安徽省淮北平原地下水环境研究

淮北平原水文地球化学特征~

龚建师1 叶念军1 顾慰祖2 哈承佑3 陈乐柱1 葛伟亚1 于俊杰1
（1.南京地质矿产研究所，南京210016；2.水利部南京水文水资源研究所，南京 210024；3.中国地质环境监测院，北京 100087）
摘要：本文基于淮北地区环境同为素数据对区域地下水含水系统划分进行了进一步的明确。基本确定以50～60m为界将区域地下含水系统划分为浅层和中深层两个层组。同时根据同位素和水化学样品数据总结出了区域沿涡河、沙颍河两个剖面的地下水化学特征。淮北平原地下水从上游到下游以自然的水化学演变为主，在周口、亳州、开封南一带叠加了人为污染的影响。
关键词：淮北平原；浅层水；中深层水；水化学；同位素
1 研究区概况及取样测试情况
淮北地区包括豫东皖北苏北近14万km2，地处黄淮之间，是我国重要商品粮产粮区。区域内地势低平，稍有丘陵低山，淮河沿线自上游到下游最大落差不过几十米。淮北平原地处暖温带气候带内，四季分明，年平均气温11℃～16℃，年降雨量900～1100mm，无霜期200～240天。淮北平原地表水主要是淮河各支流以及沂沭泗水系，水资源丰富。
本次水样采集涉及豫皖两省，面积近9万km2，采样时间2003～2004，测试分析时间为2004年初。采样点位共23个（图1）采样项目包括简分析、13C、14C、2H、18O、3H（另外还有CFC、34S、238U、234U，本文不涉及），分别采自20～400m不同深度的水样。采样方案的设计参照国际原子能机构相关规定，采样过程由顾慰祖教授（水利部南京水文所教授，中国科学院水问题研究中心项目专家，国际原子能机构（IAEA）水资源同位素项目专家）作技术指导，简分析样品由江苏地调院检测中心分析，同位素样品由地科院矿产研究所同位素实验室分析（结果见第四部分表1），采样过程严格按照设计方案执行，避免了程序上的纰漏。
2 淮北地区含水系统的划分
黄淮海南部地区较其他区域而言是研究程度较低的区域，关于淮北平原第四系含水层位划分一直没有定论。传统上以50～60m左右深度较厚一层粘土为界将区域含水系统分为浅层含水层组和中深层含水层组。
本次同位素测试数据汇总后，尤其18O同深度的关联性，可以找出规律，对传统的划分方法是一个有力的印证。如图2，是不同深度的18O分布图线，从图上可以看出，重氧分布可以划分成两个区域。区域A基本在－7～－8.6之间，且随深度变化，并未呈相应的函数关系递增或者递减。区域2则呈很大的波动，与区域A有明显的差别。同位素丰度变化受很多因素影响，这些因素发生在地球表层不同的层圈中，并且在水文循环中都参与了影响，而地下水由于补径排的复杂性，响应在同位素丰度的结果是众多因素的合成。如今习惯上在分析地下水中同位素时候以新水老水来权衡，也就是成水时间上的效应。新水由于受地表及降雨的影响，重氧丰度值较老水偏高，同一时期形成的水重氧值相近。从图2可以明显看出，在深度60m左右重氧丰度值呈明显的分界，以浅重氧值相近且偏高，说明此范围的水成因时间相近，或者有混合，也就是说此范围的含水层在纵向上是连续的。区域2中重氧的丰度值分散且普遍偏小，说明形成年代较久，且含水层系在纵向上没有太多联系，至于根据分散状况再能具体划分多少层，由于数据量及采样密度所限，这里不能详尽的分析，但是60m左右的界限是可以科学界定的。

图1 淮北地区同位素采样点位示意图


图2 氧－18丰度值与井深关系图

图3是14C测年的结果，很明显，60m以浅和60m以深水样的年龄出现明显差别。并且60m以浅水样年龄基本没有差别，形成时期相近或者有混合，后者的可能性最大，可以推断60m以浅是在纵向上连续的含水层。

图3 地下水年龄与井深关系图


图4 淮北平原地下水水化学三线图

3 淮北平原地下水演化规律
以50～60m为界将流域内地下含水系统分为浅层和中深层含水系统，并就测试数据绘制了三线图，从图中可以找出两系统内地下水的规律性演化。
从三线图上可以看出（图4），浅层地下水总的趋势A区从HCO3型向HCO3－Cl型方向变化，一种表明浅层地下水从上游至下游天然变化，地下水处于溶滤阶段，随着地下水运动途径的延长，溶解度的增加，可以出现HCO3型向HCO3－Cl型方向演化；一种可能与浅层地下水受到污染，导致矿化度、总硬度增加，而形成HCO3－Cl型。
浅层水碱土金属超过碱金属，即Ca＋Mg＞K＋Na离子，大体上处于氧化环境。中深层水碱金属离子超过碱土金属离子B区，上覆有粘性土覆盖，大体上处于还原环境，Ca2＋与Na＋离子进行置换所致。中深层地下水由HCO3型向HCO3－Cl型方向变化B区，可能与人类活动有关，即中深层地下水受浅层水的混合污染有关，也或许是中更新世地下水残留咸化了的HCO3－Cl型水。
大于300mg/L的氯离子、SO4离子毫克当量占70％左右，表示矿化度大于1g/L，表明区内地下水受人为影响严重，水化学趋氯趋硫严重，浅层水已经受到不同程度污染，中深层已经有混合。

