧，大大减少使用寿命。水位的抬高对有些建筑物的基坑降水产生了很大的影响，不但使工程造价提高，在降水过程中如果施工不注意容易造成基坑坍塌，影响其他已建建筑物的安全，另外浅层水位的抬高对全市的绿化不利，树木成活率低，据调查蔡御街树木成活率不到1%，交通大街不到50%，即使有些树木已成活，但其根到水位以下，很快就枯死，或者出现干树梢的现象，直接影响市容市貌。另外，如城市建筑物基础面是在地下水位以下的浅基础，就会失去部分承载力，如果建筑物基础负荷不均就会导致不均匀沉降甚至破坏。

3 防治措施

根据沧州市地面沉降特点参考邻近地区的经验，提出如下措施，以供参考。

3.1 组织措施

在沧州市政府的领导下成立控沉办公室或者控沉领导小组。其职能负责全市的控沉领导管理工作，贯彻执行国家以及各级政府有关控沉的方针、政策，拟定全市控沉工作的规程规范及法规。本控沉领导小组之下设两个专业组织，一是沉降监测或者叫沉降预警预报组，由国土资源部门牵头，二是开源节流组(由水利部门牵头)。下设的两个专业组负责制定各自的具体措施(控沉)，并组织各项措施的落实。

3.2 经济措施

利用经济杠杆调节用水价格，促进节约用水。天津市的控沉措施费主要渠道有地下水资源费、城市维护费、地质事业费，平均每年投入2400万元，借鉴天津市的作法，制定沧州市的办法。

3.3 技术措施

3.3.1 逐步建立完善沉降监测系统

过去沧州市地质部门为研究了解地面沉降情况做了一些工作，取得了一定的成果，但研究程度低，不能满足地面沉降及控沉减灾要求，因此需建立一个全面的科学的较为精确的地面沉降监测系统。各含水组特点、开采强度、水位变化均有差异，为了解各含水组的压密量，准确监测预报地面沉降，建议在东部黄骅市城区、中部沧州市区、西部河间市城区分别建分层标一组，每组"4个分标，其深度根据分层标所处位置(地质构造单元)而定。除此之外，在分层标附近分别打3眼水位观测孔和粘性土孔隙水压力观测孔。与此同时要建立一套地面沉降监测高精度水准测量网和GPS监测网。

3.3.2 开辟替代深井水水源地，推广节水技术

南水北调工程(东线、中线)不久将会相继动工兴建，水来之，储存何方，这是应急考虑的问题，沧州市西部肃宁县一带浅层地下水埋深已疏干到30余米，这是一个很大的地下库容，有关部门应着手规划和制定客水调蓄措施，建立地下调蓄水库以减少深井水开采压力。中部地区如青县、沧县、南皮、东光、吴桥等县应根据本县的地貌特点，利用天然的封闭洼地建立防渗标准较高的地表水库来储存客水以代替深井水源地。东部地区有大面积的浅层咸水分布，怎样使咸水资源化，这是这些地区急待考虑和研究的问题，沧州化工厂、中捷分厂咸水水源地为咸水淡化提供了成功的经验，黄骅市部分村镇利用咸水淡化用于生活也有了成功经验，抽出咸水，不但腾出库容，接待淡水入渗，而且会改善生态环境。在开辟替代深井水源地的同时，工业用水要提高水的重复利用率，生活及农业用水应扩广节水措施。

3.3.3 调整开采井布局，控制开采量

城镇工业、生活等用水除沧州市区外几乎全都.来自深层水，而地面沉降较严重的地方均发生在城区，所以城镇开采井的布局应合理，对地面沉降影响较大的第三含水组地下水应严加控制，限制开采。有条件的城镇可用浅层淡水做为水源地。工业用水最好是利用地表水和外来客水，或者进行咸水淡化，以减少深层淡水的开采压力，从而达到控制和减缓地面沉降之目的。

3.3.4 回灌地下水

利用各种途径回灌地下水是缓解地下水位控制地面沉降的一项重要举措。农村土地精耕细作，耙耱保墒，防止水土流失，增加降水入滲补给量。城市建立屋顶集蓄回灌系统，用管道与落水管直接连接收集屋顶雨水，引入渗井回灌地下水。屋顶雨水直接引入人工湖，补充水体，以利于补充地下水。马路、停车场、广场建透水路面，增大降雨入渗。改高草坪为低草坪，增大汛雨滞蓄入渗。实行雨污分流，雨水引入湖塘，增加城市水体，净化水质，美化环境，增大雨洪调蓄能力，增加回灌地下水量。各地充分利用河渠、坑塘等一切水力设施，集蓄雨洪径流，严格控制雨洪径流弃海或出境，实现洪水资源化，回补地下水。引进外来水，增加地表水灌溉面积，回补地下水。目前沧州市正在从上游王快水库向西部献县、肃宁、河间三县市引进地表水，计划引水3亿m3，用于农业灌溉。另外沧州市东临渤海，可通过对海水的淡化回灌地下水。再是沧州市每年入境污水达3亿m3，本地污水1.2亿m3，可通过对污水的处理，实施农业灌溉，补充地下水。深井回灌地下水工艺复杂，费用较高，在考虑经济可行的同时，目前可抽出少量的资金对地下水埋深较大地区，如吴桥、沧县等部分地区(埋深大于60m)搞些小规模的回灌试验研究工作，取得经验后大量引进外来水再大面积推广。

