陳曉成

地面沉降區(qū)潁河阜陽閘水位改正分析

陳曉成

一、概述

受區(qū)域水文特征、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、城市化建設(shè)、人口增長、水污染等多因素影響，阜陽地表水資源嚴(yán)重短缺，地下水開發(fā)利用成為彌補(bǔ)水資源短缺的重要手段。1980年以來，阜陽市城區(qū)因過量開采地下水導(dǎo)致形成地下水沉降漏斗，城區(qū)乃至周邊出現(xiàn)地面沉降，范圍波及數(shù)百平方公里，1985～1995年為沉降高峰期，地面平均年沉降81.5mm，至2009年10月漏斗中心地面累計沉降量達(dá)1.534m。

潁河阜陽閘靠近地面沉降中心，受物力財力和技術(shù)等條件限制，無法確定水準(zhǔn)點逐年沉降量，多年來采用凍結(jié)校核水準(zhǔn)點高程計算水位，致使水位資料逐年假性偏高，與真實水位差值逐年加大，這不僅影響了洪水調(diào)度決策，也給使用水文資料進(jìn)行工程規(guī)劃設(shè)計帶來浪費(fèi)或不安全因素，很大程度上降低了水文資料的社會價值，因此系統(tǒng)訂正地面沉降區(qū)阜陽閘水位非常必要。

二、地面沉降區(qū)概況

阜陽市位于安徽省西北部，黃淮海平原南端，城區(qū)面積38.6平方公里，城區(qū)人口78.6萬人。屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降雨量949.7mm，年水資源總量35.58m3，其中地表水和地下水資源量相當(dāng)，人均占有量411m3，為安徽省人均占有量的1/3。

阜陽閘水文站屬國家重要水文站，一類精度站，潁河中下游控制站。多年平均地表徑流量45.41億m3，但徑流量的時空分布不均衡，7～9月徑流量占全年的75%，且為平原河道，無水庫蓄水調(diào)節(jié)。汛期大水期間上游來水泥沙和污染較大，不能用于工業(yè)和居民飲用水；汛后河道來水較少，污染加重。阜陽城區(qū)的生產(chǎn)、生活用水基本依賴地下水供給。

近年來，該市地下水需求越來越大。自1970年開始，阜陽城區(qū)34km2范圍對中深層、深層地下水進(jìn)行集中、超強(qiáng)度地開采，1999年達(dá)到高峰，城區(qū)400m左右的深井達(dá)281眼。深井?dāng)?shù)量眾多，無序超采嚴(yán)重，造成水文地質(zhì)災(zāi)害明顯。據(jù)地質(zhì)部門勘察，阜陽城區(qū)中深層地下水的允許開采量為6.8萬m3/r，而實際開采量約14萬m3/r，是允許開采量的2倍多。超量開采造成1200km2地下水位降落漏斗，漏斗中心動水位埋深已達(dá)89m，靜水位埋深64m。地下水位下降引起地面沉降，沉降范圍達(dá)450km2，到2009年市區(qū)最大沉降量已達(dá)1534mm。

三、地面沉降對水位的影響

阜陽閘站位于城區(qū)沉降漏斗附近，觀測計算水位依據(jù)的校核水準(zhǔn)點、基本水準(zhǔn)點和引據(jù)水準(zhǔn)點均在沉降區(qū)內(nèi)，由于各水準(zhǔn)點距沉降漏斗中心距離不同，其沉降量不同步，出現(xiàn)過水準(zhǔn)點下沉、上拔等現(xiàn)象，觀測的水位非真實水位，是相對水位。20世紀(jì)70年代初期，人們對地面沉降現(xiàn)象缺乏認(rèn)識，當(dāng)出現(xiàn)引據(jù)點與基本點、基本點與校核點測量誤差超限時，認(rèn)為引據(jù)點或基本點發(fā)生了改變，其間，阜陽站曾更換過3個引據(jù)水準(zhǔn)點，但問題依然存在。1970～1994年間校核水準(zhǔn)點高程做過多次相對改正，1995年起，阜陽站高程基準(zhǔn)凍結(jié)在校核水準(zhǔn)點，直至現(xiàn)在。

阜陽閘水文站水準(zhǔn)點逐年下沉，觀測計算的水位比真實水位逐年偏高，造成上下游水位逐年偏離真實高程，水位資料不能滿足一致性要求，降低了水文資料使用價值。

四、水位改正

（一）阜陽站水準(zhǔn)點設(shè)立和變動情況

水位計算的依據(jù)是水尺零點高程，水尺零點高程是由校核水準(zhǔn)點高程推求，校核水準(zhǔn)點高程從基本水準(zhǔn)點推求，基本水準(zhǔn)點高程從引據(jù)水準(zhǔn)點推求。要推求水位的真高，就必須知道水準(zhǔn)點的真高。阜陽站引據(jù)水準(zhǔn)點有720（地上暗標(biāo)）、新B.M東和船左下B.M，720（地上暗標(biāo)）位于水文站東北約4km，1964年啟用，1980年停用，1990年被毀；新B.M東位于該站東南約60m，1981年啟用，1984年停用；船左下B.M位于船閘東側(cè)公路橋北下，1986年啟用，2009年修船閘被毀?；舅疁?zhǔn)點淮水文2057，1965年啟用直到現(xiàn)在，保存完好。校核水準(zhǔn)點有閘上校核點T.B.M4和閘下校核點T.B.M3，淮水文2057在該站觀測場西南30m，每年都有和站上下校核點的測量成果，把淮水文2057水準(zhǔn)點的歷年沉降變化真實情況整理清楚，歷年的水位訂正問題就能解決。