图5 淮北平原区域地下水水化学演化示意图

根据对三线图的分析，在区域上可以看出，沿涡河和沙颍河从上游到下游浅层水从HCO3－Ca·Mg型逐渐转变为向HCO3－Cl型（图5）；浅层水在开封附近和周口—沈丘一带出现氯化物富集，可能受到人为污染的影响；中深层水在周口－界首－毫州一带出现Cl—Na型水，可以断定此区域深层水受到浅层水的混合，使得浅层水的人为影响结果涉及到深层水，这个现象在沙颍河流域的郸城、界首尤为明显。
4 淮北平原同位素水文地球化学的认识
同位素测试数据如表1所示，氧－18和氘丰度值关联性（图6）呈现的规律和三线图反映的结果是吻合的。从氘氧曲线可以得到如下结论。

图6 氘氧关系曲线图

流域内无论浅层水、中深层水样品数据，均落在雨水
线附近，并且大部分样品在雨水线下方（图6），表明地下水体均来自大气降水或地表迳流的补给，上述变化规律均符合瑞利蒸发模式。
中深层C区地下水氘值在－62‰～－67‰、δ18O为－8.9‰～10.6‰；
浅层A区地下水氘值在－51‰～－60‰、δ18O为－7‰～8.4‰；
中深层水形成时温度低于浅层水，形成早于浅层水；
B区氧－18值域在－9.5到－8.6之间，可以判断是受浅层混合的中深层水。
该项数据为论证含水系统的划分，改变长期来把地层时代作为含水系统形成时代划分的依据。同时为正确的地下水补给资源、可采资源计算奠定了基础。
取样点中深层地下水多数样点受现代水补给较差，只有少数中深层地下水样点落在浅层水区，表明该点附近中深层水有浅层水混入。
中深部分层样点落在雨水线左上方C区，可能由于水岩相互作用－水解作用，二价铁离子（以FeS形式存在），水解作用使重同位素氧－18耗损，其水化学演化方程应该是：
4FeS+7O2+4H2O→2Fe2O3+4H2SO4
Fe2O3+3H2O→2Fe(OH)3
表1 淮河流域同位素测试部分结果*


δD、δ18O系中国地质科学院矿床地质研究所同位素实验室测试。
δSⅠ、δSⅡ、δ13C、δ14CT（氚）均系中国地震地质研究所同位素试验室测试。
二者均系国家重点实验室采用MAT－250及液体闪烁计数器测试，数据均系2003～2005年测试。
5 结论
淮北平原浅层水和中深层水以50～60m深度为分层界线，传统上以50～60m深较厚粘土为界线划分，但没有定论，根据本次样品分析结果，对传统的划分进行了印证。水化学分析结果表明，淮北浅层水自上游到下游呈HCO3·Ca·Mg－HCO3·Cl·Ca·Mg和HCO3·Ca·Mg－Cl·Ca·Mg变化趋势，前者符合径流途径上的自然变化，后者加入了人为影响（污染）的因素；中深层水以HCO3－Na为主，有部分水样呈HCO3·Cl型，中深层位的地下水受人为活动影响较小，所以Cl的富余是浅层水混入的结果。同位素测试结果证实，浅层水年龄较轻，补排相关性贴近雨水线，部分地区蒸发强于补给；中深层水处于相对封闭的还原环境，存在离子交换作用，地下水年龄在15000年左右（与华北平原一致），沙颍河中游地区有较严重的浅层水混入。
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Resume of Hydrogeochemistry in Huaibei Plain
Gong Jianshi1, Ye Nianjun1, Gu Weizu2, Ha Chengyou3,Chen Lezhu1, Ge Weiya1, Yu Junjie1
(1. Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources, Nanjing 210016;2. Nanjing Institute of Hydrology and Rresource MWR,Nanjing 210024;3. China Institute of Geological Environmental Monitoring, Beijing 100087)
Abstract: There is bifurcation about aquifer partition in Huaibei plain in last twenty years, now the author points out the partition borderline of the aquifers based on isotope data. It can be authenticated that the interface depth of shallow groundwater system and mid-level&deep-seated groundwater system is 50～60 m in Huaibei plain in this article. Each of them is opposite absolute system with groundwater evolvement. Figures about relationship of 18δ& well depth、relationship of groundwater age & well depth can indicate the difference of which.
The author also did enough work about hydromedistry in this area and got plenty of informations this time. The hydromedistry data indicate that the shallow water genre is HCO3·Ca·Mg in upriver changing to HCO3·Cl·Ca·Mg and Cl·Ca·Mg in downriver, and deep-seated water genre is HCO3-Na attended by some HCO3·Cl water mixed with shallow water, the former is natural hydrochemical evolvement from upriver to downriver, the latter can be considered as admixture with deep water and shallow polluted water. An important ting is found this time that content of Cl- in shallow water is high around Kaifeng city and Zhoukou city near Guohe river and Huijihe river(branches of Huaihe river). Conceivable reason is the influence of human beings( especial of pollution). Another discovery is that Cl-Na water is found in deep water in east Zhoukou and west Jieshou area near Shaying river( anoter branch of Huaihe river), which prove that there is eventual blend with shallow influenced water into deep old water.
Isotope data prove that shallow water is newer and δ18O、δ2H in which attach to Meteoric Water line, deep-seated water is older in a close condition and severe mixed with shallow water in Shaying valley area. The age of deep water is approximately same with ones in Huabei plain. One thing need to explain that the 18δ is lower than average level in the lower left of Meteoric Water line. The author think that there may be a chemical reaction consuming 18O so as to less 18δ in the figure of relation of 18δ and 2δ.
Key words: Huaibei plain; Shallow groundwater; Mid-level and deep-seated groundwater;Hydrogeochemistry

