苏南太湖流域地下水过度开采引起的地面沉降及其防治对策.pdf

第 1 5 卷第 3 期 2 0 0 3年 9月 湖泊科学 J o u r n a l o f La k e S c i e n c e s Vo1 ． 1 5， N o． 3 S e p ． ， 2 0 03 苏南太 湖流域 地下水过 度开采 引起的地面沉降及其防治对策木 张 落成 ’ 陈振 光 吴 楚材 ’ 1 中国科学院南京地理与湖泊研究所 ，南京 2 1 0 0 0 8 ；2 香港大学城市规划与环境管理研究 中心 ，香港 提要 因地下水 过量开采而引起的地 面沉降是重要的地质灾害和生态环境 问题．据最 新统计资料 ， 全国 9 6个城市或地区发生了不同程度 的地面沉降． 苏南太湖流域由于城镇用水和 工业用水的迅速增加 ，大量开采地下水 ，导致 区域 内出现 了 5 0 0 0k m 的地 区地面沉降，有些地 区累计沉降量超过 2 ． 0 m．地面沉降已经影响到区域的供水安全和生态安全 ，增加了基础设施建 设成本．加快 区域供水步伐 ，调整工业结构 ，加强水资源综合规划和管理是 防治地面沉降 的重 要措施． 关键词 地下水地面沉降防治太湖流域 分类号X1 41 地面沉降现象是在经济高速发展过程中不断加大对地下资源开发而产生的环境地质问 题 ，一直是世界上相关学科研究的热点．联合 国教科文组织地 面沉降工作组 U N E S C O Wo r k i n g G r o u p o n L a n d S u b s i d e n c e 是地面沉降工作的国际研究机构，从 1 9 6 5 年以来 ，通 过研讨会 的形式 ，将世界各 国或地区的地面沉降工作者组织到一起 ，从地面沉降的原因、 危 害 、防治 和监测等 角度进行 了深 入 的探讨 ．我 国 目前 已经有 9 6个城市 或地 区发生 不 同程 度地面沉降 ． 经济发达的苏南太湖流域由于城市化的快速发展 ， 地下水开采 日益严重，出 现了 5 0 0 0 k m 左右的地面沉降地区． 地面沉降已经成为严重的地质灾害，它增加了基础设 施建设 成本 ，也 影响 了苏南地 区的投资 环境．因此 ，江苏省人 大 2 0 0 0年 出台相关 政策 ，要 求 2 0 0 3 年前 ， 苏锡常地下水超采地区禁止开采地下水． 本文对苏南太湖流域地面地区沉降 的特点 、形成原因和危害进行了探讨 ，并提出了防治地面沉降的对策建议 ，旨在引起决策 层 对这一地质灾 害 的高度关 注． 1苏南太 湖流域地 区地 面沉降特点 苏 南太湖 流域在经济快 速发展过程 中 ，生态环境 问题也 日益突 出 ，其 中 ，地下水 位下 降以及地面沉降是生态破坏的突出表现形式之一． 国家 自然科 4 0 2 0 1 0 1 4 、中国科学院知识创新工程项 IO c z c x 2 ． S W- 3 1 8 ． 0 3 、江 2 003 1 1 5收稿 2 0 0 3 0 3 2 5收修改稿．张落成 ，男 ，1 9 6 7 年生 ，博士 ，副研究员． E ma U l c h I n l 延姐 j g I a s ． 1 c ．札 资助 维普资讯 2 5 8 湖泊科学 l 5卷 1 ． 1苏南太 湖流域地下水位 下降 由来 已久 据 2 0世纪 8 0年代 调查 ，常州 市 1 9 7 0年 以来 ，地 下水位平均 每年下 降 4 m，漏斗 中心 潜 水位 已经 达到 6 0多米深L 2 J ．苏州 、无锡 、常州三 市 5 0 8 0年代 多年平均地 下水位下 降速 度分别 为 2 ． 0 m、1 ． 8 m 和 2 ． 8 m 表 1 ．到 2 0世 纪 9 0年代末 以前 ，苏南大 部分城 市和 地区 静止地 下水位 出现 了持续 下降状态 表 2 ，并 己形成多个 以城 市为 中心 的地下水位 降落漏 斗．