张掖市地下水位上升成因分析与对策研究*

廖　强　刘得俊　邓　勇

(1.北京中水新华国际工程咨询有限公司， 北京　100070；2.青海省水利水电科学研究所， 青海 西宁　810001；3.江苏省扬州市水利局， 江苏 扬州　225002)



张掖市地下水位上升成因分析与对策研究*

廖强1刘得俊2邓勇3

(1.北京中水新华国际工程咨询有限公司， 北京100070；2.青海省水利水电科学研究所， 青海 西宁810001；3.江苏省扬州市水利局， 江苏 扬州225002)

【摘要】本文选取张掖市为典型内陆河流域城市进行研究。分析结果表明：张掖市地下水位上升受自然因素和人类活动的影响。一方面，受气候变暖以及祁连山水源涵养林的影响，黑河径流量和降雨量均有显著增加，导致对地下水的入渗补给量相应增加。另一方面，由于张掖市城市建设的快速发展影响了原有的地下水循环条件，导致地下水径流畅通性降低。张掖市为应对地下水位上升采取了积极有效的措施，取得了较为明显的效果，可为类似的内陆河流域城市开展地下水水位上升治理提供借鉴。

【关键词】内陆河流域； 地下水位上升； 张掖市

近年来，我国内陆河流域城市陆续出现了地下水位上升致灾情况，造成了较为严重的损失。经对地下水位动态监测资料进行分析，2008—2010年间格尔木冲洪积扇上部、中部及扇缘典型观测孔地下水位累计上升幅度分别达11.8m、8.07m和3.70m[1]；2006—2012年，德令哈市尕海地区地下水位年均上升接近0.5m，而在2004年以前地下水位年均上升仅0.01～0.05m[2]。张掖市甘州城区地下水位自2003年3月开始逐步上升，至2012年累计上升达8m，且2012年入秋以后，张掖北郊地下水位明显上升，张掖湿地国家公园六号坝下游新河、漂流河下游庚名渠系来水量大增，原本处于洼地内的三闸、乌江相关村社成片泉水出露，新河、庚名渠系周边受淹农田达2000余亩[3]。

上述内陆河流域城市地下水位的大幅度上升，致使城区居民楼及办公楼地下室进水，房屋出现裂缝、结构变形，甚至倒塌，耕地被淹没，道路无法通行，不仅严重影响了当地居民的生产生活，也造成了严重的经济损失。因此，探究内陆河流域地下水位上升的原因，对制定合理的灾害治理方案和市政规划建设，减轻灾害造成的损失，具有重要的现实意义。

本文选取张掖市为典型内陆河流域城市进行研究，分析地下水位上升致灾的成因，总结并借鉴其成功的经验，以期为其他类似城市提供参考。

1张掖市水文地质条件

张掖市位于甘肃省河西走廊中段的黑河干流中游地区。城区位于张掖盆地的中北部，盆地东南面是连绵陡峭的祁连山，东北面是龙首山及合黎山，地势东南高西北低，海拔在1400～2500m之间，属典型的山间盆地地貌。黑河、酥油口河、洪水河等发源于祁连山的河流在张掖盆地南部形成山前冲洪积扇，张掖市城区即位于祁连山冲洪积扇的北缘。张掖市地形条件如图1所示。

张掖盆地南部的祁连山脉是石羊河、大通河、黑河等内陆河的发源地，并且是河西走廊地下水系的主要水源[4]。地下水含水层接受降水及冰雪融水的入渗补给后，以祁连山脊线分水岭为界向东北面山麓运动。山前洪积扇顶部的含水层由粗颗粒的砂砾卵石组成，具有较大的水位埋深，一般超过200m。由于祁连山区河流强烈的下切作用，地下水水头高于河床时，绝大部分地下水在河谷中出露并排入河道，以地表径流的形式流入下游冲洪积扇中[5]。黑河等出山河流流经洪积扇地带进入张掖盆地后，水位埋深约为50～150m，含水层中含泥质较多。在山前洪积扇北缘及细土平原南部地带，地下水位埋深不足50m，由于流水挟沙能力的减弱，该地带含水层颗粒更细，并且由单一的潜水层逐渐发展为多层的潜水—承压水含水综合体。张掖盆地延伸至黑河—山丹河沿岸地带时，地下水位埋深已不足3m。在地势较低的沟壑和洼地内开始出现连片的出露泉水，成为张掖盆地地下水的天然排泄方式之一[6]。张掖盆地的水位地质剖面图如图2所示。

2地下水位上升致灾成因分析

张掖市的城区建设在张掖盆地的中部，处于细土平原和山前冲击砾石平原的地下水溢出带的交界面，因此张掖市在多年历史上常常形成泉水出露，汇流成河后注入黑河及山丹河。最近几年来，由于城市化的进程加快，城市排水设施建设相对滞后，再加上黑河上游地表水对地下水入渗补给增加，导致城区地下水位不降反升，引发灾害。具体原因分析如下。

