第七届工程地质大会论文52

訾剑华

（徐州市水利建筑设计研究院 徐州 221002）

摘要：南四湖的淤积、水、土污染、流失都比较严重，并诱发一系列的生态环境地质及生态危机问题，环境恶化不仅对湖泊发育演化有影响而且对环湖周围地区的水资源利用以及工农业经济发展都有很大的控制作用。采取工程和生态措施综合防治与保护的办法，改善不良状况，建立一个良好的资源－生态环境。 关键词：南四湖；生态地质环境；防治与保护

WEI SHAN LAKE ECOLOGICAL ENVIRONMENTAL GEOLOGICAL PROBLEM PROTECT COUNTERMEASURE

WITH PREVENTION AND CURE

Zi jian hua

（Institute of water conservancy works design of Xu Zhou Jiang su 221002）

Abstract: wei shan lake silt up , water , earth pollution , run off to compare is serious , and bring out

a series of ecological environmental geological and ecological crisis problem, environment worsens , not only have influence for lakes growth evolution and the economy of industry and agriculture as well as the water resource use for ring lake around area develop , have great control role. With

project and ecological measure comprehensive prevention and cure and protective method, improve bad condition, establishing a good resource － is ecological and environmental.

Keyword: wei shan lake; Ecological geological environment; Prevention and cure and protect

1 自然环境

南四湖位于苏北及鲁西南黄淮冲积原与鲁南山地过渡地段，湖东为石灰岩和花岗岩构成的低山丘陵及山前冲洪积平原；湖西则为黄河冲洪积平原。南四湖由南阳、昭阳、独山、微山四湖组成，是我国第六大淡水湖，也是我国北方最大的淡水湖；同时也是南水北调东线调水、蓄水、灌漑、航运交通、改善生态环境等多功能的大型水库。南四湖南北长120km，宽4.5～24.5km，周长约306km，总面积1280km2，总容积53.72亿m3，流域面积31700km2；天然水深0.5m～3.0m，平均1.5m，属浅水型湖泊。沿湖周边地区包括江苏省徐州及山东省枣庄、济宁3市，人口约1000万。该地区地下矿产资源丰富，是我国重要的粮棉生产基地和煤、电能源基地。

南四湖流域属暖温带，半湿润季风区大陆气候，多年平均降水量695.2mm，汛期3～6月份降水量占全年的70%左右，多年平均水面蒸发量约1000mm，陆面蒸发量约500～650mm。

2 区域地质环境

南四湖地处华北地台东南部鲁西台隆，上级湖位于金滕坳陷、济宁坳陷内，下级湖为丰沛中新生代断陷，东侧属兖州隆起的一部分，湖区为一构造凹地。本区属华北地层区，地层发育较全，

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太古界～下元古界为区域中深变质岩系，以片麻岩类为主，组成华北准地台的基底。泰山群在湖西丰、沛一带，呈近东西向展布。中元古界缺失，上元古界缺失奥陶系上统～石碳系下统，组成华北准地台的主要盖层，以海相沉积为主，海陆交互相和陆相沉积次之。受郯庐断裂切割，上元右界～古生界地层在湖区的东、南地区出露，构成山脉。中新生界为孤零内陆盆地，以陆相碎屑岩为主。第四系广泛发育，属黄淮流域，以冲积相为主。

新构造运动基本继承了老构造活动的特征，表现为缓慢沉降为主，第四系厚度200余米。通过湖区的主干断裂有：东平湖－微山断裂、河口—铁佛沟断裂，湖西为嘉祥断裂，湖东为孙氏断裂，控制区域稳定性的大地构造主为西部的聊考断裂和东部的郯庐断裂。地震区划属郯城～营口地震带，发震规律受华北地震群规律支配，地震基本烈度上级湖6度，下级湖7度，地震峰值加速度分别为0.05g、0.1g ，地震反应谱周期0.4s。

3 生态环境地质问题 3.1 水质污染

湖区地处苏鲁交界水资源较为紧张，多年平均径流湖西仅68mm，湖东200mm，80%集中在汛期。因此，换水周期长，湖水流动交换率低，相应水体的自净能力也差，水环境容量自然也受到限制。平时各入湖河口闸基本关闭，污染水暂时集中在各支河内，除部分用于灌溉外，汛期随泄洪进入湖内。污水主要为化工、造纸、纺织、酿造、矿区及生活废水。采矿废弃物主要是重金属污染，湖内污染源为船舶废水、油污，农业农药、化肥，及采矿废弃物。工矿企业为点源污染，农业为面源污染，航运主要是流动性污染，船舶废油、废水的排放，湖西航道全年水质多为Ⅲ～Ⅴ类，近年来随小造纸厂的关停，Ⅲ类水的比例略有增加。水污染由河口向湖区扩展，由浅水区向深水区扩展，部分河口水发黑、发臭，鱼虾大量死亡，六价铬、化学耗氧量、酚、汞、氨、氮等超标，已超过地面水环境质量标准。水质变化表现出一定的季节性，实际上是与湖水的交换率有关，干旱年、汛期水质较差，丰水年、汛后水质稍好；正常蓄水位时，多为Ⅲ类水，枯水季节一般Ⅳ～Ⅴ类，浅水湖区污染严重，全年均达Ⅳ级，主要是有机污染，COD、 BOC5和总磷超标，枯水位时高锰酸盐指数可达8.2mg/L,氨氮可达6.5mg/L，一般情况下水体透明度（SD）0.5～0.8m；水体富营养化。

