沈純怡 凌冰 盧愷力 許健 陳亮 吳丹

(核工業(yè)湖州勘測規(guī)劃設計研究院股份有限公司中心實驗室 浙江湖州 313000)

地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)是指對某一特定人類技術(shù)—經(jīng)濟活動做出響應的地質(zhì)環(huán)境的有機整體，它的變化的影響具有時間和空間上的超距性，并有社會共享性，系統(tǒng)的邊界與參數(shù)具有模糊性與不確定性，演化具有不可逆性和難控性，從而決策具有風險性，是軟硬結(jié)合的系統(tǒng)[1]。雄安新區(qū)的設立不僅可轉(zhuǎn)移北京的非首都功能，緩解首都地區(qū)的資源環(huán)境壓力，同時能夠推進京津冀整個區(qū)域的協(xié)同發(fā)展，功能互補，新區(qū)發(fā)揮巨大的虹吸功能，吸附大量的資源、企業(yè)、人口，以期拉動北方經(jīng)濟，最終實現(xiàn)改善、平衡南北經(jīng)濟差異。整個建設規(guī)劃包括有以資源環(huán)境承載能力為剛性約束條件的國土空間格局構(gòu)建，堅持生態(tài)優(yōu)先，嚴格控制建設用地規(guī)模，科學劃定生態(tài)保護紅線、永久基本農(nóng)田和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界三條控制線[2]。

顯然，雄安新區(qū)的發(fā)展定位和建設目標意味著超大規(guī)模的基礎建設，大量人類活動的爆發(fā)式增長，并將長期保持一個高水平的活動強度，這將不可避免地對整個區(qū)域的生態(tài)環(huán)境帶來巨大的影響。由于地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)是一種類似于人工-自然復合系統(tǒng)，各組成要素之間具有錯綜復雜的相互作用和依存的關(guān)系。因此，梳理已有地質(zhì)成果資料，從地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)分析的角度對雄安新區(qū)建設過程中可能遇到的環(huán)境問題作前瞻性分析，對該系統(tǒng)的演變規(guī)律獲得必要的認知。在此基礎上，本文還針對性地提出了注意要點和規(guī)避措施，以期構(gòu)建優(yōu)化。

1 雄安新區(qū)自然地理和地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀概況

雄安新區(qū)地處于太行山以東、冀中平原的中部，屬太行山麓平原向沖積平原的過渡帶。同時，雄安所處區(qū)域又是在南拒馬河的下游，位于大清河水系沖積扇上。新區(qū)內(nèi)的白洋淀是華北平原最大的淡水湖泊，也是大清河水系的前緣洼地。全域地勢呈西北較高而東南略低，海拔標高7～19 m，自然縱坡約0.1%，被定為緩傾平原，具有深厚土層，且地形開闊，其境內(nèi)有數(shù)條古河道，植被的覆蓋率相對較低[3]。雄安新區(qū)分布有4個地面沉降影響區(qū)，但大部分地方無明顯的沉降，較為穩(wěn)定。近年來，降雨量的持續(xù)減少和地下水超采，造成地下水位的大幅度下降。因此，雄安地區(qū)的地裂縫形式主要是以滲透潛蝕型地裂縫為主，其重要原因就是人類活動和外營力地質(zhì)作用。

雄安新區(qū)地下水補給源比較充足，區(qū)內(nèi)淺部地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水。含水層厚度大，和地表水的聯(lián)系具有千絲萬縷的聯(lián)系，例如：湖水可以通過湖底大量滲漏、湖邊大面積側(cè)滲等方式補充和涵養(yǎng)該區(qū)地下水源[4]。雄安新區(qū)內(nèi)的天然氣和原油儲量豐富，并且具有較廣的地熱田，據(jù)統(tǒng)計面積約為670 km2，因此也具有豐富的地熱水儲量。此外，還探明礦泉水資源的總儲量近4億 m3，其碘、鋰、鍶、偏硅酸和礦化度均達到國家礦泉水飲用標準，另有礦產(chǎn)資源主要有粘土和建筑用沙[5]。

經(jīng)過多年的發(fā)展，隨著新區(qū)大規(guī)模建設與人員活動的增加，雄安新區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境發(fā)生了較大的變化，呈現(xiàn)了比較明顯的變化趨勢。