3.3.5 严格控制深层地开下水的开采量

多年来，由于大量超采深层地下水，导致地面沉降给沧州市带来的灾害损失巨大。对此各级领导及水资源管理部门务必要引起高度的重视。为避免更严重的地质灾害发生，要严格控制深层地下水的开采量。沧州市深层地下水资源总补给量为2.92亿m3，我们将此值称为限采量或允许开采量，今后要严格控制，绝不能超采。按目前沧州市用水情况以2007年为例，全市平均降水量431.7 mm，属枯水年份。全年深层地下水开采量为7.23亿m3，其中农业用水量为4.89亿m3，占67.6%。生活和工业用水量为2.34亿m3，占32.4%，可见沧州市深层地下水超采主要是由于农业用水造成的。因此，今后深层水原则上可仅限于生活和工业用水，禁止用于农业灌溉。各县(市)要根据本县的深层水限采量进行用水安排控制。只要各地开采不超过限采量，就不致于造成地下水位下降。

3.3.6 关停部分深层水自备井，停止对深层地下水的开采

在有条件的情况下，可关停深层水自备井，停止对深层地下水的开采，终止深层地下水位下降和地面沉降。还深层地下水的后备水源的地位，休养生息，涵养水源，从根本上修复和改善生态环境，以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展。沧州市区为深层地下水漏斗区，每年引入外来水(黄河水或岳城水库水等)入大浪淀水库 ，具备了利用地表水的条件。2005年6月至2007年底全市282眼自备井已全部关停，每年减少开采量2000万m3，地下水位明显回升。2005年至2007年沧州市区第三含水组地下水位回升4.24m，第四、第五含水组分别回升9.88m和26.13m。大大改善了市区的地下水环境。各县(市)凡埋深较大的地区，深机井还在运行的，为避免严重的地质灾害发生，都要积极的创造条件有计划的关停。

3.3.7 搞好流域调水工程，努力增加可利用的水资源量

疏通渠道，搞好引江引黄，努力增加可利用的水资源量。外流域引水是缓解沧州市严重缺水，减少因超采地下水引起的环境地质问题的战略措施，我们要全面搞好南水北调工程的建设和管理工作，搞好外来水的合理调度，优化配置和高效利用工作，从根本上解决沧州市地下水严重超采的问题。

3.3.8 政府宏观调控，实行量水发展

各级各部门对本地水资源必须有清醒的认识，在算请本地水帐及水资源利用量的基础上，制定经济和社会发展战略。优化用水结构，实行量水发展。首先考虑用地表水，其次是浅层地下淡水，同时要积极推进海水及浅层地下咸水的利用经验。各地要因地制宜，建立一套完整的地表水、地下水联合调度与区域水资源相适应的水利工程体系，实现水资源优化配置，协调好生活、生产和生态用水。严格控制深层地下水的利用量，根据以上分析，当深层地下水埋深超过60m时，为避免严重的地面沉降发生，要严格控制开采。对严重的地下水超采区和地面沉降区，要严格限制打井，对深层地下水超采区，要限采禁采，直到封井，保护好深层战略后备水源。各行各业都要实行定额用水，用法律手段控制对深层地下水的开采，超出部分严厉惩罚，加倍收费，做到最大限度的节约用水。

4 结语

地面沉降是沧州市的的主要地质灾害，地面沉降初时不易为人们察觉，可是一旦成灾，则往往形成受灾面积大、损失严重且难以治理的灾害，尤其人为因素引起的沉降与构造沉降叠加后，危害极为严重。我们已迈进二十一世纪，对“国际减灾十年”应积极地参与并为此作出贡献，保护环境人人有责，不但要为这代人负责，而且要为后代负责，为子孙后代留下一个美好的家园。

[1]韩占成等，沧州市地下水环境地质问题及防治措施[J].地下水.2006，(3).

[2]哈建强等，沧州市地下水超采与生态环境演变及防治措施[J].南水北调与水利科技.2008年第6期.

[3]郭祖请等，河北省沧州市环境地质问题调查总结报告[R].河北省地矿局第四水文地质工程地质大队环境地质监测站.1998.12.

[4]张志悦.2007年沧州市深层地下水动态分析报告[R].河北省沧州水文水资源勘测局.2008.4.