（二）基本水準(zhǔn)點歷年沉降情況

經(jīng)走訪各有關(guān)單位，獲取淮水文2057水準(zhǔn)點從1965～2009年間22次精密水準(zhǔn)測量成果，該成果均從非沉降區(qū)外采用Ⅰ等或Ⅱ等水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測量，經(jīng)分析考證認(rèn)為可靠，為淮水文2057的真高系列，淮水文2057歷年沉降變化情況見圖1。阜陽站淮水文2057水文考證系列由沉降區(qū)內(nèi)的引據(jù)點測量而作，相對沉降的改正系列見圖1。

從圖1看，1980年為沉降拐點，1980～1995年為地面快速沉降期，1996年后沉降速度逐漸變緩。上線為水文站考證高程系列，下線為真高系列，1975年以后淮水文2057考證高程與實際高程的差值逐年擴(kuò)大，整體呈現(xiàn)先緩后急再緩的過程，到2009年二者相差1.2338m。由于地面沉降是一個連續(xù)漸變的過程，淮水文2057無實際高程的年份可采用過程線插補(bǔ)得到，這樣就得到淮水文2057歷年的實際高程系列。

（三）上（下）游水位改正

1.根據(jù)調(diào)查的實際高程系列，采用過程線法，插補(bǔ)出與校核水準(zhǔn)點測量時間相同的淮水文2057實際高程，建立淮水文2057的考證高程與實際高程系列。

2.根據(jù)淮水文2057與校核水準(zhǔn)點之間每年的實測高差，推求校核水準(zhǔn)點的實際高程系列，刊印的相對水位與真高水位差值即為高程改正值。

因閘上（下）水尺與閘上（下）校核水準(zhǔn)點同在垂直于水流方向的斷面上，距離較近，可認(rèn)為水尺零點高程與校核水準(zhǔn)點高程同步變化，故校核水準(zhǔn)點考證高程與實際高程的差值即為對應(yīng)水尺斷面的水位改正值（具體數(shù)值略）。水文年鑒刊印的歷年阜陽站上（下）游水位減去對應(yīng)的改正數(shù)值即為真高。改正值的年節(jié)點為校核水準(zhǔn)點測量時間，節(jié)點間按時間內(nèi)插月、日改正值。

五、合理性檢查分析

以阜陽閘閘上游水位與該站潁河上游71km處界首站、泉河上游70km的楊橋閘閘下水位進(jìn)行合理性分析對比，各站凍結(jié)基面均換算為黃?；姹容^。選近期水文年鑒刊印的2009年資料做對比分析，潁河阜陽閘與界首站間的耿樓閘樞紐于2009年5月下旬正式運(yùn)行，選用1月1日～5月21日不受耿樓閘調(diào)控的水位做對比分析（見圖2）。圖2可看出阜陽閘水位沒有訂正前均比上游的界首、楊橋閘下水位偏高1m左右，這與水往下游流的理論明顯不符。用計算出的訂正數(shù)值進(jìn)行訂正后點繪各站水位過程線圖（見圖3），阜陽閘上水位線在上游界首和楊橋閘下水位線的下面，這樣符合自然的水流規(guī)律，說明改正后水位比較合理。

六、存在的問題及建議

（一）地面沉降現(xiàn)象普遍，亟需專項解決

目前，淮北地區(qū)深層地下水逐步成為當(dāng)?shù)爻鞘?、集?zhèn)的主要飲用水源，且部分工業(yè)用水大戶亦將其作為應(yīng)急水源或主水源。由于深層地下水的補(bǔ)給存在特殊性，而當(dāng)?shù)氐乇硭廴倦y以短期內(nèi)得到明顯改觀，地面沉降現(xiàn)象將普遍顯現(xiàn)，正式公布的地面沉降區(qū)已有阜陽、亳州、界首，由于部分水文站距城鎮(zhèn)較近（有的在市區(qū)），可能出現(xiàn)類似阜陽閘站水位假性偏高的問題，必須提早謀劃，防患于未然。

（二）加強(qiáng)地面沉降區(qū)水準(zhǔn)點的保護(hù)和設(shè)置

地面沉降區(qū)阜陽站引據(jù)點、基本點和校核水準(zhǔn)點曾更換多個，因城建施工附近的引據(jù)點均已被破壞，3個基本點毀壞2個，校核水準(zhǔn)點更換3個，只有淮水文2057保存完好，這給后期的水位分析改正帶來一定困難。建議地面沉降區(qū)內(nèi)設(shè)置永久性水準(zhǔn)基點（設(shè)置在基巖上），易于引測，精度也高，方便使用，不存在后期的水位訂正。對設(shè)置永久性水準(zhǔn)基點有困難的沉降區(qū)，應(yīng)保護(hù)好歷史上使用過的各等級水準(zhǔn)點，利于今后水位的分析與訂正

安徽省阜陽水文水資源局 236000）