一、自然地理概况
（一）地形地貌
工程沿线自北西向南东依次穿越淮北平原区、江淮丘陵平原区及沿江丘陵区三大地貌单元。总的地势为两侧低中间高，以平原为主（占60.34%）。
（1）淮北平原区：属黄淮海平原南缘部分，地形标高20～40m，地势由北西向南东微倾。由巨厚第四系松散堆积物组成，为典型的堆积—剥蚀地貌。管线穿越长度182.9km。
（2）江淮丘陵平原区：工程沿线表现为丘陵、平原相间分布的特征，地形呈波状起伏，标高20～300m不等。丘陵区为剥蚀侵蚀地貌，主要由下古生界和震旦系基岩组成。平原区则为堆积—剥蚀地貌类型，地表主要由上更新统土层展布。管线穿越长度88.9km。
（3）沿江丘陵区：大部分为丘陵岗地，定远县东部、滁州市和来安县一带，丘陵标高100～350m。局部平原地形标高7～50m。东南部与宁镇低山丘陵相接，地面大部分为中、上更新统土层展布。管线穿越长度76km。
（二）气候气象
工程沿线处于我国南北气候过渡带，大体以淮河为界，以北属暖湿带半湿润季风气候区，以南属亚热湿润季风气候区。气候温和，四季分明，雨量适中，光照充足。
全区气温南高北低，多年平均气温14～16℃，1月气温最低，平均为-1～4.0℃；7月气温最高，平均为27.5～28.4℃。
多年平均降水量为800～1500mm，且降水量由北向南渐增，5～9月为汛期，降水量占全年的50%以上。多年平均蒸发量为1000～2000mm，自北向南递减。
（三）河川水文
评估区地表水系主要为淮河流域，仅在东南部为长江流域。较大地表河流有淮河及其支流西淝河、池河。
淮河是安徽段境内最大的河流，干流长度自洪河口至洪山头为432km，河床宽360m左右，吴家渡断面多年平均流量为852m3/s，最大洪峰流量为2280m3/s。西淝河是淮河中游的支流，发源于河南省东部平原区，管线在其上游跨越。池河是淮河中游尾闾的一条主要支流，流域面积5021km2。流量年际变化大，平水期流量仅400m3/s，而在枯水期几乎断流。
二、地质环境条件
安徽段评估区分属华北准地台和扬子准地台两大一级构造单元，基本以郯庐断裂为界，地质环境条件较复杂。
（一）地层岩性
评估区地层区划以郯—庐断裂为界，前第四系分别隶属华北地层区淮河地层分区和扬子地层区下扬子地层分区；第四系隶属华北地层区淮河地层小区。工程沿线大部分地区为第四系分布，仅在怀远县唐集和淮河以南的丘陵地区出露有前第四系（图12-1）。

图12-1　西气东输管道工程安徽段环境地质图

1.第四系全新统、上更新统粉土、粉质粘土类；2.第四系上更新统弱膨胀性粘性土类；3.石炭系、二叠系、白垩系碎屑岩岩组；4.塞武系、奥陶系碳酸盐岩岩组；5.燕山期侵入岩岩组；6.侏罗系火山喷发岩岩组；7.推测主要断裂；8.地面沉降中心及累计沉降量（mm）;9.输气管线
1.前第四系
沿线沉积岩、岩浆岩、变质岩均有出露，其中沉积岩出露面积占90%以上，地层特征见表12-1，变质岩占8%，岩浆岩占2%。主要分布于怀远县、凤阳县、定远县永康及滁州市一带。燕山期岩浆岩分布于定远县藕塘一带。

表12-1　工程沿线前第四系简表

2.第四系
区内第四系由于受新构造运动的影响，淮河北、南差异显著。
淮河以北，地壳总体呈长期缓慢下降，第四系极为发育，自上而下为粘性土和砂性土组成的多层韵律结构。厚度从东南往西北逐渐增大，成因类型以冲积为主；湖积次之。上更新统和全新统广泛展布，下伏下、中更新统。
淮河以南，伴随节奏式上升和断块差异运动，沉积物较薄（5～40m），且变化大。上更新统分布广泛，全新统主要分布于现代河流两侧。
（二）岩土工程性质
根据岩土成因类型、岩性结构、工程力学性质等因素，工程沿线岩土体可分为岩体和土体两大类。岩体进一步划分为4个亚类、5个岩组，土体划分为4个亚类。
各岩组性质、分布等特征见表12-2。

