湖南省益陽市地下水開采對地面沉降影響情況研究

葉一舟 張學羿 王哲 任標

摘要：益陽市于1958年開始集中開采地下水，隨著國民經濟的發展，地下水開采量急劇增加，本文將針對地下水的開采引起的地面沉降情況進行研究，對益陽市的地層結構、地下水開采量、地下水儲存量與水質變化實地調研，根據測定的地面沉降量與地下水開采量模擬并預測益陽市開采條件下的地面沉降，針對現今地下水開采情況提出改進建議與方案。

關鍵詞：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大的比例，隨著科學技術的發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災害，地面沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經濟活動影響下，由于地下松散地層固結壓縮，導致地殼表面標高降低的一種局部的下降運動（或工程地質現象）。湖南省益陽市由于超量開采地下水，再加上煤礦廠的密布，形成了區域性的地下水降落漏斗，并誘發了地面沉降。

國內外一些學者對地下水開采及地面沉降進行了相關研究，應用了數值模擬了地下水動力場和深層降落漏斗在時、空方面的演化、發展，應用復雜函數，概率統計，系統工程學等各種應用和基礎相關知識，結合流固耦合效應，借助計算機，建立了相當多的地面沉降計算和預測模型。

2.研究區概況

益陽隸屬湖南省，地理坐標為北緯27°58′38″至29°31′42″、東經110°43′02″至112°55′48″，東西最長距離217公里，南北最寬距離173公里，它北近長江，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長沙市，位于長江中下游平原南岸的湘北洞庭湖區域，地處湖南省境內，自古是江南富饒的“魚米之鄉”。長江中下游平原位于揚子準地臺褶皺斷拗帶內，燕山運動產生一系列斷陷盆地，后經長江切通、貫連和沖積后，形成現今的長江中下游平原的整體。受新構造運動影響，平原邊緣白堊系―第三系紅層和第四紀紅土層微微掀升，經流水沖切，成為相對高度20～30米的紅土崗丘，中部和沿江沿海地區則繼續下降形成泛濫平原和濱海平原。益陽市境內由南至北呈梯級傾斜，南半部是丘陵山區，屬雪峰山余脈；北半部為洞庭湖淤積平原。益陽城區內出露的地層有：板溪群五強溪組上段、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、第四系松散堆積物，區內地層以第四系地層為主，按巖性可分為變質巖和第四紀松散堆積物。

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，在欠固結或半固結土層分布區，土層固結壓密而造成的大面積地面下沉現象為抽水沉降；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象為采空沉降。地下水水位持續下降是地下水超量開采的主要標志。

益陽市的地面沉降主要是由于周邊地區過度開采煤礦，并且延伸到了岳家橋地區，導致地層空洞，而部分地區地下水的充盈依舊無法承受地面的重量，從而引發塌陷，而在實地調查中發現坑中土質干燥，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，水分已經蒸發曬干；其二岳家橋塌陷問題還有另外一個主要誘因，那就是巖溶。據悉，益陽的巖溶地貌多集中于岳家橋一帶，干旱導致巖溶塌陷，從而形成“天坑”。

岳家橋地區地處巖溶地帶，加之益陽的亞熱帶季風氣候，降雨的季節性分布不均勻，這使得地面時而干裂，時而被雨水沖刷得十分嚴重，這無疑對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，地表水遠遠不能滿足工業需求，使得各企業紛紛打井開采地下水，而干旱時節地下水本身的補給不足，使得水圈水循環的平衡失調，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，岳家橋的這次大規模塌陷究其根本，主要原因還是在于周邊地區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性體現

多年的觀測數據顯示，益陽市區地面沉降與地下水開采的關系有以下幾方面特點：

（1）地面沉降與地下水位下降漏斗的形態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，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性。

4.建議及措施

（1）市政府應加強水資源管理體制改革，建立水功能區管理協調機制，保持現有水資源開發、利用和水資源永續利用之間的平衡，確定水功能區劃。

（2）加強地下水動態監測，了解各含水層及含水系統間的水力聯系，預防地面沉降等地質災害。

（3）規定最大開采量或允許量，各部門加強對地下水開采的管理，以保證地下水的自我調節能力，必要時加以回補。

（4）加強水質評價與預測。

參考文獻：

[1]張國慶.益陽市城區地下水現狀及思考，人民長江，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系研究，吉林大學，2009年6月.

[3]潘云，潘建剛，宮輝力，趙文吉.天津市區地下水開采與地面沉降關系研究，地球與環境，2004年6月.

作者簡介：葉一舟（1995～），女，福建南平人，河海大學地球科學與工程學院2013級地質工程專業在讀本科生，研究方向：地質工程。