2.1自然因素

受气候变暖以及祁连山水源涵养林的影响，黑河流域径流量与和降雨量均有显著增加[7]，导致对地下水的入渗补给量相应增加。具体原因包括以下方面：

a.黑河天然径流量及河道侧渗补给增加。祁连山脉冰川受气候变化的影响，冰雪融水增加，导致黑河地表径流量连续偏丰，对河道两侧盆地地下水的入渗补给也显著增加。根据对黑河实测水文资料的分析，莺落峡水文站的径流量自2005年开始长年稳定在18亿～21亿m3，比多年平均15.8亿m3偏丰20%～30%。尤其是2010年径流量大幅度增加，超过了21亿m3。

除此之外，黑河水量调度方案从2000年开始实施后，集中调水期间河道内水量显著增加。在每年9月和10月的主要调度时段，张掖城区上游河道径流量增大愈加明显， 进一步加大了对城区地下水的侧向入渗补给，导致地下水位上升。

b.浅山区降水量及山前冲洪积扇入渗补给量增加。受祁连山区水源涵养林的影响，林木蒸腾作用致使林区近地空气中的水汽含量增加，森林林冠的起伏促使气流升高和涡动，使水汽易于集聚，形成利于降雨的局部气象条件。据张掖市气象资料，近年来祁连山浅山区降水量显著增大，尤其自2005年以来较多年平均值偏多20%～30%。

另外，水源涵养林的根系生长可改善土壤结构。落叶层及枯枝形成的腐殖质具有容重较低、孔隙率较高、入渗率高的特性，明显增强的入渗能力可将降雨及冰雪融水暂时涵养，再通过下渗和侧渗等方式补给山前冲洪积扇的地下水含水层。水源涵养林的存在影响了黑河上游地区地下水补给机制，也是张掖市城区地下水位上升的原因之一。

2.2人类活动因素

由于张掖市城市建设的快速发展，影响了原有的地下水循环条件，导致地下水径流畅通性减弱，是张掖市城区地下水位上升的重要原因。具体包括以下方面：

a.城市化建设阻塞排水通道，滞缓了地下水径流。张掖市的北部城郊由于地处地下水溢出带，形成了大面积的芦苇池、成片的天然泉眼组成的湿地，成为张掖盆地地下水的主要溢出通道，与城区内原有的排水沟渠共同构成了通畅的地下水排泄系统，维持着地表水—地下水的排补平衡。改革开放初张掖市城市化快速发展时期，恰好是黑河来水偏枯年份，城市地下水位也连年下降，因此地下水的排泄问题在快速的城市建设中被忽视了。原有的地表水排水沟渠被开挖、改道、回填、夯实，通畅的地下水排泄系统被破坏，加上张掖市甘州区城郊北部道路的建设，路基切断了地下水径流通道，进一步壅高了张掖城区的地下水位。

b.城市地面硬化削弱了地表水蒸发。张掖市经过多年的城市化建设，硬化面积不断扩大，天然地表被大量的铺装区、建筑物或路面取代，使包气带原有的三层结构变为四层结构，由下至上依次为毛细水带、中间带、土壤水带和硬化层。硬化层使地下水与外层大气在垂直方向上的排泄途径被阻塞，原有的地下水蒸发排泄方式被削弱，在一定程度上促进了张掖市城区地下水位的上升。

c.城区地下建筑物防水措施不完善。张掖市城区内因地下水位上升受灾较为严重的地区，大多是历史上地下水位较低、但近年来快速上升的区域。由于早期的建筑物一般没有做防渗措施，尤其是城北郊区平房区的居民由于经济能力有限，施工过程中基本没有考虑防水防渗能力，地下水位上升造成的地质灾害对这些居民的影响尤为严重。

综上所述，在城市建设快速发展的过程中，由于对地下水位与城市建设的关系、全球气候变化对地下水位变化的影响等深层次问题认识不足，挤占排水沟道，阻塞了地下水径流途径，城区地面硬化阻断了蒸发途径，以及城区地下室多数未考虑防水措施，是城区地下水位上升引起灾害的主要原因。

3治理对策与措施

针对地下水水位抬升的实际情况，近几年张掖市结合城市管理相关要求采取了积极有效的应对措施，取得较为明显的降水效果。

一方面，通过清理疏通城区排水管网，开挖清理衬砌城区排水明渠，开辟新的排水专用渠系，完善城区排水管网，建立起了比较完善的城市排水系统。首先，陆续在城区沿着地下水溢出带埋设排水花管，起滤水挡沙作用，并将排水花管与邻近的排水渠道相连通，促进地下水排泄。其次，对城区部分排水管网进行扩容改造，新开挖专用排水渠系，最大限度地发挥排泄作用，并将排水渠道与湿地公园连通，最终将截排的地下水排入黑河。再次，在城北居民社区埋设地下水排水管道，对受灾较严重的平房区进行疏导引流。

