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华北平原如何防控地面沉降

2004-04-22 来源:光明日报 作者:专栏记者:耿建扩 本期策划:宋言荣 王保纯 我有话说

特邀嘉宾:

 

 
中国地质科学院水文地质环境河北省环境地质勘查院  中科院石家庄农业现代化
地质研究所研究员张兆吉高级工程师刘峰川研究所研究员崔建伟
 

缘起:科研资料表明,华北平原已成为世界上超采地下水最严重的地区之一,也是地下水降落漏斗面积最大、地面沉降面积最大、类型最复杂的地区之一,其中又以京津冀鲁地区表现最为突出。大面积的地面沉降给人民生命财产安全造成了严重威胁,成为制约当地经济可持续发展的重要因素之一。为将地面沉降危害降到最低,中国地质调查局启动了华北地面沉降监测网建设项目,今年3月7日,这一项目在河北开始实施。于是,记者邀请几位嘉宾就如何防控地面沉降减少地质灾害这一话题进行探讨。

地面沉降的现状和危害

记者:据了解,这次启动的地面沉降监测网建设项目,将引进自动化监测和网络传输技术,建立地面沉降监测预警预报系统,综合研究地面沉降的机理与发展趋势,提出地面沉降防控对策建议,为区域经济社会可持续发展提供基础地质依据。请各位介绍一下目前京津冀地区地面沉降的现状和危害。

张兆吉:长期过量开采地下水是造成地面沉降的主要原因。由于长期超采,使地下水位大幅度下降,造成弱透水层和含水层孔隙水位压力降低,粘性土层孔隙水被挤出,使粘性土产生压密变形,从而引起地面沉降。

河北平原地面沉降区包括沧州、保定、衡水、任丘、南宫、霸州、大城、曲周、唐海、晋州等12个沉降中心。主要沉降中心的地面沉降速率为34.9-131.5毫米/年。随着深层地下水开采范围的扩展,地面沉降的范围逐步扩大到山前平原区。目前河北平原地面沉降大于500毫米的面积达到6430平方公里,大于1000毫米的面积达到755平方公里,沉降量大于2000毫米的范围已经覆盖了整个沧州市区。沧州地面沉降中心沉降量达2236毫米。北京市除在东郊有大面积沉降区外,在南部的大兴也形成了以榆岱为中心的沉降区。地面沉降也是天津市最严重的环境地质问题,在宝坻县城以南的广大平原区,都不同程度出现了地面沉降。沉降中心出现在天津市区、塘沽区、汉沽区、海河下游等。

刘峰川:地面沉降的危害是多方面的。沉降是一种缓变过程,到一定程度会使供水管道变形甚至断裂,影响人民生活及工农业生产;地面沉降也影响河道输水,据水利部门测算,因地面沉降造成海河流域行洪能力下降约20%;地面沉降还导致铁路路基加厚;地面裂缝频发,危及城乡建筑安全;城市积水、管网安全受到威胁;地面高程资料大范围失效;加重风暴潮灾害等等。

保护和恢复地下水

记者:既然严重超采地下水是造成地面沉降的主要原因,那么尊重水循环的自然规律,保护和恢复地下水;科学利用水资源,减轻地下水资源的压力,就显得尤为重要。在这方面,我们还有哪些文章可做?

崔建伟:对华北平原,目前主要解决途径有两个:第一,增加流域上游(太行山、燕山)对流域下游地下水的补给。据统计,华北地区大型水库约35座,中型水库也在110座以上,由于水库大量拦水、蓄水、引水,使大多数平原河道常年无水或少水,破坏了水循环的自然条件,造成水资源数量减少,生态环境遭受破坏,大面积河床荒废,许多河床成为风沙源。因此,应该对部分河道恢复水流,使水按自然规律转化,恢复水循环的自然条件,促使地下水得以涵养,水环境得以改善。

此外,要减少平原地区地下水的开采。这一点实施起来比较困难。平原地区,地下水是农业、工业生产及人民生活的主要水源,经济要发展、生活要改善,这都需要水资源的支撑。水资源短缺,节水已成为人们的共识,但还没有将节水的目标真正落实到降低对地下水的开采上。