表12-2　岩体类型划分及特征简表

管道工程沿线地表浅部分布的土体，按其工程性质不同划分为中低压缩性粘性土、高压缩性粘性土，砂性土和特殊土4个亚类。其工程性质特征见表12-3。

表12-3　土体类型划分及工程性质特征一览表

（三）地质构造
评估区构造分属华北准地台豫皖坳陷的蚌埠凸起、阜阳—淮南凹陷和江淮台隆，扬子准地台的淮阳台隆及下扬子台坳（基本以郯—庐断裂为界），地质构造较复杂，其东、西两段分别以东西向构造和北东向构造占主导。构造形迹主要表现为褶皱和断裂，其中燕山早期及以前运动以褶皱构造为主，以复背斜和复向斜型式为特征，较大者自北西往南东依次有淮南复向斜、南将军复背斜和张八岭复向斜等。各次级褶皱产状较平缓，轴面直立，有的被断裂破坏。褶皱形成之后以断裂活动为主，同时形成一些宽缓断（坳）陷盆地。区内断裂构造发育，有NNE、NE、S—N、E—W和NW向五组构成，一般规模不大。断（坳）陷盆地有阜阳坳陷，立仓坳陷、来安断陷等，其差异性沉降深度数百米至数千米不等。以NNE向为主。
（四）水文地质条件
评估区可分为三个水文地质区：淮北平原水文地质区、江淮丘陵平原水文地质区及沿江丘陵水文地质区。地下水类型以孔隙水为主。
（1）淮北平原水文地质区：广泛分布第四系及新近系的松散岩类，西北部一般厚100～300m（阜阳一带可达500m），东北部及沿淮厚30～100m。松散岩类孔隙水从上至下可划分为3个含水层组。
① 浅层孔隙含水层组（0～50m）：含水层岩性以粉细砂为主，分布不均。地下水位埋深较浅，在古河道一带单井涌水量800～1200m3/d；古河道边缘或古河间带单井涌水量多小于800m3/d。该层水是目前平原区农灌与农村居民生活用水的主要水源。
② 中深层孔隙含水层组（50～150m）：含水层岩性由细砂、中粗砂构成。淮河以北至颖上、蒙城以南地区含水层厚度20～80m，亳州东南至涡阳一带厚度一般2～18m，为承压含水层组。阜阳市、亳州市、界首市及有关县城，因工业、城市供水集中开采该层地下水，已形成地下水降落漏斗，最大水位埋深达60m以上，单井涌水量一般900～1500m3/d，大者可达3000m3/d。中深层地下水主要接受浅层地下水的向下越流补给和侧向补给，人工开采是其主要排泄方式。
③ 深层孔隙含水层组（＞150m）：含水层岩性主要为洪冲积细砂、中粗砂及含泥钙质半胶结砂砾石层（Q1或N2），厚度一般地区15～80m，古河道区达80～160m。沿淮南、阜南、颖上、阜阳一带含水层以多层、巨厚、粗粒为特征，砂层厚38～169m，水头高出地表0.19～4.27m，其单井涌水量300～2000m3/d。深层地下水的补、径、排条件差，开采条件下可获得含水层本身的侧向补给及弹性释放。
（2）江淮丘陵平原水文地质区：本区自淮河以南至滁州市境（郯—庐断裂带），是孔隙地下水最贫乏地区之一。基岩裂隙水富水性也较差，单井涌水量一般小于50m3/d，池河、淠河等河谷地带及凤阳山等碳酸盐岩浅埋区相对富水，单井涌水量可达100～1000m3/d，地下水位埋深一般为5～15m。
（3）沿江丘陵水文地质区：工程沿线孔隙地下水除沿滁河分布的全新统砂及砂砾石层富水性较好外，大部分地段地下水极为贫乏；滁州等地含有较丰富的裂隙溶洞水，一般单井涌水量500～1000m3/d，大气降水是地下水的主要补给来源。
（五）断裂活动性与地震
评估区及周围地区深大断裂展布方向主要有北北东、北东、北西和近东西向4组，不但控制了区内地层的组合和地貌形态的差异，更由于其活动性，致使地震活动较频繁。
破坏性地震大都分布在霍山、六安和淮河中下游地区，自1400年以来，大致20～30年左右发生一次中强震，最大震级为6.25级。震中大多发生在北东、北西向的断裂带交汇部位，区内的阜阳深断裂和郯—庐深断裂带均是省内重要的控震断裂。
根据最新的地震区划，评估区50年超越概率10%水平的地震烈度为Ⅵ度、Ⅶ度分布区，其中Ⅶ度区分布于四庙—陈营段和袁家庙—藕塘镇段，地震动加速度峰值为100gal；其他地段地震烈度Ⅵ度，地震动加速度峰值50gal。
（六）固体矿产资源
评估区及附近分布的埋藏型固体矿产主要有淮南煤矿和定远县的盐矿、石膏矿；露采型矿产有水泥灰岩、粘土、砂石料等。
（1）淮南煤田：淮南煤田总体走向为近东西向，含煤地层为石炭、二叠系，一般含煤40层，可采煤层厚23～36m，已探明煤层最大垂深为420～1030m，探明区27个，目前开采深度大多在-450m以下，最深达-800～-1000m。该煤田分为淮河以南的淮南矿区和淮河以北的潘谢矿区，淮南矿区年产煤583×104t，规划到2010年可年产煤593×104t；潘谢矿区是淮南矿区的接替区，目前年产煤767×104t，规划到2010年生产量达980×104t；新集矿区年开采量达652×104t，规划到2010年开采量为1580×104t。
（2）定远县东兴盐矿：位于定远县东兴镇，为湖泊蒸发沉积型盐矿，主要矿物为岩盐，矿层位于古近系定远组中。矿层顶板埋深200～500m，矿层呈一大透镜状，矿区总面积14.4km2，分为东段、西段两个矿区，1990年4月正式投产。东段矿区开采深度在500m左右，年产盐40×104t。
（3）定远县石膏矿：位于定远县城西南3km，面积约有2km2，矿层亦位于古近系定远组中。矿区及其外围储量2.14亿吨，矿体埋深100m以下。该矿自1981年开采至今仍在生产，每年采矿矿层亦位于古近系定远组中。面积达4.4×104m2。矿区距管线最近处仅1.5km。
三、人类工程活动对地质环境的影响
评估区及周围地区人类工程-经济活动对自然地质环境影响较大的主要有采矿、抽汲地下水等。
（1）采矿对自然地质环境的影响：工程沿线毗邻的淮南市及滁州市定远县等地，采矿工程活动强烈，开采的矿种有煤、石膏、盐矿等。淮南市采煤已产生采空塌陷面积达57.44km2，塌陷、塌洞43个；定远县石膏矿区已产生采空塌陷面积达10余亩。另外，沿线石灰岩分布地区均有人工采石场，易造成边坡失稳等灾害。
（2）抽汲地下水对自然地质环境的影响：淮北平原区基本上以开采地下水作为供水水源，在城镇集中开采地段已出现地下水超采现象，并引发地面沉降（如阜阳市等地）。此外是矿坑疏干排水（淮南煤矿为岩溶充水矿床）易引发地面塌陷灾害。
四、地质环境条件复杂程度评价
按照区域地质环境背景、地质灾害发育特点、人类工程活动的强度等，工程沿线地质环境条件复杂程度划分见表12-4。其中复杂类型长51km，占本省总长的14.66%。