其 中，苏锡常三城 市中心 附近 ，常熟 、 昆山、太仓等 市区 ，1 9 9 1 年 以来地 下水位下 降 速率为 l m／ a ，常州戚 墅堰． 无 锡 ，江 阴青 阳 、马镇 ，苏州吴 中区望亭一 浒 墅关 ，苏 州市区 、 吴江平 望和盛泽 ，地下水位 下 降速 率为 2 m／ a ，无锡 的前洲 、洛社 、石塘湾地 区 出现水位 加 速下 降的趋势 ，高达 3 m／ a ． 表 1苏锡常三市地下水开采基本情况 1 9 8 3年 ” T a b ． 1 E x p l o i t a t i o n o f u n d e r g r o u n d w a t e r i n S u z h o u ， Wu x i a n d C h a n g z h o u 1 9 8 3 1 中国科学院南京地理与湖泊研究所 ，苏州 、无锡 、常州城市用地动态研究报告． 表 2 苏 锡常 地 区深层 地 下水位 下 降情 况【 】 T a b ． 2 De c r e a s e o f u n d e r g r o u n d wa t e r l e v e l i n S u z h o u ， W u x i a n d Ch a n g z l a o u 1 ． 2地面 沉降 中心 由城 区 向郊区蔓延 。并逐步成片 苏州市区地面沉降始于 2 0 世纪 6 0 年代初 ， 7 0年代地面沉降速率有所加快 ， 市区沉降 ① 国家环保总局南京 环境科学研 究所 ，江苏省生态环境现状调查报告 ，2 O 0 3 ． 维普资讯 3 期 张落成等 苏南太湖流域地下水过度开采引起的地面沉降及其防治对策 2 5 9 速率 为 0 ． 0 4 0 ． 0 5 m ／ a ，市郊 0 ． 0 2 0 ． 0 3 m ／ a ，无锡 市 1 9 5 5 1 9 6 4年 已经产生地 面沉降 ，但沉 降 速 率较小 ，仅 0 ． O 0 7 m／ a ，1 9 64 1 9 7 5年 ，沉降速率加快 ，年平 均 0 ． 0 3 8 m，1 9 7 5年 以后为 0 ．O 1 0 ．2 5 m ／ a ． 常州市地面沉降发生的时间稍晚，但发展迅速 ，7 0年代仅仅发生沉降迹象 ， 而 1 9 8 4 - 1 9 9 1年地 面沉降一直保 持在 0 ． 04 0 ． 0 5 m ／ a的下沉 速度 ．目前 苏锡常地 区地 面沉 降 累计在 0 ． 2 m 以上 的面 积 已经达 到 5 0 0 0 k m2 ，而 0 ． 5 mm 地 面沉降等值 线 已经将 三个 中心 城 市连成一 片，面积接近 2 0 0 0 k m2 J ． 苏锡常三市地面沉降以无锡市最为严重，且发展速度快 ，在惠山区石塘湾浒四桥附近 累计沉 降量最大超 过 2 ． O m，苏州市 地面沉 降 中心位 于城 区北寺 塔附近 ，老城 区累计沉 降量 最大 超过 1 ． 0 m，其 中齐 门大街 达 1 ． 5 5 m．常州 市累计最 大沉降量超过 1 ． 8 m， 目前 市 区地 面 仍 以0 ． 1 5 0 ． 2 m ／ a 的沉降速率继续发展．目前苏锡常部分地区地面沉降速率仍然保持较大的 量值，尤其是锡西和江阴南部地区，一些乡镇镇区的年沉降速率仍高达 0 ．0 8 0 ． 1 2 m ． 值 得注意 的是 ，1 9 9 9年 以后 ，由于苏锡 常地 区地面沉降 问题 引起 省委 、省政府 的高度 重视 ， 并出台了相关控制地面沉降的政策措施 ， 从 2 0 0 1 年起 ， 苏南太湖流域地面沉降趋势 已经 得到有效地控 制 ，部分地 区地下水位甚 至出现 了回升 的势 头． 2地 面沉降的危 害 地面沉降属于缓变性地质灾害．