1.1 土地資源

雄安新區(qū)的土地資源一般按林草資源和耕地資源劃分。其中，林地資源的總量有所增加，耕地資源有一定程度的減少。其土壤環(huán)境質(zhì)量總體優(yōu)良，新區(qū)永久基本農(nóng)田劃定、建設用地規(guī)劃調(diào)整都已通過土壤調(diào)查得到了較為明晰的制定依據(jù)。根據(jù)土調(diào)顯示，雄安起步區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量總體清潔無污染風險，其中一等無污染風險區(qū)域面積超過99%。調(diào)查新發(fā)現(xiàn)富硒耕地主要分布在容城縣南近600 hm2。

1.2 水資源

水資源分為地表水和地下水，并且絕大部分（超過90%）是地下水[3]。雄安新區(qū)的白洋淀濕地是其地表水資源的主要集中場所，目前來看，水位變化特征變化不大。但是通過引入黃濟淀的水源，水位均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。淺層水位主要受降雨和農(nóng)業(yè)灌溉的影響，而深層水位主要受人工開采的影響。地下水監(jiān)測顯示，深層地下水下降比例仍然較高，但是值得肯定的是淺層水位目前較為穩(wěn)定，且有上升的趨勢。近年來，受降水量增加、南水北調(diào)補水和改變種植結(jié)構(gòu)等因素，多個地區(qū)淺層地下水水位明顯上升。此外，目前已經(jīng)在容城西北部圈定了后備水源地靶區(qū)，來實現(xiàn)供水的應急保障作用。

1.3 濕地資源

白洋淀濕地作為華北最大的淡水湖，也是平原上最大的天然水庫，是維護整個區(qū)域生態(tài)平衡的不可替代的角色。為此，我國在《河北雄安新區(qū)總體規(guī)劃》的基礎上，專門制定了《白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護規(guī)劃（2018—2035年）》，可見其地位和重視程度。白洋淀濕地的水域面積較為廣闊，曾經(jīng)的白洋淀水質(zhì)以V 類或劣V 為主，雄安新區(qū)成立以來，白洋淀水質(zhì)持續(xù)改善，湖心區(qū)水質(zhì)已提升到Ⅳ類，但是目前仍有如COD等水質(zhì)檢測項目超標。

1.4 地熱資源

最新鉆探結(jié)果顯示地熱資源開發(fā)利用潛力巨大，整個區(qū)域的水位埋深理想和水溫都接近或者超過100 ℃，儲量、溫度非常理想，易回灌，適宜規(guī)?；_發(fā)利用，可為打造綠色生態(tài)宜居新城區(qū)提供穩(wěn)定安全的清潔能源供給。碳酸鹽巖熱儲水位呈逐年下降趨勢，漏斗中心部位地下水承壓水頭下降速率較高；出水溫度穩(wěn)定，至今未監(jiān)測到下降。

2 建設過程可能的問題

2.1 地質(zhì)缺陷

雄安新區(qū)被發(fā)現(xiàn)的地裂縫有約80處，且有部分區(qū)域發(fā)育廣泛，在容城縣城附近較為集中。主要有兩個沉降中心，新區(qū)地面沉降主要發(fā)育南北兩個區(qū)域，北部分布在雄縣大營鎮(zhèn)至北沙口一帶，與霸州—固安的沉降區(qū)連成一片；南部則分布于安新縣蘆莊鄉(xiāng)至老河頭鎮(zhèn)、龍化鄉(xiāng)與劉李莊鎮(zhèn)一帶，并與高陽沉降區(qū)連成一片。雄安新區(qū)及其鄰區(qū)在斷裂和地震方面現(xiàn)今活動均較為微弱，雖然有一些斷裂帶，但是整體地質(zhì)構(gòu)造較為穩(wěn)定，同時砂土液化程度不高，主要的隱伏基巖斷裂在當前地應力下均不存在滑動失穩(wěn)風險，但地應力動態(tài)變化仍需實時監(jiān)測，主要隱伏基巖斷裂未來的活動趨勢和滑動失穩(wěn)風險還需實時關(guān)注。隨著建設活動的開展，地下水超負荷開采，造成地下水位明顯降低，并且由于近年來該區(qū)域降雨量連續(xù)減少的原因，原先的土體結(jié)構(gòu)和應力狀態(tài)被改變，產(chǎn)生了人類活動影響或外營力地質(zhì)作用為主形成的地裂縫。此外，雄安新區(qū)地勢低洼，經(jīng)常發(fā)生洪澇災害，嚴重破壞雄安新區(qū)的生態(tài)環(huán)境，并且會造成嚴重的經(jīng)濟損失和一系列社會問題。

