臨汾市堯都區地面沉降發展歷史及成因分析

陳元明

（山西省地質環境監測中心，山西太原030024）

臨汾市堯都區地面沉降發展歷史及成因分析

陳元明*

（山西省地質環境監測中心，山西太原030024）

首次對臨汾市堯都區地面沉降發展歷史進行了階段劃分，根據其發展特征，劃分為3個階段：20世紀50年代至1967年，為地面沉降緩慢發展階段；1967～2007年，為地面沉降快速發展階段；2007年至今，為地面沉降趨緩階段。通過對地下水開采歷史、第四系地層、新構造活動等地面沉降影響因素的分析研究，認為堯都區地面沉降為地下水超采主導成因，在此基礎上預測了堯都區地面沉降發展趨勢，并提出了地面沉降防治對策。

沉降漏斗；沉降中心；沉降速率

1　臨汾市堯都區地面沉降發展歷史劃分

臨汾市堯都區地面沉降監測工作非常薄弱，2010年以前，只有零星的一等水準監測點進行監測，2010年始建成了地面沉降水準監測網絡，2011年至今，持續開展了監測。通過系統分析堯都區歷史沉降監測數據、地裂縫發育、地下水動態歷史，同時結合前人的研究資料，首次對臨汾市地面沉降發展歷史進行了系統階段劃分，主要劃分為3個階段：（1）20世紀50年代至1967年，為地面沉降緩慢發展階段，表現為整體均勻緩慢沉降；（2）1967～2007年，為地面沉降快速發展階段，地面沉降發展加劇，沉降漏斗形成；（3）2007年至今，為地面沉降趨緩階段。

1.1第一階段：地面沉降緩慢發展階段（20世紀50年代至1967年）

20世紀50年代至1967年，臨汾市堯都區為區域性的均勻下沉，沉降速度緩慢，一般小于2mm/a。

1.2第二階段：地面沉降快速發展階段（1967～2007年）

1967～2007年，地面沉降開始加速發展，尤其是1975年以后，地面沉降進一步加劇，步入地面沉降快速發展期，大部分地區年均沉降速率大于10mm/a。沉降格局在分化，沉降漏斗紛紛出現，形成了城區、城北等沉降漏斗區。

1.3第三階段：地面沉降趨緩階段（2007年至今）

2007年至今，為地面沉降趨緩階段。根據2011～ 2014年地面沉降監測數據，堯都區存在3個沉降區，分別為西南部的澗上村沉降區、東南部的埝下村—東孫村沉降區、北部沉降區，但沉降中心沉降速率下降到7.1～11.67mm/a，而中部廣大地區均為非沉降區，甚至出現了回彈。

2　臨汾市堯都區地面沉降成因研究

2.1地下水開采對地面沉降的影響

依據臨汾市堯都區地下水開發利用史，地下水開發可劃分為5個階段：解放前以潛水為主；第一階段，20世紀50～60年代末期為起步階段，以開采第四系淺層水，開采量小；第二階段，20世紀60年代末期至80年代初期為擴展階段，全區進入了開始大量開采地下水時期，地下水的開采開始逐漸從淺層向中深層發展；第三階段，20世紀80年代初期至90年代初期為擴展階段，地下水開采量逐年增加，開采層位轉向中深層；第四階段，20世紀90年代以后至2007年，地下水位持續下降，部分淺井報廢，主要開采中深層水；第五階段，2007年至今，尋找到替代水源，并采取關井壓采措施。

將臨汾市堯都區地下水開采歷史與地面沉降演變歷史進行比較，可以發現兩者一致性非常好，地下水開采史第一階段：地下水開采量小，處于采補平衡狀態，而這個時期，地面沉降剛好處于第一階段，表現為整體緩慢的均勻沉降；地下水開采史第二—第四階段：地下水開采強度逐漸增強，處于超采狀態，淺層水逐漸疏干，逐步轉向中深層地下水，而地面沉降在此時期，剛好處于第二階段，沉降逐漸加劇，并形成了多個沉降漏斗；地下水開采史第五階段：利用土門鎮新水源地、“引沁入汾”新水源，在城北、城區超采區先后進行關井壓采，超采區地下水開采量逐步減小，地下水采補逐漸平衡，而這個時期的地面沉降剛好處于第三階段，沉降速率逐漸減緩，至2014年，大部分地區停止沉降，但是在新水源地土門一帶沉降量較大，2014年超過了20mm/a。

