北京西郊地区地下水恢复适宜水位分析

摘要：北京西郊地处永定河冲洪积扇顶部，地下水丰富，然而多年来的过量开采使得该区地下水位下降幅度较大。南水北调水进京后，地下水开采量将减少，因此需要开展恢复适宜水位研究，控制地下水位恢复。根据研究区水文地质条件，通过砂石坑、地下建筑、垃圾填埋场调查进行工程与环境限制水位的研究，对比历史流场后确定1983年枯水期流场为地下水位恢复的适宜水位。

关键词：工程限制水位；工程与环境限制水位；适宜水位；地下水流场

中图分类号：P641；TV213文献标识码：A

文章编号：16721683（2013）05010804

北京西郊地区是北京市重要的供水水源区和水厂集中地。从20世纪70年代开始，随着城市规模的扩大以及人口、经济的迅猛发展，地下水长期处于过量开采状态，部分含水层出现局部疏干现象，引发地面沉降、水质恶化等地质环境问题。南水北调工程将极大地缓解中国北方水资源严重短缺的局面，而与北京息息相关的南水北调中线工程将于2014年汛期后全线通水。届时在水源充足情况下，通过合理减采、回灌等方式回补地下水，地下水位将逐步回升，缓解由于地下水过量开采引起的各种环境地质问题。然而，地下水水位回升不当同样会引发一系列地质环境问题[13]，如固体垃圾填埋场浸泡引起地下水污染；建筑物地基软化，承载力降低、建筑物开裂和变形、地下室渗漏等情况。因此，研究“地下水恢复适宜水位”具有重要的现实意义。

1研究区概况

研究区西部以山区为边界，东部边界为自北向南由昆明湖、紫竹院、陶然亭至西红门一线，南部则是西红门经狼垡至南岗洼一线（图1）。研究区地处永定河冲洪积扇形成的山前倾斜平原，除沿山麓一带形成宽度不等的坡积及洪积层外，广大平原区均以冲洪积相为主，地下水丰富。冲洪积层由西向东，岩性由粗变细，由单一层逐渐变为多层，地下水类型由潜水变为承压水，渗透性能减弱；底部为第四系冰碛泥砾或第三系半胶结的砂砾岩、泥岩，为弱透水边界。因此，在研究区范围内形成一个水位容易回升的空间。

2研究方法

地下水恢复适宜水位指在不产生新的工程地质和环境地质等问题前提下，地下水位能够回升的适宜高度。主要限制条件有两个：一是建筑物基础、地下空间利用的工程设防水位的限制；二是砂石坑、固体废弃物填埋场地质环境条件的限制。因此本次研究对研究区地下建筑、砂石坑、垃圾填埋场等限制性因素进行了深度调查，并将调查成果插值形成限高水位。由于限高水位只代表工程适宜性，而并不符合研究的水文地质条件，因此通过历史流场和限高水位的对比，确定某年份的历史流场为适宜水位。具体研究思路见图2。

3结果分析

3.1工程设防水位的确定

研究区工程地质条件较好，地层结构单一，地基承载力较高。建筑物密度以30%～50%为主，建筑物高差较大，中高层建筑、多层建筑和平房比例约为3∶5∶2。地下空间的利用范围为-30 m以浅，主要为有大型地下商城、地下通道、地下管线、管廊等，其中地下停车场约占30%，地下交通集散空间约占30%，其余为商业设施、设备用房等[4]。根据收集资料和实地调查，防水要求严格的地下室或地下构筑物，通常采用历史最高水位作为设防水位，但一般建筑物采用规范规定的近3～5年最高水位进行设防。利用300多份建（构）筑物设防水位调查分类统计结果，结合地下空间利用控制深度和北京平原区地下水位变化趋势，得出研究区工程限制水位等值线（图3）。

3.2地质环境限制水位的确定

地下水水位回升不当，极易造成固体废弃物与地下水的接触，污染地下水。此前有很多人进行了北京西郊地区砂石坑回灌数值模拟的工作[57]，

以确定砂石坑回灌对该地区地下水水位及水质的影响。北京西郊地区老山砂石坑回填物一旦被水浸泡，其污染物会经过28年运移最终达到水源三厂[8]。

据调查，研究区现有砂石坑主要分布在永定河河道、南旱河河道、永定河引水渠附近。其中永定河西岸分布3个，永定河引水渠附近2个，老山北1个，南旱河附近1个，砂石坑基本情况见表1。另外，研究区现有垃圾填埋场共49个，垃圾填埋场填埋深度5～20 m不等。埋深较大、水位回升潜在危险较大的垃圾填埋场情况见表2。

将垃圾填埋场、砂石坑调查点绘于工程限制水位等值线图上，对比工程限制水位标高和砂石坑、垃圾填埋场坑底标高，选取二者基底标高较小的作为地下水恢复的限制标高，形成工程与环境的限高水位（图4）。

工程与环境的限制水位仅仅是地下水恢复的限高水位，现实中的地下水流场不可能出现限高水位形态的地下水流场，地下水流场是受水文地质条件控制和开采活动干扰，具有自身的分布规律。因此本文在历史上曾经存在的地下水流场中，寻找一个最接近该限高水位的流场作为地下水恢复的适宜水位。

3.3适宜水位分析

根据永定河冲洪积扇中上部地下水动态观测孔动态曲线[9]（图5）可知，20世纪70年代以前开采量较小，地下水水位处于相对高位状态；进入70年代，地下水位下降迅速；80年代开始，永定河断流及连续降水偏枯年份使地下水补给量减少，地下水水位下降，到80年代中期达到第一个低点；80年代后期连续丰水年及节水、减少开采等措施的实施，地下水位保持稳定或略有下降，但2000年以后水位下降速率再次加大。

永定河流域历史最高水位为20世纪70年代初，对防水有严格要求的建筑工程设防水位多选用该时期水位，1975年至1985年水位下降剧烈，形成第一个水位低点。由于限高水位与该时期水位关系密切，因此选取1975年-1985年中间段1979、1980、1981、1982、1983年西郊地区水位等值线，与工程和环境限制水位进行对比（图6），发现1979年水位等值线高出限高水位较多，1983年水位等值线基本未超过限高水位，因此确定1983年枯水期水位为地下水恢复的适宜水位。

4结语

本研究过程综合考虑了工程限制因素、环境地质限制因素，以及历史地下水流场，确定了北京西郊地区地下水恢复的适宜水位为1983年枯水期流场，对指导有关部门恢复生态、地下水储存等有指导、借鉴意义。今后，北京西郊地区无论是因减采或者回灌方式恢复地下水位时，均应密切监测地下水位动态，确保水位恢复不能超出适宜水位。

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