表12-4　安徽省地质环境条件复杂程度划分表


续表

杨东凡

（安徽省地质环境监测总站，蚌埠233000）

摘要：安徽省淮北平原位于该省北部，平原西部阜阳市地面沉降中心最大沉降量1501mm，采水型地面沉降进一步扩大，推测平原西部地区已发生大范围的地面沉降。淮北平原区饮水型高氟地方病广布，地氟病区占全区总面积的40％。其中，轻病村17942个，占病村总数79.3％；中度病村4529个，占20.0％；重病村148个，占病村总数0.65％。病区乡人口总数1344.4万人，占淮北平原总人口的66％。区域地下水水位持续下降，地下水质量不断劣化。本文通过对以上主要水环境问题的论述，提出了平原区今后工作方向的建议。

关键词：地面沉降；地氟病；水质；水位；工作方向；建议

淮北平原位于为安徽省北部淮河以北地区，东接江苏、南界淮河、西与河南毗邻、北与山东接壤。地理坐标东经114°50′～118°15′，北纬32°25′～34°40′，范围大致包括阜阳、毫州、界首、太和、临泉、阜南、颍上、涡阳、蒙城、凤台、五河、淮北、宿州等县（市），面积约3.83万km²。

安徽省人均与亩均水资源量偏少［1］。人均1221.46m³，亩均923.73m³，仅接近全国平均数的1：2。水资源地区分布差异较大，与人口、耕地的分布不相适应。淮北地区是我国重要的农业和能源基地，人口占全省的42％，耕地占全省的46％，但水资源却只占全省的16％，人均水资源量（476.29m³）和亩均水资源量（654.84m³）均为全省最低，形成水资源极为紧缺的局面。但地下水开发程度高，对地下水的循环条件影响深刻。集中开发利用地下水，已彻底改变了淮北地区地下水的流场，引发的地下水环境问题亟待解决。

1 地质环境背景

1.1 气象水文

淮北平原属暖温带半湿润季风气候区，四季分明。年均气温14℃～15℃，由北至南，多年平均降水量一般700～900mm，每年的6～9月份，约占全年降水量的60％～70％。年均蒸发量1300～1000mm。

淮北平原属淮河流域，淮河为本区南部边界，流经平原长约340km。淮河年平均流量800余m³/s，最大近2300m³/s，最小仅100余m³/s（蚌埠站）。淮北平原区主要支流有谷河、润河、颍河、西淝河、芡河、涡河、北淝河、沱河等。由于河床坡缓，支流多，沿岸降水集中，易发生洪水。

