——基于地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的考慮"/>
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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]。
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。
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。
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。
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]。
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。
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。