湖南省益陽市地下水開采對(duì)地面沉降影響情況研究

葉一舟 張學(xué)羿 王哲 任標(biāo)

摘要：益陽市于1958年開始集中開采地下水，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下水開采量急劇增加，本文將針對(duì)地下水的開采引起的地面沉降情況進(jìn)行研究，對(duì)益陽市的地層結(jié)構(gòu)、地下水開采量、地下水儲(chǔ)存量與水質(zhì)變化實(shí)地調(diào)研，根據(jù)測(cè)定的地面沉降量與地下水開采量模擬并預(yù)測(cè)益陽市開采條件下的地面沉降，針對(duì)現(xiàn)今地下水開采情況提出改進(jìn)建議與方案。

關(guān)鍵詞：地下水開采；地面沉降；采礦

1.概述

本研究是基于岳家橋“天坑”問題展開的，地下水在全球水資源中占有相當(dāng)大的比例，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人類用水量的增加，地下水資源的開采利用已成為人們飲用水的來源之一。地面沉降是城市主要地質(zhì)災(zāi)害，地面沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響下，由于地下松散地層固結(jié)壓縮，導(dǎo)致地殼表面標(biāo)高降低的一種局部的下降運(yùn)動(dòng)（或工程地質(zhì)現(xiàn)象）。湖南省益陽市由于超量開采地下水，再加上煤礦廠的密布，形成了區(qū)域性的地下水降落漏斗，并誘發(fā)了地面沉降。

國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)地下水開采及地面沉降進(jìn)行了相關(guān)研究，應(yīng)用了數(shù)值模擬了地下水動(dòng)力場(chǎng)和深層降落漏斗在時(shí)、空方面的演化、發(fā)展，應(yīng)用復(fù)雜函數(shù)，概率統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)工程學(xué)等各種應(yīng)用和基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)，結(jié)合流固耦合效應(yīng)，借助計(jì)算機(jī)，建立了相當(dāng)多的地面沉降計(jì)算和預(yù)測(cè)模型。

2.研究區(qū)概況

益陽隸屬湖南省，地理坐標(biāo)為北緯27°58′38″至29°31′42″、東經(jīng)110°43′02″至112°55′48″，東西最長(zhǎng)距離217公里，南北最寬距離173公里，它北近長(zhǎng)江，同湖北省石首縣抵界，西和西南與本省常德市、懷化市接壤，南與婁底市毗鄰，東和東南緊靠岳陽市和省會(huì)長(zhǎng)沙市，位于長(zhǎng)江中下游平原南岸的湘北洞庭湖區(qū)域，地處湖南省境內(nèi)，自古是江南富饒的“魚米之鄉(xiāng)”。長(zhǎng)江中下游平原位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)褶皺斷拗帶內(nèi)，燕山運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一系列斷陷盆地，后經(jīng)長(zhǎng)江切通、貫連和沖積后，形成現(xiàn)今的長(zhǎng)江中下游平原的整體。受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，平原邊緣白堊系―第三系紅層和第四紀(jì)紅土層微微掀升，經(jīng)流水沖切，成為相對(duì)高度20～30米的紅土崗丘，中部和沿江沿海地區(qū)則繼續(xù)下降形成泛濫平原和濱海平原。益陽市境內(nèi)由南至北呈梯級(jí)傾斜，南半部是丘陵山區(qū)，屬雪峰山余脈；北半部為洞庭湖淤積平原。益陽城區(qū)內(nèi)出露的地層有：板溪群五強(qiáng)溪組上段、震旦系江口組、南沱砂巖組、南沱冰磧巖組、陡山沱組、燈影組、寒武下統(tǒng)、第四系松散堆積物，區(qū)內(nèi)地層以第四系地層為主，按巖性可分為變質(zhì)巖和第四紀(jì)松散堆積物。

