雄安新区建设过程中环境问题分析及规避措施——基于地质环境系统的考虑

沈纯怡 凌冰 卢恺力 许健 陈亮 吴丹

(核工业湖州勘测规划设计研究院股份有限公司中心实验室 浙江湖州 313000)

地质环境系统是指对某一特定人类技术—经济活动做出响应的地质环境的有机整体，它的变化的影响具有时间和空间上的超距性，并有社会共享性，系统的边界与参数具有模糊性与不确定性，演化具有不可逆性和难控性，从而决策具有风险性，是软硬结合的系统[1]。雄安新区的设立不仅可转移北京的非首都功能，缓解首都地区的资源环境压力，同时能够推进京津冀整个区域的协同发展，功能互补，新区发挥巨大的虹吸功能，吸附大量的资源、企业、人口，以期拉动北方经济，最终实现改善、平衡南北经济差异。整个建设规划包括有以资源环境承载能力为刚性约束条件的国土空间格局构建，坚持生态优先，严格控制建设用地规模，科学划定生态保护红线、永久基本农田和城镇开发边界三条控制线[2]。

显然，雄安新区的发展定位和建设目标意味着超大规模的基础建设，大量人类活动的爆发式增长，并将长期保持一个高水平的活动强度，这将不可避免地对整个区域的生态环境带来巨大的影响。由于地质环境系统是一种类似于人工-自然复合系统，各组成要素之间具有错综复杂的相互作用和依存的关系。因此，梳理已有地质成果资料，从地质环境系统分析的角度对雄安新区建设过程中可能遇到的环境问题作前瞻性分析，对该系统的演变规律获得必要的认知。在此基础上，本文还针对性地提出了注意要点和规避措施，以期构建优化。

1 雄安新区自然地理和地质环境现状概况

雄安新区地处于太行山以东、冀中平原的中部，属太行山麓平原向冲积平原的过渡带。同时，雄安所处区域又是在南拒马河的下游，位于大清河水系冲积扇上。新区内的白洋淀是华北平原最大的淡水湖泊，也是大清河水系的前缘洼地。全域地势呈西北较高而东南略低，海拔标高7～19 m，自然纵坡约0.1%，被定为缓倾平原，具有深厚土层，且地形开阔，其境内有数条古河道，植被的覆盖率相对较低[3]。雄安新区分布有4个地面沉降影响区，但大部分地方无明显的沉降，较为稳定。近年来，降雨量的持续减少和地下水超采，造成地下水位的大幅度下降。因此，雄安地区的地裂缝形式主要是以渗透潜蚀型地裂缝为主，其重要原因就是人类活动和外营力地质作用。

雄安新区地下水补给源比较充足，区内浅部地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水。含水层厚度大，和地表水的联系具有千丝万缕的联系，例如：湖水可以通过湖底大量渗漏、湖边大面积侧渗等方式补充和涵养该区地下水源[4]。雄安新区内的天然气和原油储量丰富，并且具有较广的地热田，据统计面积约为670 km2，因此也具有丰富的地热水储量。此外，还探明矿泉水资源的总储量近4亿 m3，其碘、锂、锶、偏硅酸和矿化度均达到国家矿泉水饮用标准，另有矿产资源主要有粘土和建筑用沙[5]。

经过多年的发展，随着新区大规模建设与人员活动的增加，雄安新区的自然生态环境发生了较大的变化，呈现了比较明显的变化趋势。

1.1 土地资源

雄安新区的土地资源一般按林草资源和耕地资源划分。其中，林地资源的总量有所增加，耕地资源有一定程度的减少。其土壤环境质量总体优良，新区永久基本农田划定、建设用地规划调整都已通过土壤调查得到了较为明晰的制定依据。根据土调显示，雄安起步区土壤环境质量总体清洁无污染风险，其中一等无污染风险区域面积超过99%。调查新发现富硒耕地主要分布在容城县南近600 hm2。

1.2 水资源

水资源分为地表水和地下水，并且绝大部分（超过90%）是地下水[3]。雄安新区的白洋淀湿地是其地表水资源的主要集中场所，目前来看，水位变化特征变化不大。但是通过引入黄济淀的水源，水位均呈现逐渐上升的趋势。浅层水位主要受降雨和农业灌溉的影响，而深层水位主要受人工开采的影响。地下水监测显示，深层地下水下降比例仍然较高，但是值得肯定的是浅层水位目前较为稳定，且有上升的趋势。近年来，受降水量增加、南水北调补水和改变种植结构等因素，多个地区浅层地下水水位明显上升。此外，目前已经在容城西北部圈定了后备水源地靶区，来实现供水的应急保障作用。

