上海市应急供水（兼回灌)深井规划选址初步分析

朱晓强 俞俊英 刘金宝

（1.上海市地质调查研究院 上海 200072;2.国土资源部地面沉降监测与防治重点实验室 上海 200072)

1 引言

改革开放以来，国内城市化进程不断加快，水资源在经济社会发展中的重要性日益凸显。尤其是近年来各地水污染事件频发，给人们的饮水安全带来了严重隐患。作为中国经济发展制高点的上海市，一方面先天的地理优势给予了它充足的地表水源，但另一方面地表水质却又受制于上游来水，一定程度上增加了上海市供水安全的不确定性。为最大限度地减小突发供水事件所带来的不利影响，上海市结合自身特点将辖区内所蕴含的优质地下水资源作为应急储备水源，并规划建立覆盖全市范围的地下水应急网络。然而，该应急供水网络的性质决定其仅在紧急状况下启用，平时则长期处于闲置状态。为充分发挥其功用，根据《上海市地面沉降防治管理条例》及上海市应急供水水源地建设的相关要求，上海市拟结合本市部分体育场、绿地、医院、公园等应急避难场所建设，选择其中符合水文地质条件的区域，规划建设应急供水（兼回灌)深井，应急状态下作为应急供水水源使用，有需要时用作地下水回灌以发挥日常地面沉降防治功能。

2 规划选址的影响因素

上海市应急供水（兼回灌)深井的规划建设除考虑应急避难场所的布局外，区域水文地质条件、目的含水层的地下水水位现状及地面沉降发育程度等成为规划选址最重要的基础性决定因素。

2.1 区域水文地质条件

上海位于长江三角洲东缘，太湖流域下游，第四系松散层发育，分布有多层以含砾中粗砂、中细砂或砂砾石的含水层。其中所蕴含的孔隙水可根据成因和水动力条件的不同划分为7个含水层，即潜水含水层、微承压含水层、第一～五承压含水层。那么，规划建设应急供水（兼回灌)深井的区域应具备怎样的水文地质条件才是适宜的呢，以下对上海市水文地质条件的发育情况进行简要的分析。

（1)潜水、微承压含水层

潜水、微承压含水层在全区普遍分布，但厚度发育状况差异性大，富水性差，潜水水质以淡水为主，微承压水质以微咸水～咸水为主，因此无集中供水价值。

（2)第一承压含水层

第一承压含水层在全区除嘉定大部、宝山北部、青浦淀山湖地区及崇明岛缺失外，其余地区均有发育。该含水层在全区富水性差异性较大且水质差，矿化度以 3～10g/L为主，因此除工程建设外未被开采利用。

（3)第二、第三承压含水层

第二、第三承压含水层在全区除基岩凸起区外普遍分布，且厚度较大，富水性较强，但水质一般，淡水分布面积仅占全区的20%～40%。此外，为遏制由过量开采地下水（主要是第二、第三承压含水层)而引起的地面沉降不断恶化的趋势，上世纪 60年代中期起，压缩开采量、调整开采层次（转为更深的第四、第五承压含水层)及地下水人工回灌等一系列措施相继开展。目前第二、第三承压含水层地下水位已恢复至较高的水平，因此不宜将其选为新建应急供水（兼回灌)深井的目的含水层。

（4)第四、第五承压含水层

第四、第五承压含水层在全区除基岩浅埋处无堆积外分布较为广泛，厚度较大、富水性好、水质佳，有相当数量的开采井已被发现其地下水为富含锶、偏硅酸的优质矿泉水，故是上海地区最良好的饮用水源。鉴于地下水开采层次的调整，上世纪 70年代起，第四、第五承压含水层的开采量急剧增加，导致全市范围内发育多个地下水位降落漏斗，整体水位一再降低。近年来，伴随着全市地下水开采量的不断压缩及地下水人工回灌量的逐步增大，目前该含水层地下水位呈缓步回升的态势，但仍处于较低水平。因此，从应急开采水源的质、量及人工回灌的水力梯度、储水空间等方面来说，规划新建应急供水兼（回灌)深井时选取该含水层是切实可行的。

