蘭州市地下水水位上升及對策

曾　彥，周　斌

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050)

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蘭州市地下水水位上升及對策

曾彥，周斌

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050)

蘭州地處祖國西部內(nèi)陸，是中國陸域版圖的幾何中心，也是甘肅省省會，同時還是西部重要的經(jīng)濟及工業(yè)重鎮(zhèn)。對區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的地下水水位上升的現(xiàn)狀、成因及防治對策進(jìn)行了探討，其目的是為區(qū)內(nèi)合理有序的使用地下水提供參考。

蘭州市；地下水水位；上升； 防治對策；探討

蘭州為甘肅省的省會，是全省政治、經(jīng)濟、文化和科技的中心，位于中國西部三大高原的交匯處，是中國陸域版圖的幾何中心。

自新中國建國至今，經(jīng)過近60年的發(fā)展，蘭州的政治、文化經(jīng)濟等都取得了長足的發(fā)展。然而隨著社會、經(jīng)濟的發(fā)展，人口的增加，由此也產(chǎn)生了多種環(huán)境地質(zhì)問題。地下水水位上升即是其中一種環(huán)境地質(zhì)問題。

1　地下水位上升現(xiàn)狀

蘭州地下水位上升區(qū)，主要分布于西固區(qū)、城關(guān)區(qū)和引大入秦工程實施后的秦王川盆地。

1.1西固區(qū)

西固區(qū)和城關(guān)區(qū)地下水位上升的歷史可以追溯到上世紀(jì)五十年代中后期，但一直未被人們發(fā)現(xiàn)，直到上世紀(jì)七十年代，開挖各類人防工程時，地下水位上升現(xiàn)象才逐漸揭示，成為市區(qū)危害嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害之一。它使許多人防工程、地面建筑的使用與安全受到危害才引起社會各界普遍關(guān)注。

區(qū)內(nèi)較早的地下水位埋深資料始于上世紀(jì)五十年代中期，此階段水位可視為天然條件下的地下水位埋深值。利用這一資料，與目前同一地段或相鄰地區(qū)地下水位埋深值進(jìn)行比較，得出，西固區(qū)已形成以福利路～西固城為中心，呈環(huán)帶狀分布的地下水位上升區(qū)。上升區(qū)波及整個二級階地，面積28.55 km2。以階地后緣上升最強烈，前緣微弱，福利路～西固城一帶上升幅度最大，累計上升6.0～10.0 m，面積約6.0 km2，而個別地帶如蘭煉石油技校附近的上升幅度達(dá)10 m左右，地下水位由南向北逐漸降低，至二級階地前緣及西柳溝一帶的地下水位上升幅度則減小到2.0m以下，累計水位上升2.0～6.0 m區(qū)的面積約12.55 km2，累計水位上升小于2.0 m區(qū)的面積約10 km2[1]。

上世紀(jì)五十年代后期至六十年代初，隨著工業(yè)建設(shè)和人口增多，用水量和污水排放量猛增，逐步地改變了地下水補給條件，那時的地下水位已緩慢上升。隨著時間推移和城市擴建，工業(yè)和綠化用水增多，地下水位開始了急劇上升階段，這一現(xiàn)象是在人防地道建成后發(fā)現(xiàn)的。自1972年到1985年是地下水位劇烈上升階段。強烈上升區(qū)的西固體育場附近，地下水位以年平均上升0.34 m的速度呈直線上升。

不僅如此，大量的資料還證實，西固地下水從上世紀(jì)七十年代開始就充滿了砂礫卵石含水層，并上升進(jìn)入上部黃土狀粉土層中，使其飽水厚度達(dá)到8 m。據(jù)近年來監(jiān)測資料計算，地下水位強烈上升區(qū)之一的西固體育場附近，地下水位年平均上升幅度為0.195 m。從2002年開始，地下水位處于下降狀態(tài)，但距離上世紀(jì)50年代的初始水位，仍然上升幅度在6～10 m[1]。

1.2城關(guān)區(qū)

東崗從上世紀(jì)六十年代有地下水位記載開始到目前，地下水位一直處于上升狀態(tài)。上升范圍波及火車站至盤旋路廣場以東，總面積約20 km2，形成了以地礦局和第二熱電廠為中心的地下水位上升區(qū)。第二熱電廠附近地下水位累計上升幅度超過6.0 m；火車站附近累計上升達(dá)2～4 m。