3.2 湖底土壤污染

水体的长期污染必然导致湖区沉积物的污染，致污物质通过渗透、扩散浸入土体使原土的性质和质量改变，生态环境恶化，导致底栖动物物种减少，目前湖底土壤为轻度污染～污染。

表(2) 南四湖湖底土壤元素分析简表 单位：pmm 元素 土壤背景值 土壤污染物临界含量 上级湖 下级湖 污染指数 土壤环境状态 砷（AS） 8.7 7.5 0.86－1.29 0.26－1.97 0.03－0.23 未污染 汞（Hg） 0.016 1.5 0.035－0.064 0.012－0.036 0.75－4.0 污染 镉（Cd） 0.079 20 0.111－0.127 0.083－0.116 1.11－1.69 轻污染 铬（Cr） 65.2 1000 18.2－21.3 17.8－20.3 0.23－0.33 未污染

3.4 地方病

（1）地氟病：主要分布在山东省嘉祥、梁山及江苏湖西的丰、沛、铜一带，属轻－中等氟病

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区，湖西地区地下水矿化度、总硬度超标，毒理学指标为氟超标，沛县龙固、河口、铜山县柳新、马坡等地严重超标，超标率达36.6%；该地区地氟病较为普遍，长期饮用含氟高的地下水，造成牙齿黑黄（氟斑牙），平均患病率达60.5%，个别村庄高达80.0%以上；此外、局部地段氯化物和硫酸根离子也超标。

（2）地甲病：主要分布在微山湖西南端铜山县一带，属轻病区。

4环境岩土工程问题： 4.1 水土流失与泥沙淤积

水土流失主要是面状流失、沟状流失，前者多发生于粘性土坡面，后者普遍发生于砂性土坡面，航道岸坡局部存在塌失现象。水土流失不仅造成土壤肥力降低，同时导致生态系统功能下降，恶化环境质量，破坏生态景观，淤塞河湖，河道断面缩小，湖泊、水库库容减少，防洪能力降低。从自然条件分析泥沙来源，湖东入湖河道28条且多为山洪河道，源短流急，河道坡降较陡且流经花岗岩山区，山区植被稀少，岩石风化严重，河流冲切作用强烈，水土流失严重。湖西河流挟沙量之所以多，早期主要是受黄河泛滥淤积的影响，近几十年来，则主要是引黄河水补水带来的泥沙淤积。随着黄河与一些支流河道的的治理，加上该地区水资源的利用几乎已达极限，各梯级多被人工节制，河流的动力作用已大大减弱，入湖泥沙也相对较少。目前湖东河流挟沙量较多，正常入湖河流的泥沙多在河口沉积，并逐渐向湖内延伸，形成浅滩。1961～1983年间实测平均入湖沙量441.71万m3/a，出湖沙量3.83万m3/a，淤积量437.88万m3/a，淤积量占入湖量的99.1%，仅有0.9%的沙随泄流排出，平均淤积厚度4mm/a。最大年入湖沙量1356.8万m，最大年淤积量

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1345.83万m，最大出湖沙量11.0万m（1963a）。从入湖流量与含输沙量之间关系来看，相同径流条件下，入湖沙量70年代比60年代增加43%；分析其原因，主要与引黄放淤、引黄河水补水，黄河高含沙量水先进入支流，汛期随洪水入湖有关，其次为该地区水土流失量增加。 4.2大堤裂缝

湖西大堤全长131.5km，保护面积约2511km2，人口160万。“东调南下”工程实施前堤内坡达不到设计标准的有58km，大堤土体不密实，堤身裂缝多，纵横都有，一般多为干缩裂缝；软土堤段多为沉陷裂缝，裂缝宽20mm，深2～4m；采煤塌陷地段主要是沉陷与拉裂缝。下级湖沿河～蔺家坝段堤身穴居动物洞穴较多，上级湖大沙河～杨屯河短段，含砂较多，存在较大的防渗安全隐患，除培高加厚以外，采用多头小直径截渗墙进行截渗，确保大堤安全。湖东堤全长135.9km，保护面积约529km2，人口31万，局部堤身单薄，或长期失修、严重破坏，防洪能力极差，急需加固处理。 4.3松软地基