3.地下水開采情況

由于過量抽汲地下水（或油、氣）引起水位（或油、氣壓）下降，在欠固結(jié)或半固結(jié)土層分布區(qū)，土層固結(jié)壓密而造成的大面積地面下沉現(xiàn)象為抽水沉降；因地下大面積采空引起頂板巖（土）體下沉而造成的地面碟狀洼地現(xiàn)象為采空沉降。地下水水位持續(xù)下降是地下水超量開采的主要標(biāo)志。

益陽市的地面沉降主要是由于周邊地區(qū)過度開采煤礦，并且延伸到了岳家橋地區(qū)，導(dǎo)致地層空洞，而部分地區(qū)地下水的充盈依舊無法承受地面的重量，從而引發(fā)塌陷，而在實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)坑中土質(zhì)干燥，并不像是地下水充盈的坑洞，原因大概有二：其一，可能是天氣干旱，水分已經(jīng)蒸發(fā)曬干；其二岳家橋塌陷問題還有另外一個(gè)主要誘因，那就是巖溶。據(jù)悉，益陽的巖溶地貌多集中于岳家橋一帶，干旱導(dǎo)致巖溶塌陷，從而形成“天坑”。

岳家橋地區(qū)地處巖溶地帶，加之益陽的亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨的季節(jié)性分布不均勻，這使得地面時(shí)而干裂，時(shí)而被雨水沖刷得十分嚴(yán)重，這無疑對(duì)地面造成了巨大的損害，使得裸露的地表尤為脆弱。加上那年益陽大旱，地表水遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)需求，使得各企業(yè)紛紛打井開采地下水，而干旱時(shí)節(jié)地下水本身的補(bǔ)給不足，使得水圈水循環(huán)的平衡失調(diào)，加上巖溶造成的地層空洞，從而引起了岳家橋的塌陷。但是在益陽的歷史上，從未有過塌陷的記錄，岳家橋的這次大規(guī)模塌陷究其根本，主要原因還是在于周邊地區(qū)煤礦的開采過度以及地下水的超量開采，由表1可知2000年以前的地下水開采量。

地下水開采與地面沉降的相關(guān)性體現(xiàn)

多年的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，益陽市區(qū)地面沉降與地下水開采的關(guān)系有以下幾方面特點(diǎn)：

（1）地面沉降與地下水位下降漏斗的形態(tài)與分布范圍具有相似性。

（2）地面沉降量與地下水開采量呈正相關(guān)，隨沉降量隨開采量增大而增大。

（3）地面沉降速率與地下水升降具有明顯的相關(guān)性。

4.建議及措施

（1）市政府應(yīng)加強(qiáng)水資源管理體制改革，建立水功能區(qū)管理協(xié)調(diào)機(jī)制，保持現(xiàn)有水資源開發(fā)、利用和水資源永續(xù)利用之間的平衡，確定水功能區(qū)劃。

（2）加強(qiáng)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，了解各含水層及含水系統(tǒng)間的水力聯(lián)系，預(yù)防地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害。

（3）規(guī)定最大開采量或允許量，各部門加強(qiáng)對(duì)地下水開采的管理，以保證地下水的自我調(diào)節(jié)能力，必要時(shí)加以回補(bǔ)。

（4）加強(qiáng)水質(zhì)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張國(guó)慶.益陽市城區(qū)地下水現(xiàn)狀及思考，人民長(zhǎng)江，2009年5月第九期第四十卷.

[2]蔡文曉.德州市深層地下水開采與地面沉降關(guān)系研究，吉林大學(xué)，2009年6月.

[3]潘云，潘建剛，宮輝力，趙文吉.天津市區(qū)地下水開采與地面沉降關(guān)系研究，地球與環(huán)境，2004年6月.

作者簡(jiǎn)介：葉一舟（1995～），女，福建南平人，河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院2013級(jí)地質(zhì)工程專業(yè)在讀本科生，研究方向：地質(zhì)工程。