地熱資源是一種綠色的清潔能源，如前文所述，雄安新區(qū)的地熱資源豐富，因此規(guī)?；拈_發(fā)利用具有很好的經(jīng)濟社會效益，能給新區(qū)的人民帶來極大的收益。但是在現(xiàn)有經(jīng)濟和技術(shù)條件下，水熱型采灌作為一種熱效率最高的直接利用方式之一被廣泛應用。該技術(shù)中的關(guān)鍵步驟是回灌，這個步驟采取的是一種保持熱儲壓力的同時，能夠有效避免地熱廢水直接排放引起污染的主要方式，但同時應關(guān)注到回灌技術(shù)也會引起相關(guān)如地震等地質(zhì)災害的主要因素之一[6]。

2.2 資源不足

主要是水資源的不足，據(jù)統(tǒng)計，由于氣候變化和長期過度開采，華北雄安新區(qū)地下水位持續(xù)下降，導致不同含水層中地下水的混合增強，區(qū)域地下水化學特征發(fā)生顯著變化，特別是白洋淀水位多年來大幅度下降，長久以來，周邊區(qū)域都基本處于缺水狀態(tài)。雄安新區(qū)淺層地下水（＜150 m）具有高鹽度（TDS＞1 000 mg/L）和高錳、高鐵濃度的特點，而深層地下水水質(zhì)較好，鹽度較低。由數(shù)據(jù)顯示，即使是在豐水年份，白洋淀地表水資源很難滿足該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展對水資源的巨大需求。白洋淀正面臨著水短缺與濕地退化的雙重壓力，區(qū)域水安全與生態(tài)安全不容樂觀，在“以水定城”的可持續(xù)性社會發(fā)展布局下，水短缺和濕地退化將成為未來雄安新區(qū)建設所面臨的兩大挑戰(zhàn)[7]。近年來，由于建設的需要，地下水的過度開采和使用不僅僅會導致生態(tài)、地質(zhì)環(huán)境平衡遭到破壞，造成供需矛盾，更會拖慢建設進度和人民生活的幸福和獲得感。目前，關(guān)于雄安新區(qū)未來用水強度指標與需水量預測系統(tǒng)性的研究報道較少[8]，針對新區(qū)未來發(fā)展情景存在不確定性這一特征，在概化雄安新區(qū)不同發(fā)展情景的基礎上，參考借鑒國內(nèi)外新區(qū)與發(fā)達城市的用水效率值，預測雄安新區(qū)在不同發(fā)展情景下的生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水強度指標，進而系統(tǒng)地計算預測雄安新區(qū)在不同發(fā)展情景下的蓄水量。

2.3 環(huán)境污染

環(huán)境污染包括水污染、土壤污染和空氣污染，這些都是大規(guī)?；A設施建設和高強度的人類活動必然帶來的次生問題，既可能是人為的如工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活性的內(nèi)源污染，也有可能是意外性的，但是如何控制，靠前預防和控制要比后期治理代價小得多，危害程度也輕的多。該地區(qū)還有長達百年歷史的金屬冶煉區(qū)，已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)化的趨勢，研究表明：該區(qū)域土壤中鉻、鋅、鎘、鉛元素超標主要受冶煉活動影響，部分重金屬危害比例超過60%，給人民群眾特別是兒童帶來較高的健康風險[9]。事實上，該土壤重金屬污染問題僅僅是人類活動導致環(huán)境問題的一小部分，這既是環(huán)境問題，也是社會發(fā)展問題。以水污染為例，白洋淀地區(qū)的地表水、地表土層、地下水存在狀態(tài)互相依存。白洋淀流域淺層地下水含水層巖性疏松、滲透性能極強，因而在一處遭受嚴重污染的同時，另外的多個層次的水也會同時遭受污染，雖然受污染的度不一[4]。曾經(jīng)白洋淀周邊各縣區(qū)工廠企業(yè)的廢水、污水都排入河流，最終進入白洋淀，造成淀水不同程度的污染，這種影響不是3～5年可以完全消除的。污染物有可能污染地表水后流入地下水使生物多樣性降低，部分種群出現(xiàn)滅絕，嚴重的生態(tài)環(huán)境破壞[10]。經(jīng)過多年的治理，白洋淀的水質(zhì)仍有主要組分超標。