可見，臨汾市堯都區地面沉降隨著地下水開采加劇而逐漸加劇，隨著地下水開采減弱而逐漸減緩。

2.2第四系地層分布對地面沉降的影響

臨汾市堯都區西南部的澗上村及東部的埝下村—東孫村一帶，根據當地水井柱狀圖資料，發現其粘土層相較其他地區厚，根據2011～2014年的監測顯示，在其它地區均停止沉降甚至反彈，而這2個地區依然存在沉降，沉降中心速率分別達到7.1mm/a、10.5mm/a。

可見，臨汾市堯都區地面沉降受第四系地層粘土層厚度影響明顯，當水位上升時，粘土層較薄地區沉降停止，甚至出現反彈，但粘土層較厚的地區，依然在沉降。可見，相同水位變化的情況下，第四系地層粘土層厚度影響著沉降速率及滯后效應。

2.3新構造運動對地面沉降的影響

羅云山大斷裂是臨汾盆地西邊界控制性大斷裂，年均活動量為1.1～1.2mm。該斷裂是臨汾盆地西部山盆交界處主控大斷裂，基本可反映斷裂活動對堯都區地面沉降的影響。現將該活動斷裂活動情況與堯都區不同階段地面沉降速率進行分析，地面沉降第一階段速率一般小于2mm/a，此時新構造活動速率貢獻值超過了50%，第二階段沉降速率大部分地區超過10mm/a，沉降中心區超過30mm/a，其貢獻值不到10%，第三階段，當沉降速率減緩時，其貢獻值又凸顯出來。

可見，堯都區地面沉降發展變化趨勢與新構造運動無相關性，當沉降速率較快時，可以忽略不計構造活動的影響，只是在地面沉降速率微弱時，構造活動作用才凸顯。

2.4其他影響因素

臨汾市堯都區第四系地層厚一般介于500～800m之間，隨著臨汾市堯都區城市化的快速發展，建筑物的高度、密度快速增加，地面荷載增加會造成壓密釋水而出現地面沉降；第四系松散覆蓋層，在自身重力作用下，也同樣存在釋水壓密、固結沉降的作用，促進地面沉降。

2.5地面沉降成因分析

通過上述分析可知，臨汾市堯都區地面沉降由地下水超采主導，沉降速率受粘性土厚度制約。而新構造運動及地面荷載、松散層固結等影響因素對其有所促進。

3　臨汾市堯都區地面沉降發展趨勢預測

堯都區地面沉降由地下水超采引起，因此，堯都區西南部的澗上村及東部的埝下村—東孫村一帶地面沉降也將進一步趨緩，堯都區大部分地區地面沉降將停止。但北部的土門鎮水源地超采情況將進一步加劇，該地區地面沉降將會繼續發展。

但若在社會經濟的發展中，不考慮堯都區水資源條件，盲目地開采地下水，可能會重新加劇地面沉降。

4　臨汾市堯都區地面沉降防治對策

（1）增加地表水供應量，主要是擴大“引沁入汾”供水量。“引沁入汾和川取水輸水工程”是在和川鎮修建和川水庫及配套的引水干渠，經草峪嶺隧洞向五馬水庫引水，設計引水能力為17m3/s，通過洪洞境內的洪安澗河向汾河下游及汾東地區提供常年不斷的清水。但目前該工程還沒有達到設計的供水能力，應擴大其供水量。

（2）嚴格控制高污染、高耗水項目，調整區域產業結構和布局，合理開發地下水資源。

（3）應采取農業灌溉節水，加大中水利用等措施。

5　結語

臨汾市堯都區地面沉降由地下水超采主導，沉降速率受粘性土厚度制約，其他因素促進了其發展。堯都區地面沉降整體開始趨緩，只是北部土門鎮一帶依然在發展。通過“引沁入汾”、調整區域產業結構和布局、農業灌溉、加大中水利用等措施，進一步減少地下水開采量，防治本區地面沉降再次發展。

［1］賀秀全，單利軍，李軍，陳元明，等.山西省地面沉降與地裂縫調查報告［R］.山西省地質環境監測中心，2009.

［2］ 李軍，陳元明，劉瑾，等.山西盆地地面沉降地裂縫監測報告［R］.山西省地質環境監測中心，2013.

［3］ 李軍，陳元明，劉瑾，等.山西盆地地面沉降地裂縫調查報告［R］.山西省地質環境監測中心，2015.

［4］ 李軍，陳元明，劉瑾，等.山西盆地地面沉降防控對策報告［R］.山西省地質環境監測中心，2015.

P642

A

1004-5716（2016）05-0135-02

2016-01-11

2016-01-11

陳元明（1982-），男（漢族），山西太原人，工程師，現從事水文地質、災害地質及環境地質等方面的研究工作。