上世紀(jì)五十年代末至六十年代初，這一地區(qū)地下水賦存于卵石層中，距黃土狀粉土層約2.0 m左右，具自由水面。從六十年代開始，地下水位逐漸上升，充滿了卵石含水層，并進(jìn)入上覆黃土狀粉土層中使含水層成為雙層介質(zhì)型。區(qū)域地下水位年平均上升幅度為0.20 m以上。

根據(jù)地下水長期監(jiān)測資料統(tǒng)計分析，到了八十年代初期，地下水位上升緩慢，1985年以后基本趨于穩(wěn)定，水位的升降隨季節(jié)而變化。

1.3秦王川盆地

隨著“西岔電站”工程1989年建成通水，“引大入秦”東一干渠和東二干渠分別于1993年和1997年相繼建成通水，灌溉水的大量滲入，使盆地內(nèi)地下水位普遍上升。根據(jù)調(diào)查，2007年地下水位與1975年相比，盆地北部普遍上升2～5 m，南部上升10～20 m，甚至在當(dāng)鋪以南、方家坡以西至蘆井水一帶，地下水溢出地表，使原有沼澤地范圍不斷擴大[1]。

2　地下水位上升的危害

2.1西固區(qū)和城關(guān)區(qū)

由于地下水位上升，威脅到地下工程和地面建筑的安全和使用。目前雖未產(chǎn)生建筑物大面積沉陷和破壞，但如不采取措施進(jìn)行治理，其后果將是嚴(yán)重的。區(qū)內(nèi)主要的危害有以下幾點：

1)由于地下水上升，使蘭州地區(qū)40%以上的人防工程充水。如西固鉛絲廠地道充水深度達(dá)1.10 m，糧食局地道全部被水淹沒，清潔公司地道充水，混凝土側(cè)壁遭地下水嚴(yán)重侵蝕。

2)地下水位上升使黃土狀粉土浸水，浸水程度越高，影響范圍越大，其濕陷量增大。當(dāng)黃土狀粉土含水達(dá)到飽和狀態(tài)時，濕陷量最大，承載力大大降低。一般地下水距基礎(chǔ)底面5m時，可能就使黃土狀粉土發(fā)生濕陷，引起建筑物沉降或變形。

3)地下人防工程深度一般在10～15 m，均修建于上部的黃土狀粉土層中。據(jù)調(diào)查，在七十年代初，施工人防工程時，地下水位均位于洞室底板以下，從1976年開始，即有部分人防工程被浸沒，地下工程浸水之后，引起工程變形和破壞。例如西固某地下工程，由于地下水上升，在地下水的作用下，使地下工程的側(cè)壁變形，底板隆起。

(1)地道底板隆起變形。如西固清潔公司地道底板隆起0.13 m，使底部水泥板折斷。

(2)地道側(cè)壁變形或斷裂。由于地下水和土體的側(cè)力壓，使大部分地道的底部向內(nèi)收縮變形，變形量達(dá)到8 cm，促使地道底板上凸，側(cè)壁下沉。下沉量一般都在10 cm以上。側(cè)壁開裂，裂開寬度2 cm。

另外，由于地下水的長期作用，土體發(fā)生潛蝕溶蝕形成的地下空洞，引起地面塌陷，造成建筑物的毀壞。

4)地下水上升到—定程度，接近或淹沒工程建筑基礎(chǔ)時，將產(chǎn)生地下水對混凝土的侵蝕作用，使建筑物的基礎(chǔ)遭到破壞，導(dǎo)致地面建筑的解體。

2.2秦王川盆地

由于地下水位的上升，隨之而產(chǎn)生的土壤鹽漬化和沼澤化，使大面積的耕地廢棄，更為嚴(yán)重的是盆地南部西槽等幾個村莊及蘭州～中川機場公路部分路段受到威脅。

3　地下水位上升原因分析

地下水位上升是水文地質(zhì)條件和外部環(huán)境多因素綜合作用的結(jié)果。

3.1上升區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)