由于超采地下水 ，导致地下水资源量锐减 ，地下水位 埋深增加 ，从而产生地面沉降． 地面沉降的危害主要在于 2 ． 1影响 区域 防洪排涝 。增加 了投资成本 首先 ，由于地 面沉降 ，使苏 南太湖 流域 圩 区面积增 加 ，防洪设 施功能下 降或失效 ，防 洪任务 加重 ．每一 届政府要做 的第一 件事情就 是加高堤 防 ，无锡 火车站 附件 回龙桥处 防洪 墙因为地面沉降，留下了逐年加高的历史痕迹．自 1 9 9 1 年以来，无锡市武澄锡低洼地区圩 区面积增加了约 3 3 0 O h m ，其中洛社镇 1 9 9 1 年共有 7 个村是圩区， 到 目前村村均变成了圩 区，村村均设立了排涝站． 望虞河无锡境内本来不会发生内涝 ，但由于地面沉降，1 9 9 9年 发生严重 的 内涝现象 ． 其次 ，地面沉降使防洪成本大大提高． 无锡前洲镇 2 8 k m 圩岸 ，1 9 9 1 年 以后每年投资 6 0 0多万元加高堤防，到 目前已经投入 4 2 0 0万元．据不完全统计 ，无锡市因为地面沉降造 成的直接损失约 3 ． 5亿元 ，因为地面沉降需要翻建 、重建的水闸 2 9 4座 ，排涝泵站、涵洞 6 0 0个 ，需加高 、加 固的堤防长度达 5 7 2 k m，出现 “ 小雨 中水 位 、中雨 高水位 、大雨要漫 堤”的严峻局面． 整个太湖流域 1 9 9 9年洪涝损失要明显高于 1 9 9 1 年闭 ． 2 ． 2 对 区域 水环 境的影 响加剧 地面下沉 ，使河道局部或整体发生变形 ，直接影响到区域地表水的调控能力． 近几年 来 ，苏南太湖流域每到汛期 ，境内排水年年不畅，向太湖、运河下游排水越来越困难 ，水 位差减小 ， 成 了滞水腹地，外运河水位居高不下，防汛压力越来越大嘲 ．同时，由于水流缓 慢 ，水体 自净能力减小 ，某种程度上加剧了水污染． 据近年监测旧 ，入太湖江苏段污染河道 占河 8 2 ％一 8 7 ％，常州 、无锡 、宜兴一带入湖河流基本为 V类 ，几乎年年爆发蓝藻 ，并已 经危及无锡沿湖地区的城镇供水． 受入湖河流直接影响，太湖水质也呈逐年恶化趋势 ． 苏 州市供水源地之一的阳澄湖已经发出污染预警 ，涌湖的水质也正在变劣． 此外 ，地面沉降使得 内河桥梁净 空高度下 降 ，削弱 了航运 能力 ，不均衡 的地基 下沉 使 维普资讯 湖泊科学 l 5卷 房屋倒塌 ，建筑物 断裂 ，地下管道破损 ，造成较大经 济损失． 3地 面沉降 的原 因 苏锡 常地 区地面沉 降 的主要原 因在于不合 理开 发 、掠夺 性开 发和过度 开采地 下水 ．据 研究译 ，1 9 9 5年苏州 、无锡 和常州市 区第 1 I 承压水 几乎全部严重 超采 ，市域 范 围内 ，严重 超采 区面积 占 4 6 ． 7 ％．以无锡 市为例 ，2 0世纪 8 0 9 0年代 是地下水 开采 的发展期 ，在这一 阶段无锡地 区深井数 以 5 5 4眼／ 年 的速度递增 ． 1 9 9 0 1 9 9 6年是深井发 展的高峰期 ，每年 增 开采井 数 5 9 1 9 0眼 图 1 ．随着 开采井数 和开采量增加 ，“ 三集 中”开采严 重 即开采 时间集中、地点集中、开采部位集中 ． 高强度开采地下水主要有 以下原因 妊 萎 廿 兼 年 图 l无锡市历年开采地下水深井数年递增情况 F i g ． 1 I n c r e e 0 f u n d e r g r o u n d we U s i n W u x i 3 ． 1与高耗水 印染工业和纺 织工业及相关工业布局 有关 从无锡 市地 面漏斗 的分 布与经 济发展水 平表现 出一定 的相关性 ．建 成 区和西北 部 ，经 济 发展水平较 高 ，属于无锡市 的一等收人 和二等收入地 区 ，人均 国内生产 总值 3 - 6万元 ． 