张兆吉:南水北调工程实施后,应合理调配外调水与本地水的利用,在地下水严重超采区设立地下水开采保护区。浅层地下水保护区主要设定在太行山前平原浅层地下水位大幅度下降区,深层地下水保护区设在以德州、沧州、衡水、天津为中心的深层地下水区域降落漏斗区。保护区内要以利用外调水为主,在用水高峰季节才允许适当开采地下水,这样有利于涵养与恢复地下水。据测算,引滦入津工程通水后,缓解了天津市区和塘沽城区的工业和生活用水。为了控制地面沉降,天津市区和塘沽城区停封机井700余眼,地下水位逐渐回升。近几年,市中心区水位埋深已上升到10m左右。

根据数学模拟结果,停止地下水开采后,经过10-20年浅层地下水位即可恢复到自然动态平衡状态,而深层地下水头恢复则需要上百年时间。深层地下水动态平衡一旦遭到破坏,短期内很难得到恢复。因此,应逐步减少华北平原深层地下水的开采。

科学利用水资源

刘峰川:我们应充分利用本地劣质水资源,实现污水资源化。世界各国都非常重视污水的再利用。美国在1972年污水处理就已达到污水总量的95%。日本污水处理后的再生水也广泛用于工厂、学校、机关、城市公共事业。近年来,华北地区在加大工业企业污染源治理的同时,也加快了城市污水处理厂的建设,大中城市污水处理已接近30%,但污水排放量占65%的中小城市,还基本没有污水处理设施。所以,污水的再利用潜力很大,应加大投资,早日实现大中城市污水的全部处理。

其次,应加大对海水、咸水的利用,减少淡水利用量。在日本,海水利用已占工业用水总量的25%,电力工业冷却水已全部利用海水,化学工业有30%的用水量也来源于海水。我国天津、河北、山东都有较长的海岸线,今后在制定工业规划时要适当调整工业布局,逐步提高海水利用水平。华北东部平原地下蕴藏着大量的咸水、微咸水资源。适当调整农业种植结构,加快工业供水设施的改造和建设,加强咸水、微咸水的利用,可以有效缓解水资源供需矛盾。河北平原以淡冲咸、咸淡水混合灌溉,利用地下咸水已取得了很好的效益,不但增加了地下水资源数量,而且使浅层地下咸水位下降,利于除涝治碱,增加降水入渗,加快地下咸水淡化。

崔建伟:华北地区是一个产业密集、经济发达而又十分缺水的地区。水资源紧缺现状要求城市对耗水大的企业做出调整,保证效益好、耗水少、污染轻的企业用水需要。华北平原约有80%的供水量用于农业灌溉,因此农业节水具有举足轻重的作用。目前,农业节水灌溉面积不足40%,而采用高节水灌溉手段如管灌、喷灌、滴灌的面积就更少,还不足25%,这说明华北地区农业灌溉节水潜力还是很大的。

严格计划用水

记者:听说日本也存在着严重的地面沉降现象,从上世纪70年代起,日本开始用法律手段严格限制对地下水的开采,目前地面沉降速度已趋于缓和。

张兆吉:是这样的。水资源开发利用是一项广泛的社会事业,涉及众多的部门、集体和个人,需要有一定的法规来保证。在水资源开发利用中,我们要认真执行《水法》,杜绝各自为政,用行政命令干预《水法》执行的现象。要强化取水许可制度,严格计划用水,科学用水。取水许可管理要进一步科学化,在审批程序、许可总量、计划用水、日常管理等各个环节都要依法进行。同时,应逐步对《水法》进行完善和补充。

目前在水资源管理机构和体制方面,各部门各地之间处于分散管理状态。这样,不仅不能按照自然规律科学用水和治水,还经常造成不应有的矛盾和损失。因此,必须尽快建立责权统一的管理体制,实现城市和农村、工业和农业、地表和地下、上游和下游、区内和区外、水量和水质的统筹考虑。

建立合理的水资源价格体系,合理收取水费,是实现节水型社会的必备条件。要制定不同用途的水价、水资源费征收标准,实行超计划加价收费。提倡节水技术、设备和工艺的推广和应用。利用经济杠杆调整用水需求,促进工农业节水的实施。


图一:地面沉降使沿海地面标高减少。


图二:由于地面沉降,沧州市佟家花园一号井井台与地面脱节裂缝达9-12cm。

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