2.2 地面沉降发育状况

地面沉降是指自然和人为因素作用下地面高程降低的现象。除地壳升降运动、土体自然固结等自然因素外，人为因素（主要表现为开采地下流体资源、固体矿产等活动)在地面沉降中的作用日益凸显。经过 50多年的勘查监测与分析研究，对导致上海地面沉降的影响因素已经有了清晰、正确和符合实际的判断和认识。即：大量开采地下水是主要原因，而第四纪未固结松散地层的压缩变形是内在因素。经过几十年多方的共同努力，地面沉降防治效果持续体现，全市年平均地面沉降量已由上世纪中期几十毫米减少至如今的十毫米以内，地下水人工回灌作为上海地区防控地面沉降措施之一在这其中发挥了重要的作用。

目前，全市地面沉降持续保持逐步趋缓的态势，但地面沉降的差异性仍较明显。据最新监测资料，全市范围内闵行华漕地区、浦东外高桥地区以及杨浦区等局部区域地面沉降较大，年度沉降量均超过10mm，其余地区地面沉降量较小，一般小于5mm，局部地区还表现出地面回弹的趋势。为更好的贯彻实施《上海市地面沉降防治管理条例》等法规的要求，做好地面沉降防控工作，在规划建设应急供水（兼回灌)深井时，应结合全市地面沉降发育现状，重点考虑地面沉降发育程度相对严重的区域。

3 应急开采及回灌对地质环境的影响

作为深受地面沉降威胁与困扰的上海市，近年来在大幅压减地下水开采量的背景下，规划建设应急供水（兼回灌)深井，未来对全市地下水位分布及地面沉降的发育会造成什么附加影响呢？以浦东新区某已建第四承压含水层应急供水（兼回灌)深井为例，运用数值模拟的手段对其未来运行过程所产生的的附加影响进行预测。该深井所在场区第四承压含水层埋深160m左右，层厚约80m，富水性良好（3000m3/d左右)，水质佳，矿化度为0.5g/L。

应用三维非稳定流地下水运动—一维地面沉降非线性耦合模型，选取经拟合校正及检验后的水文地质参数，取最近一个月末水位作为初始水位，周边取二类流量边界，预测模拟的时间步长选为30d、60d、90d。设定其单井应急开采量为 2000m3/d，单井年回灌量 104m3，选取合适的模拟时间预测应急开采和人工回灌对地下水位及地面沉降的附加影响。

经预测，开采 30天后，最大水位降深为0.85m，最大影响范围距该井约0.85km；最大地面沉降附加下降量约为1.3mm，最大影响范围距该井约 1.1km；开采 60天后，最大水位降深为0.95m，最大影响范围距该井约1.25km；最大地面沉降附加下降量约为1.45mm，最大影响范围距该井约1.45km；开采90天后，最大水位降深为1.45m，最大影响范围距该井约1.5km；最大地面沉降附加下降量约为1.6mm，最大影响范围距该井约1.9km。此外，应急备用开采井在全区范围呈零星点状分布，并且应急开采与一般开发利用不同，其具有短暂、临时、抽取数量很有限的特点。因此，应急开采地下水对地下水位及地面沉降附加影响均十分有限。

当单井回灌量达到104m3/a时，该深井附近地区地下水水位普遍抬升0.05～0.11 m，最大影响范围达2.3km；此外，实施人工回灌 104m3/a后，其对地面沉降产生减少沉降的效应，表现为该深井附近地面普遍少沉了0.10～0.20 mm，最大影响范围达2.1km。因此，应急供水（兼回灌)深井未来发挥地下水回灌功能时，作为点状设施对局部区域控制地面沉降能够起到一定的作用，而作为构建全市地下水回灌网络中的重要组成部分，对全市地面沉降防控工作来说不可或缺。

4 结语

上海市自2009年开始规划建设应急供水（兼回灌)深井，截至 2013年底，全市已建成应急供水（兼回灌)深井 31口，主要分布在中心城区、金山区及崇明县南部等区域。然而，对比2020年全市规划常住人口约2600-2700万人的规模，全市应急供水体系尚处于起步阶段，现状条件下仍有较大的应急供水缺口，应急供水设施布局也不尽合理。为进一步科学合理地建设完善全市地下水应急供水体系，本市已开展了《上海市地面沉降监测和防治设施布局专项规划（2013-2020年)》，其中分规划“地下水专门回灌井及应急备用井布局专项规划”指出，上海市近期将新建应急供水（兼回灌)深井64口，远期新建286口，最终将逐步覆盖全市范围。

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