宁阳县直界水厂岩溶塌陷危险性评价及防治措施

耿国锐

（山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000）

宁阳县东部地区生活和工业用水主要以地下水为水源，除泰安恒通水务有限公司集中供水外，其余均采用自备井。随着区域经济发展和人民生活水平提高，用水量不断增大，公共供水普及率和城乡安全饮用水普及率偏低。此外，地下水超量开采形成了地下漏斗区，导致地面沉降、水质恶化等一系列生态环境问题。为优化水资源配置，合理开发、利用地表水，防止地下水超采，缓解当前宁阳县东部地区缺水现状，提高城乡公共供水普及率及水质标准，拟建设宁阳县直界水厂项目。

1 概况

宁阳县直界水厂位于宁阳县政府驻地东北约40.0km，东庄镇政府驻地东南约6.0km，行政区划隶属宁阳县东庄镇辖区，西距京福高速公路（G3）磁窑立交出入口约19.1km，西距磁窑火车站16.1km，东距S244省道4.0km，南距G104 国道16.9km，北距S333 省道3.50km，交通较便利。

净水厂选址于直界水库大坝以北，水库溢洪道西侧，大坝外坡脚线下游70m处，以直界水库地表水为水源，建设规模2×104m3/d，采用“预处理+常规处理+深度处理工艺”，并同步建设水厂生产废水及污泥处理设施，占地面积27.92亩。

2 地质环境条件

评估区开展了“1/20 万济南市、淄博市、泰安专区区域水文地质调查”、“1/20 万泰安幅水文地质调查”、“山东省宁阳县1∶5万地质灾害调查”和“宁阳县地质灾害防治规划”等工作，初步查明了拟建工程的地层岩性、构造结构、水文地质和工程地质特征等，为本次工作提供了必要的参考资料。

2.1 气象与水文

评估区属北温带大陆性季风气候区，四季分明，光温同步，雨热同季，具有春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季晴和气爽，冬季干燥寒冷的气候特征。年平均降水量为737.9mm，年暴雨平均次数1次,受大气环流、季风和地形条件影响，降水量时空变化较大，主要表现为：一是降水量年内分配不均，主要集中在汛期7～9月份，约占全年降水量的66%，汛期降水又多集中在暴雨时段之内；二是降水量年际间变化较大，最大年份的降水量比降水最小年份大3倍以上；三是降水具有连丰、连枯交替出现的特点。

评估区附近主要有直界河及其支流，在西直界村上游建有直界水库一座，汇水面积46km2，总库容2037×104m3。直界河由南向北汇入柴汶河，其河沟上游窄下游宽，向北即形成河面，一般宽30～50m，河床上游多由砂砾石组成，下游多为流砂，为季节性河流，冬春水流较小。

2.2 地形地貌特征

评估区位于鲁中山区，为低山与丘陵过渡地带，主要地貌类型为低山丘陵地貌和河谷地貌。大坝左侧皮匠山呈圆锥形，右侧饿狼山呈马鞍形，北西向延伸，两山均属低山，海拔高度为200～250m，山体浑圆坡缓，坡度在10～30m 之间。地貌单元为剥蚀丘陵区，长期自然剥蚀及人工破坏，使山体沟壑纵横，植被较差。水库北部为丘陵平原区，海拔高度100～150m，地势较为平坦，地形起伏较小，沟谷不发育，以河流冲洪积物为主。

2.3 地质构造特征

大地构造位置位于华北板块鲁西隆起区蒙山凸起与汶东凹陷接合部位，构造以断裂为主，主要发育NW向、NE 向和NEE 向三组断裂。主要出露上寒武统张夏组上段（∈3zu）和第四系临沂组（Qhl），前者岩性为青灰色中厚层藻礁灰岩和鲕粒灰岩夹钙质泥岩、藻凝块灰岩、砂屑灰岩，主要由藻类、鲕粒和方解石组成，节理、裂隙较发育；后者分布于低凹处，厚5～9m，岩性为灰黄色含砾粗砂、中细砂夹砂质粘土、粘质粉砂土。区内岩浆岩不发育。

泰安地区自公元前1768年至公元1909年3678年间有记录的3.0 级以上地震共13 次，均为构造浅源地震，多发生在断裂交汇部位。其中，5.0～4.0 级地震4次，4.0～3.5级地震7次，3.5～3.0级地震1次，未说明震级的1次。故评估区地震基本烈度Ⅶ度，地震动峰值加速度0.10g，反应谱特征周期0.40s，属区域地壳基本稳定区。

2.4 工程地质特征

区内岩土体类型主要为粉质粘土（Q4al+pl）和较坚硬块状石灰岩岩组。

（1）土体工程地质特征：粉质粘土，厚5～9m，均厚5.85m，黄褐、褐黄色，可塑，含少量的细砂及姜石，切面较光滑，干强度及韧性中等，地基承载力特征值fak为120kPa。

（2）岩体工程地质性质：较坚硬块状石灰岩岩组，寒武系张夏组藻礁灰岩和鲕粒灰岩，灰岩厚度较大，岩石单轴抗压强度、抗剪强度、抗折强度及抗剪切强度均较高，为块状较坚硬岩体，岩溶发育等级中级，地基承载力特征值为fak=3000kPa，工程性能良好[1]。