地下水位上升區(qū)的水文地質(zhì)條件比較簡單。西固區(qū)和城關(guān)區(qū)地下水主要賦存于黃河Ⅰ、Ⅱ級階地卵石層內(nèi)，由于水位上升，地下水逐漸浸入上部粉土層，構(gòu)成富水性強弱不同的雙層介質(zhì)含水層，具有統(tǒng)—的自由水面，屬于潛水～微承壓水性質(zhì)。

地下水主要賦存于卵石及粉土層中，以人工和大氣降水雙重補給為主，向北東方向徑流，最終以地下潛流的形式排泄于黃河。

3.1.1西固地區(qū)

地下水由階地前緣至階地后緣埋藏深度逐漸增大。前緣地帶一般埋深1～3 m，中部為4～5 m，而后緣達(dá)到15～25 m(圖1)。

含水層厚度在階地后緣一帶為7～13 m，地下水浸入黃土狀土層4～10 m，中部含水層厚9 m左右，進(jìn)入黃土狀粉土1～5 m，階地前緣地帶含水層厚5 m左右，地下水基本上未進(jìn)入黃土狀粉土層中。

1、粉土 2、卵礫石 3、1955年水位線 4、2005年水位線

3.1.2城關(guān)地區(qū)

地下水Ⅰ級階地埋深3.0～5.0 m，Ⅱ級階地10.0～20.0 m，地下水已浸入黃土狀粉土層中，階地后緣浸入厚度可達(dá)2.0～3.0 m。

另外，黃河水含砂量較大，往往在河岸地帶沉積，使河床的邊緣地帶形成一層含泥質(zhì)較高的砂礫石層。該層一般厚度在0.10～0.5 m之間。細(xì)顆粒的粉土及粘土含量為6.5%～22%，為其它地段砂礫石細(xì)顆粒含量的5～20倍，對地下水的排泄極為不利。

近年來，沿黃河河岸傾倒垃圾以及南濱河路的修建也影響或滯緩了地下水的排泄。含水層結(jié)構(gòu)和巖性特征均有利于地下水的聚存，而不利于地下水的排泄，是引起地下水水位上升的原因之一。

3.1.3秦王川盆地

盆地內(nèi)地下水為新近系風(fēng)化層中的基巖裂隙水和第四系孔隙潛水，二者在盆地內(nèi)水力聯(lián)系十分密切。區(qū)內(nèi)潛水受水文地質(zhì)條件控制，在盆地北部澇池灘-達(dá)家梁以北，水位埋深小于10 m，含水層由新近系風(fēng)化層組成，厚度1～5 m；向南水位埋深逐漸增大，至賴家坡和四墩子一帶，水位埋深為40～50 m；再向南水位埋深又迅速減小，在當(dāng)鋪～蘆井水一帶地下水溢出(圖2)。

3.2地下水均衡失調(diào)問題

蘭州地下水位上升區(qū)都分布在工業(yè)和人口高度集中區(qū)，人類的生產(chǎn)活動強烈地影響著水文地質(zhì)條件，即改變了地下水的補給、徑流、排泄條件，使地下水的均衡關(guān)系發(fā)生了變化，造成補給量大于排泄量。隨著城市化的發(fā)展，這種影響和改變將越來越嚴(yán)重。地下水位上升區(qū)的補給來源還有：供、排水管道及檢查井的滲漏和排洪溝渠的滲漏。

據(jù)調(diào)查，西固地區(qū)上世紀(jì)五十年代以旱作農(nóng)業(yè)為主，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和城市建設(shè)的不斷發(fā)展，農(nóng)田灌溉入滲、貯水池滲漏、降水滲、泉水滲入等不斷補給地下水。而排泄條件單一，只能通過徑流向黃河排泄。據(jù)計算西固區(qū)近年來補給量均大于排泄量：2005年補給量要大于排泄量27.76×104m3，補、排關(guān)系的失調(diào)是地下水位上升的根本原因。

圖2　秦王川盆地潛水水位埋深等值線圖[1]

3.3引起地下水位上升的主要補給水源的定性分析

通過地下水補給強度的分析看出，地下水位上升區(qū)域不是分布在供排水管網(wǎng)附近，而是分布在貯水池、耕地和渠系附近，說明貯水池、農(nóng)田和渠系對地下水位上升的促進(jìn)作用十分明顯，從而看出枯水期引起地下水位上升主導(dǎo)因素是貯水池，其次才是渠道和排洪、排污溝渠。因此可以認(rèn)為，引起地下水位上升的主要補給源是貯水池的滲漏、農(nóng)田灌溉水的垂直滲入和渠系的滲入。