而这些地区地恰恰是印染工业发展比较快 、 地下水开发强度大和地面沉降最为严重的地区． 锡西北的前洲、玉祁、洛社、石塘湾是无锡市域最大的地下水位降落漏斗 ，中心水位埋深 已常年低于含水层顶板 ，普遍超过 8 0 m，成为典型的疏干开采区． 市中心的地下水位降落 漏斗 ，中心水位埋深为 6 5 m 左右． 这与无锡纺织业发达 ，大多以地下水作为冷却水有关． 1 9 9 6 年无锡地下水开采量 中 6 0 7 0 ％用于工业用水，而工业用水 中7 0 ％用于冷却循环． 从无锡市经济发展 比较快的洛社镇洛社水厂地下水位变化情况 图 2 来看 ，经济越 发展 ，地下水 开采越严重 ，地下水位下降也越快 ． 3 ． 2 ．地表水 污染严重 。居 民依 赖于地下水 据流域初步调查和太湖监测资料口 ’ ， 太湖流域 I 类水体已不复存在 ， 7 o ％2 _ E的河道 受到 污染 ，江苏河 段约有 6 0 ％水 质处于 V类 或劣 V类标 准 ，出现严 重 “ 水质性 缺水” ．无 锡市因水体水质恶化 ，水源地多次转移，第一个水厂采用运河水，后来因为水质恶化 ，水 源地 向五里湖 、 梅梁湖转移 ， 又遭 到污染 ，目前全 市主要水 源为贡湖水 ， 供水量 占全 市 7 0 ％ 以上 ．同时 ，由于地表水 的逐 步恶化使许 多乡镇 水厂 只好依 赖于地下水开采 ，这也加剧 了 地 面沉降 的速度 ． 3 ． 3 区域 供水步 伐还不快 实行 区域性供水是控制地面沉降的有效办法 ，但 目前整个苏锡常地区区域性供水规划 还在逐步推行之 中，管网的配套速度还不能跟上． 以无锡市为例，今年 3 3个镇中 2 2个镇 咖 啪 m ∞ o 哪 维普资讯 3期 张落成等 苏南太湖流域地下水过度开采引起的地面沉降及其防治对策 2 6 1 已经接通市 区水厂管道 ， 2 0 0 3 年底全市所有的镇将全部接通市区管道 ，吃上市区提供的自 来水 ．但值 得 注意 的是 ，供水管 道仅仅 到乡镇所在 地 ，由于分村分 户 的供 水管道 配套建 设 缺乏资金以及水价差别 ，全面铺开还有一定难度． 莹萤量 莹塞莹重 莹至彗 莹至莹萋 至莹 年 图 2无锡洛社水厂的地下水位下降情况 F i g ． 2 De c r e a s e o f u n d e r g r o u n d wa t e r l e v e l i n Lu o s h e W a t e r P l a n t , W u x i 4 防治地面沉 降的对策建议 4 ． 1运用 市场 和行政机制 ，加快推进 区域 统一供水步伐 根据 省统一规划 ， 在 江阴利用长 江水源建立 区域性 供水 水厂 ， 水源 丰富 ， 水 质有保证 ， 发展潜力大 ，自 来水供大于求 ，但由于行政分割原因， 江阴水厂富余能力无法消化． 例如 ， 靠 近江 阴芙蓉 圩 的玉祁 、前洲镇 ，由江 阴供水 是最方便 、最 合理 的 ，由无锡市 区供水就舍 近求 远 了．为合 理开 发和保护地 下水 资源 ，超采 区停 止开采地下 水 ，统一使 用 自来水是 必 须的替代措施． 政府除了要对镇村一级 自来水管网建设进行必要 的投入或补贴外，还应加 强区域供水水厂和管网布局的统一规划 ，运用市场机制 ，按照最短供水距离，而不是按照 行政区界划定供水范围，节约输水管建设成本和降低水价． 4 - 2严 格控制 高耗 水项 目，已有 项 目通过工艺 处理 ，改用地表 水 调整工业结构 ，控制高耗水项 目发展 ，已有的印染等高耗水项 目，应该采用新技术和 新 的工艺 流程 进行污水 处理 ，全部或部 分采用地 表水 ．在地下水 严重超 采 区 ，凡在市 区域 供水管 网范 围内的工业企业 原则上一律停 止开采 地下水 ，封井 后供水有 困难 的 ，政 府应另 外 想办法解决 ． 