1.2 地形地貌

淮北平原属华北平原的南部，西、北、东分别与豫东平原和苏北平原接壤，南临江淮波状平原。包括北部故黄河泛滥平原、东北部低山丘陵、南部河谷及河间平原三个部分。除东北部散有形若“孤岛”状的低山丘陵外，其余地势均平坦开阔，并由西北向东南缓倾，坡降1：8000。平原由丰厚的第四纪堆积物组成，呈现典型的堆积性地貌景观。全新世以来黄河频繁决口、改道，大量的泥沙堆积于豫、鲁、皖黄泛地区，厚度达20m左右，由北向南渐薄，叠加在晚更新世的剥蚀平原之上，加大了淮北地面的倾斜度，形成今日所见的黄泛特殊地貌景观。

1.3 地层岩性与构造

本区地层属华北地层大区晋冀鲁豫地层区徐淮地层分区。晚元古代至古生代地层主要为碳酸盐岩，中生代地层主要为红色碎屑岩。新生代第三纪地层主要为河床相半固结砂及河流湖泊相粘性土，厚度一般可达数百米。第四纪地层主要为冲积、冲洪积的砂及粘性土，厚度数十米至百余米，广泛覆盖全区。

本区构造单元属中朝准地台南缘。构造体系主要为东西向断裂带、北北东向新华夏构造带及徐宿弧形构造带。新生代以前的基底构造较复杂，以涡阳—蒙城—凤台一线为界，以西是断陷盆地，以东为褶皱隆起，形成西部松散堆积物厚达数百米，东部数十米的格局。

1.4 水文地质

本区广泛发育松散岩类孔隙水，根据地下水的埋藏条件、水力特征及与大气降水和地表水的关系自上而下划分为浅层孔隙水和深层孔隙水。浅层孔隙水赋存于50m以浅的全新世、上更新世地层中，与大气降水、地表水关系密切。一般为潜水，局部微承压。水位埋深1～3m，富水程度不等，位于古河道可达30～50m³/h，一般10～30m³/h。主要为农灌和农村人畜用水的主要水源，含水层富水性均为古河道带砂层所控制。其水量可满足农灌和农村人畜用水水量需求，水化学类型HCO₃—Na（Mg）、HCO₃—Ca·Na（Ca·Mg）等，溶解性总固体0.5～1.5g/L左右。

深层孔隙水赋存于50m以下的松散层中，与大气降水的联系随深度的增加逐渐减弱，甚至基本封闭；与地表水不存在直接的水力联系。深层孔隙水主要为城镇居民生活及工业用水水源。为承压水，单井涌水量大，一般在500m³/d以上。区域地下水水位一般为2～4m，于城镇集中供水区，动水位可达80m。水化学类型为HCO₃—Ca·Na（Ca·Mg）、HCO₃—Na、HCO₃·Cl—Na、SO₄·HCO₃－Na型等，溶解性总固体0.7～2.0g/L。

碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组主要由二叠系—下三叠统碎屑岩组成。其富水性差。

碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组主要由中寒武统—中下奥陶统组成。其岩溶发育，地下水承压，静水位埋深在覆盖区较浅，一般3～5m，富水性强。常见单孔涌水量大于50m³/h。

2 地下水环境问题

安徽省淮北平原区，由于不合理的大量开采地下水，加之矿坑排水，使地下水环境质量逐年下降，主要表现在：区域地下水水位持续下降，采水型地面沉降不断扩大，高氟地方病广布，地下水水质劣化趋势加大等。

2.1 区域地下水水位持续下降^［2］

淮北平原浅层孔隙水开采程度不高，水位动态仍主要受降水和蒸发控制，城区受开采影响，水位变化与降水量关系最为密切。平均水位13.70～41.00m，埋深0.88～7.14m，南北差异较大。北部萧砀地区平均水位31.88～41.00m，埋深2.67～7.14m；西部阜阳地区平均水位24.44～34.81m，埋深1.58～3.72m；东北部宿灵泗地区平均水位为15.32～25.95m，埋深1.23～2.26m；南部沿淮地区平均水位13.70～24.82m，埋深0.84～4.23m。水位总体趋势仍然为西北高、东南低，地下水自西北流向东南，与地表水流向基本一致。

深层孔隙水水位动态主要受开采程度的影响。20世纪70年代以前，深层孔隙水基本上没有开发利用，水位埋深小，整个西部地区均为自流区，水位高出地表0.11～4.27m。地下水总体流向自西北向东南，水力坡度1：15000～1：10000。20世纪70～80年代，随着城镇化的建设，深层孔隙水逐渐成为城镇供水的水源，开采量逐年增大，水位逐年下降，至80年代末期，自流现象基本消失，各城镇开采深层孔隙水已初具规模。90年代后，地下水开采量进一步加大，开采深井越打越深。西部地区各集中开采井群区，地下水水位进一步下降并迅速外展，阜阳市、界首市、亳州市、涡阳县、蒙城县等地下水漏斗先后交合，形成了区域性降落漏斗（图1）。阜阳市、界首市、涡阳县等中心水位埋深50～80m。

图1 淮北平原西部地下水等水位线图

2.2 采水型地面沉降不断扩大^［3］

采水型地面沉降指城镇供水采用深层孔隙地下水，造成粘性土层压密释水而引发的地面沉降。淮北平原已开展专项地面沉降研究工作的有两处：一处为阜阳市^［4］，其沉降量大。另一处为宿州市，其地面沉降微弱。