1.3 湿地资源

白洋淀湿地作为华北最大的淡水湖，也是平原上最大的天然水库，是维护整个区域生态平衡的不可替代的角色。为此，我国在《河北雄安新区总体规划》的基础上，专门制定了《白洋淀生态环境治理和保护规划（2018—2035年）》，可见其地位和重视程度。白洋淀湿地的水域面积较为广阔，曾经的白洋淀水质以V 类或劣V 为主，雄安新区成立以来，白洋淀水质持续改善，湖心区水质已提升到Ⅳ类，但是目前仍有如COD等水质检测项目超标。

1.4 地热资源

最新钻探结果显示地热资源开发利用潜力巨大，整个区域的水位埋深理想和水温都接近或者超过100 ℃，储量、温度非常理想，易回灌，适宜规模化开发利用，可为打造绿色生态宜居新城区提供稳定安全的清洁能源供给。碳酸盐岩热储水位呈逐年下降趋势，漏斗中心部位地下水承压水头下降速率较高；出水温度稳定，至今未监测到下降。

2 建设过程可能的问题

2.1 地质缺陷

雄安新区被发现的地裂缝有约80处，且有部分区域发育广泛，在容城县城附近较为集中。主要有两个沉降中心，新区地面沉降主要发育南北两个区域，北部分布在雄县大营镇至北沙口一带，与霸州—固安的沉降区连成一片；南部则分布于安新县芦庄乡至老河头镇、龙化乡与刘李庄镇一带，并与高阳沉降区连成一片。雄安新区及其邻区在断裂和地震方面现今活动均较为微弱，虽然有一些断裂带，但是整体地质构造较为稳定，同时砂土液化程度不高，主要的隐伏基岩断裂在当前地应力下均不存在滑动失稳风险，但地应力动态变化仍需实时监测，主要隐伏基岩断裂未来的活动趋势和滑动失稳风险还需实时关注。随着建设活动的开展，地下水超负荷开采，造成地下水位明显降低，并且由于近年来该区域降雨量连续减少的原因，原先的土体结构和应力状态被改变，产生了人类活动影响或外营力地质作用为主形成的地裂缝。此外，雄安新区地势低洼，经常发生洪涝灾害，严重破坏雄安新区的生态环境，并且会造成严重的经济损失和一系列社会问题。

地热资源是一种绿色的清洁能源，如前文所述，雄安新区的地热资源丰富，因此规模化的开发利用具有很好的经济社会效益，能给新区的人民带来极大的收益。但是在现有经济和技术条件下，水热型采灌作为一种热效率最高的直接利用方式之一被广泛应用。该技术中的关键步骤是回灌，这个步骤采取的是一种保持热储压力的同时，能够有效避免地热废水直接排放引起污染的主要方式，但同时应关注到回灌技术也会引起相关如地震等地质灾害的主要因素之一[6]。

2.2 资源不足

主要是水资源的不足，据统计，由于气候变化和长期过度开采，华北雄安新区地下水位持续下降，导致不同含水层中地下水的混合增强，区域地下水化学特征发生显著变化，特别是白洋淀水位多年来大幅度下降，长久以来，周边区域都基本处于缺水状态。雄安新区浅层地下水（＜150 m）具有高盐度（TDS＞1 000 mg/L）和高锰、高铁浓度的特点，而深层地下水水质较好，盐度较低。由数据显示，即使是在丰水年份，白洋淀地表水资源很难满足该地区社会经济发展对水资源的巨大需求。白洋淀正面临着水短缺与湿地退化的双重压力，区域水安全与生态安全不容乐观，在“以水定城”的可持续性社会发展布局下，水短缺和湿地退化将成为未来雄安新区建设所面临的两大挑战[7]。近年来，由于建设的需要，地下水的过度开采和使用不仅仅会导致生态、地质环境平衡遭到破坏，造成供需矛盾，更会拖慢建设进度和人民生活的幸福和获得感。目前，关于雄安新区未来用水强度指标与需水量预测系统性的研究报道较少[8]，针对新区未来发展情景存在不确定性这一特征，在概化雄安新区不同发展情景的基础上，参考借鉴国内外新区与发达城市的用水效率值，预测雄安新区在不同发展情景下的生活、生产、生态用水强度指标，进而系统地计算预测雄安新区在不同发展情景下的蓄水量。

