湖南省益阳市地下水开采对地面沉降影响情况研究

叶一舟 张学羿 王哲 任标

摘要：益阳市于1958年开始集中开采地下水，随着国民经济的发展，地下水开采量急剧增加，本文将针对地下水的开采引起的地面沉降情况进行研究，对益阳市的地层结构、地下水开采量、地下水储存量与水质变化实地调研，根据测定的地面沉降量与地下水开采量模拟并预测益阳市开采条件下的地面沉降，针对现今地下水开采情况提出改进建议与方案。

关键词：地下水开采；地面沉降；采矿

1.概述

本研究是基于岳家桥“天坑”问题展开的，地下水在全球水资源中占有相当大的比例，随着科学技术的发展以及人类用水量的增加，地下水资源的开采利用已成为人们饮用水的来源之一。地面沉降是城市主要地质灾害，地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动（或工程地质现象）。湖南省益阳市由于超量开采地下水，再加上煤矿厂的密布，形成了区域性的地下水降落漏斗，并诱发了地面沉降。

国内外一些学者对地下水开采及地面沉降进行了相关研究，应用了数值模拟了地下水动力场和深层降落漏斗在时、空方面的演化、发展，应用复杂函数，概率统计，系统工程学等各种应用和基础相关知识，结合流固耦合效应，借助计算机，建立了相当多的地面沉降计算和预测模型。

2.研究区概况

益阳隶属湖南省，地理坐标为北纬27°58′38″至29°31′42″、东经110°43′02″至112°55′48″，东西最长距离217公里，南北最宽距离173公里，它北近长江，同湖北省石首县抵界，西和西南与本省常德市、怀化市接壤，南与娄底市毗邻，东和东南紧靠岳阳市和省会长沙市，位于长江中下游平原南岸的湘北洞庭湖区域，地处湖南省境内，自古是江南富饶的“鱼米之乡”。长江中下游平原位于扬子准地台褶皱断拗带内，燕山运动产生一系列断陷盆地，后经长江切通、贯连和冲积后，形成现今的长江中下游平原的整体。受新构造运动影响，平原边缘白垩系―第三系红层和第四纪红土层微微掀升，经流水冲切，成为相对高度20～30米的红土岗丘，中部和沿江沿海地区则继续下降形成泛滥平原和滨海平原。益阳市境内由南至北呈梯级倾斜，南半部是丘陵山区，属雪峰山余脉；北半部为洞庭湖淤积平原。益阳城區内出露的地层有：板溪群五强溪组上段、震旦系江口组、南沱砂岩组、南沱冰碛岩组、陡山沱组、灯影组、寒武下统、第四系松散堆积物，区内地层以第四系地层为主，按岩性可分为变质岩和第四纪松散堆积物。

3.地下水开采情况

由于过量抽汲地下水（或油、气）引起水位（或油、气压）下降，在欠固结或半固结土层分布区，土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象为抽水沉降；因地下大面积采空引起顶板岩（土）体下沉而造成的地面碟状洼地现象为采空沉降。地下水水位持续下降是地下水超量开采的主要标志。

益阳市的地面沉降主要是由于周边地区过度开采煤矿，并且延伸到了岳家桥地区，导致地层空洞，而部分地区地下水的充盈依旧无法承受地面的重量，从而引发塌陷，而在实地调查中发现坑中土质干燥，并不像是地下水充盈的坑洞，原因大概有二：其一，可能是天气干旱，水分已经蒸发晒干；其二岳家桥塌陷问题还有另外一个主要诱因，那就是岩溶。据悉，益阳的岩溶地貌多集中于岳家桥一带，干旱导致岩溶塌陷，从而形成“天坑”。

岳家桥地区地处岩溶地带，加之益阳的亚热带季风气候，降雨的季节性分布不均匀，这使得地面时而干裂，时而被雨水冲刷得十分严重，这无疑对地面造成了巨大的损害，使得裸露的地表尤为脆弱。加上那年益阳大旱，地表水远远不能满足工业需求，使得各企业纷纷打井开采地下水，而干旱时节地下水本身的补给不足，使得水圈水循环的平衡失调，加上岩溶造成的地层空洞，从而引起了岳家桥的塌陷。但是在益阳的历史上，从未有过塌陷的记录，岳家桥的这次大规模塌陷究其根本，主要原因还是在于周边地区煤矿的开采过度以及地下水的超量开采，由表1可知2000年以前的地下水开采量。

地下水开采与地面沉降的相关性体现

多年的观测数据显示，益阳市区地面沉降与地下水开采的关系有以下几方面特点：

（1）地面沉降与地下水位下降漏斗的形态与分布范围具有相似性。

（2）地面沉降量与地下水开采量呈正相关，随沉降量随开采量增大而增大。

（3）地面沉降速率与地下水升降具有明显的相关性。

4.建议及措施

（1）市政府应加强水资源管理体制改革，建立水功能区管理协调机制，保持现有水资源开发、利用和水资源永续利用之间的平衡，确定水功能区划。

（2）加强地下水动态监测，了解各含水层及含水系统间的水力联系，预防地面沉降等地质灾害。

（3）规定最大开采量或允许量，各部门加强对地下水开采的管理，以保证地下水的自我调节能力，必要时加以回补。

（4）加强水质评价与预测。

参考文献：

[1]张国庆.益阳市城区地下水现状及思考，人民长江，2009年5月第九期第四十卷.

[2]蔡文晓.德州市深层地下水开采与地面沉降关系研究，吉林大学，2009年6月.

[3]潘云，潘建刚，宫辉力，赵文吉.天津市区地下水开采与地面沉降关系研究，地球与环境，2004年6月.

作者简介：叶一舟（1995～），女，福建南平人，河海大学地球科学与工程学院2013级地质工程专业在读本科生，研究方向：地质工程。