另一方面，结合城市绿化工程，清除湿地芦苇池沉积多年的淤积物，降低芦苇池的水面，并将排水明渠截排的地下水与规划中的流泉公园、苇溪公园和甘州区湿地保护及绿化工程连通，将地下水排入湿地公园，既解决了城市排水问题，又改善了湿地生态环境，实现了变害为利的治理效果。

张掖市城区地下水位经过治理后下降显著。根据《张掖市城区及外围地下水位动态监测报告》，2008年城区平均地下水位比2007年降低了约0.3m，2009年进一步降低了0.4m，2010年显著性地降低了1.6m。张掖市治理地下水位上升取得了较为明显的成效。

4经验启示

从张掖市治理地下水水位上升的实践可知：地下水水位上升治理应从水资源完整系统的角度出发，以地下水运动理论为基础，通过疏通、排水等工程措施，增强输水能力，降低地下水位。

a.类似于张掖市的内陆河流域城市发生地下水位上升问题，既受自然环境原因，也受人类活动影响，治理难度较大，潜在因素错综复杂。在治理过程中应将疏通排水工程措施与城市建设布局、水资源优化配置、河湖生态环境保护等方面统筹考虑，通过长远规划、科学布置，建立起通畅的地下水排水体系和健康的河湖湿地体系，尽可能避免在低洼地段和地下水溢出带进行开发建设，因地制宜地保留城市湿地作为地下水排泄通道。

b.沟通排水管网与排水渠道，保障地下水排泄通道的畅通。可结合城市河渠走向或河湖空间布局，引用排泄的地下水作为景观生态用水，实现变害为利。

c.内陆河流域生态环境较为脆弱，在治理地下水位上升问题的同时，应将地下水位控制在合理范围，避免因地下水位的大幅度降低引发新的生态恶化现象。

5结语

张掖市为应对地下水位上升采取了积极有效的措施，取得了较为明显的效果，可供类似的内陆河流域城市开展地下水水位上升治理参考借鉴。

参考文献

[1]汪生斌.格尔木市地下水位上升的初步原因及防治对策[J].西部探矿工程,2012(8):24-26.

[2]赵振,陈慧娟.青海省德令哈市尕海地区地下水位上升治理勘查方案研究[J].勘察科学技术,2014(1):45- 48.

[3]赵建忠.张掖市城区及外围地下水位上升调查报告[R].兰州:甘肃省地勘局水文地质工程地质勘察院,2012.

[4]荆继红,孙继朝,韩双平,等.西北地区地下水资源分布及开发利用状况[J].南水北调与水利科技,2007(5):52-56.

[5]郜银梁.黑河流域中游水量转换关系研究[D].郑州:郑州大学,2011.

[6]刘宗平,王鹏,钱鞠,等.黑河中游盆地甘州区地下水位上升驱动因素及对策研究[J].水文,2008(5):30-34.

[7]王璞玉,李忠勤,高闻宇,等.气候变化背景下近50年来黑河流域冰川资源变化特征分析[J].资源科学,2011(3):62- 66.

Analysis on the cause of ground water level increase in Zhangye and research on countermeasures

LIAO Qiang1, LIU Dejun2, DENG Yong3

(1.BeijingZhongshuiXinhuaInternationalEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Beijing100070,China; 2.QinghaiWaterConservancyandHydropowerScience&ResearchInstitute,Xining810001,China; 3.JiangsuYangzhouWaterConservancyBureau,Yangzhou225002,China)

Abstract：Zhangye is selected as continental river basin city for study in the paper. Analysis results show that ground water level increase in Zhangye is influenced by natural factors and human activities. Firstly, runoff volume and rainfall of the Heihe River are significantly increased due to the influence of climate warming and Qilian Mountain water source conservation forest, thereby leading to corresponding increase of ground water infiltration supplementary amount. Secondly, original loop condition of groundwater is affected due to rapid development of city construction in Zhangye, thereby decreasing ground water runoff smoothness. Active and effective measures are adopted for dealing with ground water level increase in Zhangye. More prominent effect is achieved, which can provide reference for controlling ground water level increase in similar cities in continental river basin.

Key words：continental river basin; ground water level increase; Zhangye

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.02.003

*基金项目：水利部公益性行业科研专项(201301009)

中图分类号：TV211

文献标志码：B

文章编号：1005- 4774(2016)02- 0007- 04