2.5 水文地质条件

评估区地下水类型有第四纪松散岩类孔隙含水岩组和碳酸盐岩裂隙岩溶水。前者岩性为粉质粘土，单位降深涌水量1.52～14.37L/(s·m)，主要接受大气降水、河流侧渗等补给，主要以地下径流的方式排泄；后者埋深30～60m，主要为寒武系张夏组藻礁灰岩和鲕粒灰岩，富水性强，单井涌水量1000～5000m3/d，单位涌水量18.18～1.30L/(s·m)，主要接受外围含水层侧向补给，排泄方式以人工开采及侧向径流为主。

第四系松散岩类孔隙含水岩组，水位埋深3.5～4.4m，年水位变幅1～3m；碳酸盐岩裂隙岩溶水，水位埋深30～60m，年水位变幅3～5m。自然状态下，在一个水文年中，一般年初到六月份水位缓慢下降，六月份中下旬出现全年最低水位；七月份雨季到来，水位开始上升，九月份前后出现全年最高水位；雨季过后随降水减少及径流、蒸发排泄，水位又开始下降，直到翌年六月份，如此年复一年呈现周期性变化；年际间随降水量的差异性，地下水位表现为连枯年份持续下降、丰水年或平水年迅速回升的特点。

2.6 人类工程活动

根据现场调查，评估区附近为道路、村庄，无不稳定边坡、地下洞室及采空区，人类工程活动破坏地质环境一般。

3 地质灾害危险性评估

3.1 地质灾害类型及特征

根据评估区的地质环境条件，区内主要地质灾害类型为岩溶塌陷，但实地踏勘和调查，拟建工程位于岩溶塌陷分布区外围，目前无岩溶塌陷发生。

从岩溶塌陷发育特征来看，形成机理较为复杂，为多重力学效应作用的结果。不同地质模式条件下、触发(诱发)岩溶塌陷的形成机理不相同。区内岩溶塌陷是由“岩—土—水”共同作用的结果，其中，岩溶的发育是内因，为岩土体的破坏提供运移空间；地下水活动是外因，为岩土体的破坏提供动力。

总之，评估区以藻礁灰岩和鲕粒灰岩夹钙质泥岩，地表和底下未见明显岩溶和溶洞；距离村庄有一段距离，周边主要为道路，故地质灾害发育程度弱，地质灾害危害程度小，岩溶塌陷地质灾害危险性小[2]。

3.2 可能引发或加剧地质灾害特征

根据评估区地质环境条件，结合本建设项目特点综合分析，拟建工程可能引发或加剧的地质灾害为岩溶塌陷。

评估区拟建建筑物主体建筑为地上4层建筑，地基开挖深度3～6m左右，地下为寒武纪张夏组灰岩，岩溶发育程度较弱，位于岩溶塌陷及其影响范围内，可能引发或加剧岩溶塌陷。故地质灾害发育程度中等，地质灾害危害程度中等，岩溶塌陷地质灾害危险性中等。

3.3 工程建设自身可能遭受地质灾害危险性

根据评估区水文地质条件、岩溶塌陷的形成条件及主要影响因素，选取岩溶发育程度、覆盖层岩性结构、覆盖层厚度、地下水水位、地下水径流条件和地貌类型六个因素，按它们对塌陷发育的影响大小分为3～4级，并结合实践经验，分别赋予经验指标，经公式：N=K+S+H+W+F+D，对可能发生岩溶塌陷的区域采用经验指标预测法对其危险性进行预测。

经计算N=2+1+4+2+2=11，根据岩溶地面塌陷预测指标判别表（表1），岩溶地面塌陷稳定性为不易塌陷，可产生少量或零星塌陷。

表1 岩溶塌陷易发性数量化评分标准表

工程建设邻近地质灾害影响范围，遭受地质灾害的可能性中等，遭受地质灾害的可能性为中等，危害程度中等，岩溶发育程度为弱，故拟建工程建设中、建设后可能引发或加剧地质灾害危险性中等—小[3]。

4 危险性评估及防治措施

项目以遵循地质环境条件与人类工程经济活动因素相结合、主导因素及多灾种叠加效用、动态和区内相似区际相异为原则，抓住主导因素，充分考虑地质环境因素和人类工程活动影响，对评估区进行了地质灾害危险性和适用性评价，并制定有效的防灾减灾措施。

4.1 危险性评估

评估区主要地质灾害为岩溶塌陷，现状评估危险性小，预测评估危险性中等，综合评估危险性中等，对建设项目的危害程度中等。

4.2 适宜性评估

根据地质灾害危险性、防治工程难度以及防治效益等因素（表2），对评估区进行了适宜性分区及评估。

表2 建设用地适宜性分级表

评估区地质构造简单、地层岩性稳定，岩溶塌陷地质灾害危险性小，遭受岩溶塌陷危害的可能性中等，引发、加剧岩溶塌陷的可能性中等，危险性中等，但可采取合适措施处理可以解决，场地适宜性评估为基本适宜[3]。

4.3 防治措施

（1）控制建设场地周边岩溶水的开采，避免引起区内岩溶水位的大幅波动。

（2）基坑开挖时布置基坑支护；开挖坡度不大于60°，并对边坡采取有效的护坡措施，为工程建设施工和水厂正常运营提供科学的地质依据。

5 结论

（1）宁阳县直界水厂现状地质灾害为岩溶塌陷，地质灾害危险性小；工程建设中和建设后可能引发或加剧岩溶塌陷的发生，危险性中等；但可采取合适防治措施处降低岩溶塌陷危险性，工程场地基本适宜。

（2）控制水厂场地周边岩溶水的开采，基坑开挖时实施基坑支护和护坡措施等，为直界水厂的建设和后期运营提供了地质科学依据。