城市水利环境地质问题-工程地质与水文地质

地下水储量丰富，水质良好，动态稳定，因而是城市和工业的重要水源，我国有50%～60%的城市和自来水厂依靠地下水供水。但地下水并不是取之不尽、用之不竭的，如果无计划地超量开采地下水，将可能造成严重的城市水利环境地质问题，如地面沉降、地裂缝、地面塌陷、海水入侵等。

1.地面沉降

大量开采地下水供应城市和工业用水，使含水层水压力降低，地层压缩变形，导致地面沉降，这已成为世界上许多大城市共同的灾难，如墨西哥、伦敦、巴黎、东京、莫斯科、威尼斯、休斯敦等城市。据统计，我国上海、天津、北京、太原、石家庄、西安、济南、沈阳、哈尔滨、南京、苏州、台北等46 座大中城市都出现大范围的地面沉降。

上海开采地下水已有100 多年的历史了，在市区的近郊区形成区域下降漏斗，中心水位下降了70 多m，在地面形成与降落漏斗相似的碟形沉降洼地。1920～1938 年平均每年地面下沉2.6cm，到1965 年沉降中心区地面已下降了2.37m，到1993 年最大沉降为2.63m，长此以往，上海很有可能被海水淹没。天津市地下水位下降了50 多m，1970～1988 年地面沉降面积超过5700km 2，市中心区地面下沉了1.56m，其中塘沽区最大下沉量达2.916m，平均每年下沉8.7cm，海水入侵的威胁迫在眉睫。北京市1960～1980 年地下水位下降了12.3m，地面每年下沉1～3cm，沉降超过10cm的区域已达190km 2。太原市地下水降落漏斗自1965 年形成以来，漏斗面积由11.2km 2 扩展到1993 年的415.9km 2，据1985～1990 年精密水准测量，太原市地面整体呈偏漏斗下降趋势，范围南北长15km，东西宽8km，年平均沉降37～130mm，沉降中心吴家堡地区达1.38m。台北市也因过量抽取地下水，使地面平均每年下沉20cm左右，现在许多地区已低于海平面，问题十分严重。

2.地裂缝

自20 世纪60 年代西安和邯郸发生大规模地裂缝以来，我国兰州、太原、大同、沧州、泰安等200 多个城市都相继出现地裂缝灾害。地裂缝在世界各国并不罕见，凡地表土质松软、地下断裂构造活跃和地下水位变化突出的平原地区，都可能出现地裂缝。经勘察研究发现，地裂缝与过量开采地下水，使地面发生不均匀沉降关系密切。

西安市城市用水主要开采深100～300m的承压水，已形成面积约200km 2 的下降漏斗，中心水位降深40～60m，地面沉降大于100mm的沉降区及其分布范围与降落漏斗相吻合（图5-30），地裂缝也集中分布在沉降区内。西安市最早发现地裂缝是1959 年，即在西安南城和平门至小寨一带，出现千条近东西向的地裂缝，呈雁行排列，裂口大多上宽下窄，可见深度达11m，每条裂缝都表现为南盘下降并向东移（左旋）的特征。后来，地裂缝不断增多增长，发展成为许多小裂缝组成的各长几百米至几千米的4 条地裂缝带。1976 年以后，这4 条地裂缝带扩展到居民区，其中和平门一条长1.5km的地裂缝带穿过煤矿学院、雁塔路、安西街、十二中学、陕西日报社、186 地质勘察队等，使房屋、道路、地下管道遭受破坏。同时，在西安市城区和北郊也出现3 条断续各长几千米的地裂缝带。至80 年代初，西安市已形成10 条大致平行的地裂缝带，带宽数米到数十米，分布在从南郊至北郊的160km2范围内，出露地面总长度达55km，其中南郊小寨地裂缝长达9km，并且地面出现洞中塌陷。地裂缝穿过97 个机关、学校、工厂，损坏楼房69 栋、平房496 间、工厂车间26 个、大礼堂2 座，破坏道路数10 条，切断城市供排水地下管道，危及煤气管网安全，直接经济损失超过2000 万元。

图5-30　西安市地面沉降与承压水位下降关系图(www.xing528.com)

1—承压水位1985 年等值线（m）；2—地面沉降1980～1985 年等值线（mm）

3.地面塌陷

目前，我国有18 个省、自治区和直辖市出现地面塌陷点700 多处，有塌陷坑3 万多个，这种地质灾害并进一步从大城市向中小城市甚至乡镇发展。如1988 年4 月秦皇岛市柳江水源地塌陷，面积达34 万m2，出现陷坑286 个，最大陷坑直径12m，深7.8m。1988 年5 月武汉市陆家街塌陷，黑龙江七台河市塌陷等，都是由于过量开采地下水、地下土质疏松（古河道）、地下溶洞和矿坑陷落等原因发生的，都造成了很大的损失。

安徽省铜陵市也因为铜矿区抽排地下水，使市区长江东路20 多万m 2 范围内出现地面塌陷，陷坑直径数米，深不见底，陷坑周围遍布的地裂缝断续长达200 多米，致使1000 多户人家的5 万多房屋遭受破坏，地下供水、供气和排水管道也遭到破坏，铁路路基下沉，主干公路交通中断，严重影响了铜陵市居民的正常生活和工矿企业的正常生产。

4.海水入侵

滨海城市过量开采地下水，常会引起海水入侵，使陆地淡水含水层水质逐渐变咸而恶化。20 世纪70 年代中期以来，我国山东半岛、辽东半岛、辽西走廊和杭州湾等地都发生过多起海水入侵事故。据水利部水文司调查监测，辽宁、河北、山东等三省的沿海地区发生海水入侵地段74 个，总面积1236km2，有近1 万眼机井因水质变咸而报废，每年地下水开采量减少了7000 万m 3。到1992 年山东省沿海的青岛、烟台、威海、潍坊、东营五市中共有19 个县（市、区）发生海水入侵，总面积达964.5km2，有7000 多眼机井因水变咸变苦而报废。辽东半岛大连市自来水厂位于基岩地区，断层裂隙很发育，大量抽取地下水，导致海水入侵，造成水厂不能使用。

从上述不难看出，我国水利环境地质问题严重，而且继续恶化，危害在加重，将严重影响我国经济社会的可持续发展和国家生态环境安全。为此，2000 年底国务院在印发的《全国生态环境保护纲要》第11 条水资源开发利用的生态环境保护中指出：水资源的开发利用要全流域统筹规划，生产、生活和生态用水综合平衡，坚持开源与节流并重，节流优先，治污为本，科学开源，综合利用。建立缺水地区高耗水项目管理制度，逐步调整用水紧缺地区的高耗水产业，停止新上高耗水项目，确保流域生态用水。在发生江河断流、湖泊萎缩、地下水超采的流域和地区，应停止新的加重水平衡失调的蓄水、引水和灌溉工程；合理控制地下水开采，做到采补平衡；在地下水严重超采地区，制定地下水禁采区，抓紧清理不合理的抽水设施，防止出现大面积的地下漏斗和地表塌陷。