4 ． 3加大地下水资源管理力度，防止复采行为 中华人民共和国水法 第二十五条规定，开采地下水必须在水资源调查评价的基础 上 ，实行 统一 规划 ，加 强监督 管理 ．江苏省 人大常委会 关 于在苏锡 常地 区限期 禁 止开采 地下水的决定 要求 ， 2 0 0 3 年前地下水超采区要实现禁止开采地下水 ， 2 0 0 5 年前苏锡常地 区全面禁 止开采 地下水 ，为苏锡常 地 区地 下水合理 开采与保 护提供 了法律保 障 ．在地下水 已经超采的地区，应当严格控制开采 ，并采取措施 ，保护地下水资源 ，防止地面沉降． 至 2 0 0 1年 ，苏锡 常地 区较好 地完成 了地下水禁采 年度任务 ，共封井 1 3 9 5眼 ，占深井 总数 的 2 9 ％ ，其 中常熟 、江阴 、武 进等 9个县 市 、区 超 额完成任务 ．三市 当年共 开采地下水 2． 1 6 x1 0 i n’ ，比计 划少开采 4 2 6x l 0 4 m ，比上年 同期压缩 2 5 ％．据监 测 ，禁采 区 内 6 5 ％的地 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ O 县 群 维普资讯 2 6 2 湖泊科学 1 5卷 下水监测井水位回升或趋于稳定，部分地区地面沉降速率趋缓． 但应加强管理与监督 ，防 止复井复采地下水的现象发生． 4． 4 加强沉 降预警 和预报 系统 建设 1 9 9 9年，江苏省政府批准了建立苏锡常地面沉降预警预报系统的立项． 根据此项 目要 求 ，无锡市 2 0 0 1 年筹资 1 2 0多万元将建立 由基岩标 G P S标志等构成的地面形态监测网， 控制面积达 1 ． 1 万 k m ．目前 工作基本完 成 ，明年将正式 运行 ，届 时将提供地 面沉降速率 和 形成机理研 究 的第一 手资料 ，为治理 对策 提供依据 ． 参考文献 1 张阿跟 ，刘毅 ，魏子新等． 地面沉 降～ 第六届地面沉降 国际讨论会论文选． 北京 地质 出版社 ，2 1 1 1 0 2 徐桂卿 ，姚士谋 ，董雅文等． 苏南地区城市 镇 发展 的生态问题地理科 学，1 9 8 3 ，3 2 1 6 0 - 1 6 2 3 陈锁忠．陶 芸 ，潘 莹 ． 苏锡常地 区地下水超采引发的环境地质问题及其对策． 南京师范大学学报 ，2 0 0 2 ,2 5 2 6 7 7 2 4 余孟信．苏锡常 地区地面沉 降现状 危害与 防治对策 ． 全国水文计算进展 和展望学术讨论会 论文选集．南京 河海大学 出版 社 ，1 9 9 8 3 4 8 3 5 3 5 吴泰来．太湖流域 1 9 9 9年特大 洪水和对防洪规划 的思考．湖泊科学 ，2 0 O O ，1 21 6 - 1 1 6 陈荷生．太湖流域城市水环境综合治理．城市研究， 2 0 0 0，1 4 5 3 4 - 3 8 7 林泽新．太湖流域 水环境变化及缘 由分析．湖泊科学 ，2 0 0 2 ，1 4 2 1 1 1 - 1 1 6 8 黄家柱．苏锡常地区地下水资源开发利用与环境保 护． 农 村生态环境 ，1 9 9 8 ，1 41 1 o - 1 3 9 国家统计局．无锡市统计年鉴 ，北京 中国统计出版社 ，2 0 0 1 1 0 严东生 ，任美锷．论长江三角溯可持续发展战略．