地下水开采与土层压缩性对地面沉降的联合控制——以太原市为例.pdf

地下水开采与土层压缩性 对地面沉降的联合控制 ——以太原市为例 郭清海王焰新 马 腾 马 瑞 (中国地质大学环境学院，湖北武汉430074) 摘要：地下水与地质环境内诸多地质灾害的发生密切相关，探讨地下水、地质环境、地质灾害成因之间的关系对 预防和控制地质灾害具有重要的理论与实际意义。本文以太原市地面沉降为例，分析了地下水因素与地质环境因素 对地质灾害的影响，其中重点讨论了地下水开采与土层压缩性对地面沉降的控制。太原市地面沉降始见于20世纪60 年代，至80年代沉降加剧，目前总沉降面积为548km2，最大沉降量达2960 mm，已严重影响该地区的经济建设发展。 为制定研究区地面沉降的有效治理措施，本文对沉降产生的成因作了详细的分析，结果表明：地下水开采是区内产 生地面沉降的外在诱发因素，而地质环境(土层的空间分布)则是研究区地面沉降形成与发展的内在控制因素。利 用灰色关联分析方法研究了土层的整体压缩性与地下水开采对地面沉降的影响的相对重要性，结果表明：与地下水 开采相比，土层整体压缩性的差异对地面沉降量的影响更加显著。这样，为控制太原市地面沉降，应首先根据土层 分布特征及其整体压缩性对研究区进行区划，然后在此基础上有区别地压缩调配各分区的地下水开采量，以实现使 地下水位回升，并缩减地面沉降量的目的。 关键词：地下水开采土层压缩性地质灾害地面沉降 太原市 研究表明，发生于地质环境的诸多地质灾害，如地面沉 降、滑坡、泥石流、岩溶塌陷、水库诱发地震、矿坑突水等 均与地下水的作用密切相关(Wang，1997；杨裕云，2004)。 在地质灾害的预防和控制领域，研究地下水、地质环境、地 质灾害成因之间的关系具有重要意义。本次研究拟以太原市 地面沉降为例，阐述地下水与地质环境对地质灾害形成的影 响。地面沉降又称为地面下沉或地陷，它是在天然因素或人 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下降运动。1891年，墨西哥 城首次发现了地面沉降，其后，地面沉降日益成为全球性的、 威胁人类生存环境的重大环境地质问题。目前，全球已有 50多个国家和地区发生了不同程度的地面沉降(冉兴龙， 2002)。我国已有45个城市和地区出现了严重的地面沉降 Pf (Hu a』．，2004)，本文的研究区太原市即是其中之一。 1研究区地面沉降概况 太原市地面沉降属于典型的断陷盆地型地面沉降。至 2002年，市内最大沉降量为2960mm，最大年均沉降速率 (1956-2000)则高达63·57mm／a,严重沉降区包括武家庄、 图1太原市沉降中心分布概图 吴家堡、迎新街等地，已严重影响该地区的人民日常生活与经济建设。目前，太原市地面沉降的监 测资料较少，相关研究比较薄弱，已有研究成果主要集中于对区内地面沉降现象及形成原因的初步 探讨。本文首先简要介绍太原市地面沉降概况及发展历史。 太原市地面沉降始见于20世纪60年代，至80年代沉降加剧。沉降区北起上兰镇，南至刘家 西张、万柏林、下元、吴家堡4个沉降中心(图1)，各沉降中心自1980年来的最大沉降量变化趋 势可参见图2。 冒 、一 删 遨 避 量 邑 一 一 删 删 矬 澄 螺 蝎 图2太原市各地面沉降中心最大沉降量变化曲线 根据太原市地面沉降历史演变特征，可划分出三个沉降阶段：①沉降中心初步形成阶段(1956～ 地面沉降的快速发展 阶段，此期间盆地地面快速下沉，西张、万柏林、下元3个沉降中心接连形成，吴家堡沉降中 心进一步发展，其沉降量、沉降规模、沉降速率仍然为区内最大。1990～2000年间，市内地面沉