软土：软土主要分布在湖西地区，多为灰色、灰黄色淤泥质黏土，局部地段为深灰色淤泥，厚度1.5～6.0m，一般1.5～2.5m左右，标贯击数1～4击，压缩系数0.83～1.37Mpa-1，承载力特征值60～90kpa。湖东堤软土主要分布老运河处，主为淤泥质粘土。软土地基承载力低、压缩性高，导致多处穿堤涵闸翼墙沉陷开裂。

粉砂：受黄泛影响湖西地区不同程度的分布有粉细砂、粉土，埋藏浅，厚度0.8～3.5m，湖西主为粉砂、粉土，分布广泛；湖东多为粉、细砂，主要分布老运河段。该类土松散、饱和，承载力低，防渗抗冲能力很差。粉砂、粉土河道边坡水土流失严重，不但造成坡面破坏同时淤积河床。粉砂土堤基地段，由于土的渗透性强，比较容易构成渗透通道，存在渗透破坏的潜在隐患；此外、下级湖地震烈度属7度区，该类土属液化土层，因此、湖西大堤下涵、闸地基处理多采用挖除或换填方法，桥梁均采用钻孔灌注桩基础。

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4.4采煤塌陷

湖区及周围有兖州、滕南、济宁煤田、丰沛煤田和徐州煤田，探明储量120亿吨，目前开采的有兖州、滕南、大屯和徐州煤田的大中型煤矿以及一些地方小煤矿；有些矿已经在大堤和湖底下开采，并出现大堤及穿堤水工建筑物因开采塌陷被破坏的现象。由于采煤引起的地面塌陷，导致堤身塌陷3段约3km多，地面沉陷2～4m，堤身被拉裂，渗漏严重。堤下水工建筑物也遭到破坏，如大屯闸、杨屯河地涵等，地基塌陷、涵洞洞顶开裂、错位，水闸底板、翼墙下沉、开裂。采煤塌陷主要分布在济宁、藤州、徐州及沛县煤田内。 4.5地面沉降与岩溶塌陷

湖区周围济宁、兗州、鱼台、等地均开采第四系孔隙水，且严重超采，水位下降漏斗区已形成大面积地表沉降；济宁市沉降量大于70mm的区域近127km2，最大沉降量240mm。湖西丰、沛地区严重超采，水位下降漏斗面积达450km2以上，环湖各矿区均属集中开采深层地下水的区域，供水井密度大，沛县及大屯矿区实际开采模数160万m/（a.km），已达可采模数的5.14倍，降水漏斗区不断扩大。该流域的主要城市及工业用水多是岩溶水，而且连年处于超采状态，过度的开采使地下水位持续下降，降水漏斗不断扩大，以致产生环境地质灾害；目前岩溶塌陷现象主分布在枣庄市和徐州市所辖区内，前者先后发生52起地面塌陷，后者也先后发生数次地面塌陷。 4.6 南水北调的影响：

南水北调解决了北方的缺水问题、同时增加了湖泊水环境的容量，对环湖周边地区地下水有不同程度的补给，缓解部分地区的地下水超采问题。另一方面南四湖湖西地区，地势比较低洼，湖区水位抬高后，加大了大堤和堤基的渗透坡降及渗透量，若排、导措施不力则有可能产生土壤沼泽化和盐渍化问题。

6 防治与保护对策 6.2 环保工程措施

建设污水处理厂，集中处理排放，同时入湖河口门建闸合理截留污染物，将旧河道改造为氧化塘或湿地，通过污水处理使入湖河流水质改善，达到污水资源化。结合南水北调工程优化南四湖水位的设计，有效地利用水资源，正确的控制水文过程及其环境作用，达到送水治污兼顾。 6.3 生态工程措施

遵照“预防为主、保护优先”的原则，依靠生态系统的自我修复能力，针对面源污染分散的特点，在滨湖100km内的入湖河流两侧50－100m内建设面源植物防护带，在入湖河口门设置强化生态处理工程，恢复自然植被，净化水体，利用自然植被保护坡面防治水、土污染流失。 6.3环境地质问题治理

对采煤引起的堤身塌陷、裂缝，在采动引起的地表变形尚未稳定阶段，采取大堤加高、培厚，预留沉降超高，堤后填塘固基，充填灌浆，垂直铺膜防渗等措施加固。对穿堤涵洞采取水下钢盾内膜挂网压浆内衬，高压喷射注浆加固。

高氟水主要分布在较浅的第四系松散含水层内，深层地下水水质较好，目前有关地市已经实施了“降氟改水”计划，同时有计划的开发深层地下水，力图从根本上预防地氟病的发生。

参考文献

1訾剑华 .南水北调东线第一期工程徐淮段工程地质与环境地质问题 . 第五届全国工程地质大会论文集 . 北京：地震出版社 1996.3

2水利部淮委沂沭泗水利工程管理局 . 沂沭泗河道志 . 北京：水利水电出版社 1996.11

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