合 肥 安徽教育 出版社 ，1 9 9 9 2 7 4 - 2 8 0 L a n d Su b s i d en c e Pr o b l e m an d I t s Co n t r oI i n T ai h u Ba s i n o f Sou t h J ian g s u Pr o v i n c e du e t o Ov er ex p l o i t a t i o n o f Un de r gro u n d W a t er ZHANG L u o c h e n g ． Ro g e r C K Ch a n W U Ch u c a i ‘ 1 Na n j in g I n s t i t u t e o f Ge o g r a p h y a n d L i mn o l o g y , C h i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s ， Na n j ing 2 1 0 0 0 8 ， P ． 1 L a1 j n a ； 2 C e n t e r o f U r b an P l a n n i n gandE n v k o n ment a l Mana g e ment ． t h e Un i v e r s i t yo f Ho n g k o n g , e ． R．Ch i r Abs t r ac t T h e e c o n o my i n T a i h u Ba s i n o f J i a n g s u P r o v i n c e i s d e v e l o p i n g v e r y q u i c k l y , wh i c h h a s l e d t o l a r g e i n c r e a s e o f wa t e r d e ma n d f o r u r b an a n d i n d u s t r y u s e ． Ov e r e x p l o i t a t i o n o f u n d e r g r o u n d wa - t e r h a s g i v e n ris e t o s e rio u s l an d s u b s i d e n c e ． At p r e s e n t ， t h e a r e a o f l an d s u b s i d e n c e i n S u z h o u ， i an d Cha ng z ho u ha s r e a c he d 5 00 0k m z ．Lan d s u b s i d e n c e h a s g r e a t i n flu e n c e o n the s e c u r i t y o f wa t e r s u p p l y an d h a s i n c r e a s e d t h e e x p an s e o f flo o d mi t i g a t i o n． Cl o s ing the d e e p we l l s ． a d - j u s t i n g i n d u s t r i a l s t r u c t u r e ， q u i c k e n i n g t h e d e v e l o p me n t o f r e g i o n a l wa t e r s u p p l y and s t r eng t h e n i n g c o mp r e h e n s i v e wa t e r man a g e ment a r e i mp o r t a n t me a s ur e s t O c o n t r o l l a n d s u b s i d e n c e ． Ke y wor d s u n d e r gro u n d wa t e r ； l an d s u b s i d e n c e ； c o n t r o l ； Ta i h u Basi n 维普资讯