2.3 环境污染

环境污染包括水污染、土壤污染和空气污染，这些都是大规模基础设施建设和高强度的人类活动必然带来的次生问题，既可能是人为的如工业污染、农业生产和生活性的内源污染，也有可能是意外性的，但是如何控制，靠前预防和控制要比后期治理代价小得多，危害程度也轻的多。该地区还有长达百年历史的金属冶炼区，已经形成了产业化的趋势，研究表明：该区域土壤中铬、锌、镉、铅元素超标主要受冶炼活动影响，部分重金属危害比例超过60%，给人民群众特别是儿童带来较高的健康风险[9]。事实上，该土壤重金属污染问题仅仅是人类活动导致环境问题的一小部分，这既是环境问题，也是社会发展问题。以水污染为例，白洋淀地区的地表水、地表土层、地下水存在状态互相依存。白洋淀流域浅层地下水含水层岩性疏松、渗透性能极强，因而在一处遭受严重污染的同时，另外的多个层次的水也会同时遭受污染，虽然受污染的度不一[4]。曾经白洋淀周边各县区工厂企业的废水、污水都排入河流，最终进入白洋淀，造成淀水不同程度的污染，这种影响不是3～5年可以完全消除的。污染物有可能污染地表水后流入地下水使生物多样性降低，部分种群出现灭绝，严重的生态环境破坏[10]。经过多年的治理，白洋淀的水质仍有主要组分超标。

3 对策建议

3.1 水环境的持续管理

因雄安新区在整个华北平原地区处于地势较低的地带，海拔较低，需要根据实际情况，建立完善的、高标准的防洪体系，不断完善防洪设计，避免雄安新区的良好环境受洪涝灾害而造成严重经济损失。针对水资源，应建立输水工程，应实现补水的常态化与永久化，避免出现白洋淀水荒的问题，进而保证雄安新区的生态安全。针对水污染，尤其是前文所述白洋淀湿地的水污染目前仍达不到规定的水质要求，应采用综合治理方式，解决水污染问题，恢复生态系统功能。建议深入查明白洋淀区浅部地质结构和渗透性，建立白洋淀区50 m以浅地质结构模型，研究地表水—地下水相互作用机制和规律，为白洋淀生态修复提供了基础地质资料，并持续性地实现生态修复。此外，还应当加强整治海河生态系统，并进一步加强整治平原河道。

3.2 地质缺陷的防范

据监测，唐山等强震区发生震级上限地震时产生的地震烈度传来时将会成为Ⅳ～Ⅶ度，雄安新区及相关重大工程抗震设防烈度调整至Ⅷ度。同时，还应该建立广泛的监测体系来关注基岩断裂未来活动和失稳风险，例如：地应力的动态变化，进一步关注华北典型强震区断裂活动带来的影响。为减弱砂土液化区的影响，考虑到地下水压采导致的水位上升，借鉴北京与河北其他地区的抗浮水位经验值，可以按地下水位埋深进行预估地震液化判别。提高砂土密度，缓解砂土液化发育区影响，建议采用振冲、夯实等措施，通过排水等措施降低砂土孔隙水压力，采用整体性较好的筏基、深桩基等方法进行处理。而至于断层滑动，需要关注主要隐伏基岩断裂未来活动趋势和滑动失稳风险。有研究表明：可以在地热地质综合调查的基础上，基于地质力学理论和一定的模拟方法来评价区域内主要断层特征。获得的地应力分布可以用来量化区域内的天然断层在规模化开发利用情况下的激活可能性[6]。

3.3 综合性措施

正因为地质生态环境系统的关键要素多，并且互相作用。因此，建议构建多尺度地下空间三维结构，建立雄安新区全方位的自然资源环境综合监测网，实现地上地下多层次的监测数据的集成化管理和分析。重大资源环境问题的解决需要对空气质量、地下水位、水质和土壤质量、林地草地和湿地空间分布、地面沉降和地裂发育的关键指标的进行持续动态监测，同时依托数字化的智慧平台，建立专家库，完善应急预案，实现对全要素监测信息的把控，不限于满足实现查询统计、综合分析和预警服务。

4 结语

在生态文明建设的大背景下，处于大规模建设期的雄安地区的地质环境系统与生态环境系统相互耦合、共同作用，也可以认为是成为了一个生态地质环境系统复合架构。生态地质环境系统平衡与灾害安全防控应该处于一个动态平衡，其共生以及互相反馈的机制与模式值得进一步深入研究。总之，系统工程是一个复杂的多要素融合作用的，特别是人为因素，以往单一的问题处理思路必须革新。才能满足雄安新区的建设目标的伟大定位的需要。