安徽省淮北平原地面沉降首发于阜阳市，该市位于淮北平原西部，地形平坦开阔，地面标高26～33m。该市地面沉降始于20世纪70年代，80年代初地面沉降范围约122km²，90年代沉降范围约410km²（图2）。80、90年代地面沉降中心沉降速率分别为78.9、59.3mm/a。2002年中心最大沉降量约1501mm^［3］。地面沉降漏斗中心变化情况见表1。

表1 漏斗中心水准点高程变化情况一览表

注：数字为当年水准点高程与该水准点原始高程之差的下降值（单位：mm）

随着阜阳市深层孔隙水降落漏斗向北部发展，地面沉降也将随之向北部扩展，其地面沉降将进一步加剧。安徽省淮北平原西部，地处阜阳—毫州断陷盆地，堆积了巨厚的晚第三纪和第四纪沉积物，阜阳，界首，毫州，涡阳等地，地层结构基本一致，深层孔隙水开采已具规模，地下水位埋深50～80m，由于其他地区没有开展地面沉降测量工作，采用工程类比法推测，后3个地区已经发生地面沉降。随着城镇化的发展，地面沉降的范围将不断扩展，深度不断加大已成不争的事实。

图2 地面沉降扩展趋势图

1992年安徽省地质环境监测总站在宿州市开展了地面沉降二等水准测量工作，表明该市已发生地面沉降，中心最大沉降量为44mm^［5］。

2.3 地下水水质劣化趋势加大^［2］

据安徽省地质环境监测总站历年枯水期地下水水质监测资料，淮北平原地下水一般无色、无味、无嗅、透明，多为溶解性总固体小于1000mg/L的重碳酸型中性水。由于原生环境的影响，地下水中Fe、Mn含量普遍超标。河间地带地下水中F－含量多大于1.0mg/L，最高达6.79mg/L；沿淮河漫滩部份地段，地下水中As含量偏高，最高为0.251mg/L。因人类活动的影响，沿污染河段及城郊周围地下水中“三氮”含量普遍增高，地下水水质劣化趋势加大。

2.3.1 浅层孔隙水

大面积分布着Ⅱ、Ⅲ级水，局部地区出现Ⅳ级水。Ⅳ级水主要分布于砀山、界首、阜阳、宿州、蚌埠等城市周围及东部的淮河沿岸。因人口密集，污染严重，地下水中超标组分主要为COD、总硬度、溶解性总固体、 。

由南向北，地下水水化学类型由简单的HCO₃—Ca（Mg）型渐变为复杂的HCO₃—Na（Ca·Mg）、HCO₃·SO₄—Ca（Na·Mg）等类型，溶解性总固体由小于500mg/L渐升至等于或大于1000mg/L，pH值由7.0左右渐升至8.0以上。

2000年较1996年溶解性总固体年平均值升高了20％，平均每年增高4％；总硬度年平均值升高了10.9％，年均增高2.2％。“三氮”检出率总体呈增大趋势。

2.3.2 深层孔隙水

大面积分布着Ⅲ级水，局部地区出现Ⅱ、Ⅳ级水。Ⅳ级水主要分布于砀山、蚌埠市周围，属污染所致。Ⅱ级水分布于界首—阜阳一带。“三氮”变化趋势与浅层水相似，但检出率及检出含量均较浅层孔隙水低。

2.3.3 岩溶裂隙水

主要分布在平原东北部低山丘陵区，多为质量较好的Ⅰ级水。位于人口密集区的淮北市，因人工开采，地下水溶解性总固体和总硬度呈上升趋势（见图3）。

图3 裂隙岩溶水溶解性总固体、总硬度趋势图

2.4 高氟地方病广布^［6］

安徽省淮北平原，是饮水型高氟地方病严重流行区，据卫生部门及安徽省地质环境监测总站调查统计资料，地氟病区占全区总面积的40％。有892个病区乡，病村总数22619个。其中轻病村17942个，占病村总数79.3％；中度病村4529个，占20.0％；重病村148个，占病村总数0.65％。病区乡人口总数1344.4万人，占淮北平原总人口的66％。地氟病区基本呈北西—南东向条带状分布，病村主要分布于河间洼地、扇前、背河洼地及河间平地等地势平缓低洼之处。其地氟病区的分布与高氟地下水的分布规律完全一致。

重病区。分布于涡阳北部新兴、潘楼一带，面积约112.5km²，该区饮用水氟含量4.0mg/L以上，最高达6.79mg/L，氟斑牙患病率平均94％，且多有氟骨症病人。

中度病区。主要分布于涡阳青疃、利辛江集、利辛王人、宿县桃园、泗县草庙、萧县西部、砀山北部等7个地带，总面积1650km²，氟斑牙患病率90％左右，饮用水氟含量2.0～4.18mg/L。