3 對策建議

3.1 水環(huán)境的持續(xù)管理

因雄安新區(qū)在整個華北平原地區(qū)處于地勢較低的地帶，海拔較低，需要根據(jù)實際情況，建立完善的、高標準的防洪體系，不斷完善防洪設計，避免雄安新區(qū)的良好環(huán)境受洪澇災害而造成嚴重經(jīng)濟損失。針對水資源，應建立輸水工程，應實現(xiàn)補水的常態(tài)化與永久化，避免出現(xiàn)白洋淀水荒的問題，進而保證雄安新區(qū)的生態(tài)安全。針對水污染，尤其是前文所述白洋淀濕地的水污染目前仍達不到規(guī)定的水質(zhì)要求，應采用綜合治理方式，解決水污染問題，恢復生態(tài)系統(tǒng)功能。建議深入查明白洋淀區(qū)淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和滲透性，建立白洋淀區(qū)50 m以淺地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，研究地表水—地下水相互作用機制和規(guī)律，為白洋淀生態(tài)修復提供了基礎地質(zhì)資料，并持續(xù)性地實現(xiàn)生態(tài)修復。此外，還應當加強整治海河生態(tài)系統(tǒng)，并進一步加強整治平原河道。

3.2 地質(zhì)缺陷的防范

據(jù)監(jiān)測，唐山等強震區(qū)發(fā)生震級上限地震時產(chǎn)生的地震烈度傳來時將會成為Ⅳ～Ⅶ度，雄安新區(qū)及相關(guān)重大工程抗震設防烈度調(diào)整至Ⅷ度。同時，還應該建立廣泛的監(jiān)測體系來關(guān)注基巖斷裂未來活動和失穩(wěn)風險，例如：地應力的動態(tài)變化，進一步關(guān)注華北典型強震區(qū)斷裂活動帶來的影響。為減弱砂土液化區(qū)的影響，考慮到地下水壓采導致的水位上升，借鑒北京與河北其他地區(qū)的抗浮水位經(jīng)驗值，可以按地下水位埋深進行預估地震液化判別。提高砂土密度，緩解砂土液化發(fā)育區(qū)影響，建議采用振沖、夯實等措施，通過排水等措施降低砂土孔隙水壓力，采用整體性較好的筏基、深樁基等方法進行處理。而至于斷層滑動，需要關(guān)注主要隱伏基巖斷裂未來活動趨勢和滑動失穩(wěn)風險。有研究表明：可以在地熱地質(zhì)綜合調(diào)查的基礎上，基于地質(zhì)力學理論和一定的模擬方法來評價區(qū)域內(nèi)主要斷層特征。獲得的地應力分布可以用來量化區(qū)域內(nèi)的天然斷層在規(guī)?；_發(fā)利用情況下的激活可能性[6]。

3.3 綜合性措施

正因為地質(zhì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的關(guān)鍵要素多，并且互相作用。因此，建議構(gòu)建多尺度地下空間三維結(jié)構(gòu)，建立雄安新區(qū)全方位的自然資源環(huán)境綜合監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)地上地下多層次的監(jiān)測數(shù)據(jù)的集成化管理和分析。重大資源環(huán)境問題的解決需要對空氣質(zhì)量、地下水位、水質(zhì)和土壤質(zhì)量、林地草地和濕地空間分布、地面沉降和地裂發(fā)育的關(guān)鍵指標的進行持續(xù)動態(tài)監(jiān)測，同時依托數(shù)字化的智慧平臺，建立專家?guī)?，完善應急預案，實現(xiàn)對全要素監(jiān)測信息的把控，不限于滿足實現(xiàn)查詢統(tǒng)計、綜合分析和預警服務。

4 結(jié)語

在生態(tài)文明建設的大背景下，處于大規(guī)模建設期的雄安地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)相互耦合、共同作用，也可以認為是成為了一個生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)復合架構(gòu)。生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)平衡與災害安全防控應該處于一個動態(tài)平衡，其共生以及互相反饋的機制與模式值得進一步深入研究。總之，系統(tǒng)工程是一個復雜的多要素融合作用的，特別是人為因素，以往單一的問題處理思路必須革新。才能滿足雄安新區(qū)的建設目標的偉大定位的需要。