根據(jù)動態(tài)觀測資料，每年1～3月份也就是枯水期時期，西固大部分地區(qū)地下水位處于下降狀態(tài)，只有福利路一帶上升。其余時段則大面積處于上升區(qū)，其中蘭煉工人大學(xué)、西固醫(yī)院東側(cè)上升的最強烈。

3.4地下水上升的規(guī)律分析

1)通過西固地下水位觀測資料分析，得出：

(1)各年第一季度，即枯水期，西固地區(qū)地下水位呈下降趨勢。反映出冬季地下水的補給量比排泄量要小，地下水位不僅不能上升，反而下降。因此，第二和第三季度是西固地下水的主要補給期，該區(qū)地下水位上升十分強烈。

(2)西固地下水位上升主要是在4～9月份，是以農(nóng)田灌溉，貯水池、渠系等滲入補給為主要原因，城市管道的滲漏補給居次要地位。

(3)地下水位上升幅度的變化與降水量密切相關(guān)。豐水年上升幅度大，波及的范圍廣，平水年上升幅度小，影響的范圍也小。

突出的特點是近補給源地段地下水位上升的幅度大，隨著遠(yuǎn)離補給源，地下水上升幅度逐漸減小，至排泄地帶處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2)通過對秦王川盆地1975～1991年地下水水位統(tǒng)測資料分析，得出：盆地北部地下水位變幅小于1.0 m，中部水位變幅1～3 m，盆地南部由于受永登東干渠灌水的影響，多年水位處于上升過程中，累計上升幅度3～5 m。

4　地下水位上升的防治對策

4.1非工程措施

非工程措施主要指地方政府運用行政手段，根據(jù)城區(qū)現(xiàn)狀，以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)采取行政措施，建議主要采取以下兩方面：

1)嚴(yán)格實施建設(shè)部的有關(guān)規(guī)定，新建、改擴建項目必須實施工程勘察制度和地質(zhì)災(zāi)害評估制度；

2)加強區(qū)內(nèi)的用水管理，農(nóng)田灌溉以及綠化用水應(yīng)采取節(jié)水措施，減少地下水的補給來源。

4.2工程措施

西固地下水位上升目前仍未停止，因此必將產(chǎn)生進(jìn)一步的嚴(yán)重后果，必須采取一定的工程措施進(jìn)行防治，才可能解決問題。

4.2.1局部垂直管井排水方案

該方案以急需解決的城區(qū)地下室進(jìn)水之建筑物為對象，采用降水井工程措施。按降水規(guī)范要求，使水位降至地下室以下0.5～1 m，在此基礎(chǔ)上補做地下室防滲工程措施。

4.2.2實施管道改造

對區(qū)內(nèi)的明渠以及地下輸水管網(wǎng)實施嚴(yán)格的防滲和防漏措施，對原有的陳舊管網(wǎng)進(jìn)行改造，對輸水明渠實施嚴(yán)格的防滲措施，減少地下水的補給來源。

5　結(jié)語

通過分析，蘭州市的地下水水位上升問題與人類的活動息息相關(guān)。主要是由于人類的工程地質(zhì)活動改變了地下水的補給、徑流、排泄條件引起的，補、排關(guān)系的失調(diào)是水位上升的根本原因。

為此，我們應(yīng)尊重自然規(guī)律，通過有效的活動改變這一現(xiàn)狀，促進(jìn)“人地和諧”發(fā)展，為迎接新世紀(jì)的發(fā)展提供水資源保障。

[1]甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院.蘭州市1:50萬環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查報告(內(nèi)部資料).2008.12.

[2]李瑞敏，鞠建華，等.生態(tài)環(huán)境地質(zhì)指標(biāo)研究[M].中國大地出版社.北京.2009.12.

[3]張宗祜，李烈榮.中國地下水資源(甘肅卷)[M].中國地圖出版社.北京.2005.12.

2016-06-22

曾彥(1969-)，男，四川資陽人，工程師，主要從事水工環(huán)方面的地質(zhì)調(diào)查、勘查與研究工作。

P641.74

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1004-1184(2016)05-0069-03