轻病区。区内轻病区总面积约1.4×104km²，主要呈条带状分布于河间地区，另外在黄泛决口扇间洼地及扇前地带也有分布。

另外，淮北煤矿区地下水F－含量虽在0.5mg/L以下，但氟斑牙患病率达到30％，氟骨症病人也较多，为地氟病轻－中度病区，可能与氟污染有关。

3 今后工作方向建议

安徽省淮北平原地下水环境问题较多，需要做的工作也很多，根据当前国民经济发展的需要，结合安徽省的实际，近几年工作重点可从如下几个方面着手。

3.1 地面沉降调查与监测网建设

地面沉降虽是一种缓变的地质灾害，但经多年的发展，目前已直接或间接地给阜阳市的城市建设和经济发展造成了一定的危害，主要表现有：

破坏水利设施，降低防洪标准，加重洪涝灾害。颍河阜阳市节制闸兼为市区交通要道，受不均匀沉降的影响，大闸底板多处开裂、闸墩错位、铰座倾斜。致使闸门启闭不灵，闸体开裂逐年增宽。严重威胁大闸的运行安全。泄洪能力从1959年建成时的3500m³/s下降到2500m³/s。位于沉降区的颍、泉河堤坝，堤顶高度均随地面沉降而降低，已达不到原设计20年一遇的防洪标准。其他沉降地段地面标高也低于河流洪水位1～2m，地面沉降加重了其洪涝灾害。

破坏市政及供、排水设施。地面沉降使部分深层孔隙水开采井发生倾斜、错位，井管相对抬升、井台开裂变形等。

地面水准点失效，损坏城市测量控制网，制约当地经济可持续发展等。

鉴于地面沉降已波及整个西部地区，中部地区也有地面沉降迹象，应在全区开展地面沉降调查工作，建立地面沉降监测网，并纳入华北地面沉降网之中，成为华北地面沉降监测网的组成部分。

3.2 高氟地方病区安全供水示范井工程研究

淮北平原中、重度病区的农村和城镇居民病情严重，迫切需求洁净水源。根据已掌握的资料，地氟病区赋存有适宜开采的低氟地下水，宜井深度一般小于200m，水量可满足当地人畜饮用水需求，打井开采成本低，经济实用，易于实施。

结合小城镇规划，在重度及中度病区选择适宜村镇实施低氟地下水示范井工程，解决高氟地方病区安全供水问题，达到饮用低氟地下水防治地氟病的进一步发生、发展，提高农民生活质量的目的。

3.3 有重点的开展地下水水质调查，提出防治方案

安徽省地质环境监测总站在淮北平原区建立了地下水监测孔300余个，对各类含水层进行监测，已形成区域监测网络，每年均采集一定数量的全分析水样，开展区域性水质变化的研究工作。但限于工作经费严重不足，对水质变化的研究深度远远不能适应社会经济发展的需要。因此，应在重点城市区、无公害农业耕作区开展地下水水质调查工作，根据不同功能区地下水变异途径、变异范围、变异深度的不同，提出有针对性、操作性强的防治措施。先期可选择蚌埠市、阜阳市、淮北市、砀山县等市县开展工作。

3.4 调整采水结构，控制地下水水位进一步下降

淮北平原有丰富的浅层孔隙水资源，重新认识和研究地下水含水系统结构与性能，调整开采地下水源结构，扩大浅层孔隙水的开采，减少深层孔隙水的开采，探寻合理的深层、浅层孔隙水的联合开采方案，降低地下水水位的下降幅度。先期可选择阜阳市做为试点：控制深层孔隙水的开采，在市区外围选择富水地段，分别建立浅层孔隙水供水厂，调整该市的供水结构，控制地下水水位的进一步下降。

参考文献

［1］彭玉怀，杨兆军，陈伟等.安徽省地下水资源评价.安徽省地质环境监测总站.2002

［2］陈伟，肖清华，施荣新等.安徽省地质环境监测五年报告.安徽省地质环境监测总站.2002

［3］杨东凡，雷柱平，汪灶建等.阜阳市地面沉降监测网络建设方案.安徽省地质环境监测总站.2004

［4］李溢相，官煜，薛孔还等.阜阳市水文地质工程地质环境地质综合详查报告.安徽省地质环境监测总站.1991

［5］杨东凡，孙健，魏继东等.宿州市及邻近地区水文地质工程地质环境地质综合详查报告.安徽省地质环境监测总站.1993

［6］李志刚，王明章，蒋金柱等.安徽省两淮地区地氟病地质环境调查及防治方向研究报告.安徽省地质环境监测总站.1993

Research on Groundwater Environment of Huaibei Plain in Anhui Province

Yang Dongfan

(General Monitoring Station of Geological Environment of Anhui Province, Bengb u 233000)

Abstract: Huaibei Plain is in the north of Anhui Province. In the western of the plain, the ground of the Fuyang city has being subsisting with the biggest subsidence measuring 1501 millimeter in the subsidence center. The ground subsidence of pumping has being declined the further extension, so a big scope of ground subsidence should take place in the western of the plain. The high fluorine disease of drinking spreads the Huaibei Plain, the fluorine disease District has 40% of the whole area. There are 17942 light, 4529 middle and 148 heavy disease villages, account for 79.35%,20.0% and 0. 65% of the total disease villages. The disease population amounts 13444000 peoples,having 66% of the total population in the Huaibei Plain. As the groundwater level of the district descends continuously, the groundwater quantity turns worse and worse. According to the main water environment problems told above, this article gives the suggestion to the direction on the tomorrow’s work in the plain.

Key words: Ground subsidence; The fluorine disease; Water level; Water quantity; Direction on the work; Suggestion

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