地下水开采对地面塌陷的影响分析

龙源期刊网地下水开采对地面塌陷的影响分析作者：魏毅来源：《科学与财富》2014年第12期摘要：近年以来，地面塌陷在全世界范围内已经成为了一种严重危及人类生命的灾害。什么是地面塌陷呢？地面塌陷是一种危害性极大并且广泛存在的地质灾害，它会引起地下设施的破坏，例如地下管道会因此发生折断，还会引起地表道路的不平，建筑物的倒塌，海水的倒灌，极其严重地影响到了人们正常的工业生产与日常生活。地面塌陷是人类过度利用自然资源所造成的，主要是过度开采地下水资源，因为地下水资源是人们生产与生活用水的主要来源。在本文中，将讲述了地面塌陷的含义与现状，分析了开采地下水如何造成地面塌陷，最后对开采地下水与地面塌陷环境破坏二者之间的矛盾提出解决建议，以实现人与自然和谐发展，坚持以人为本，树立全面、协调、可持续发展观，促进经济社会和人的全面发展。关键词：地面塌陷;地下水开采;资源过度利用;环境破坏;人与自然和谐发展前言：过度开采地下水是造成地面塌陷的主要原因，开采地下水主要是为了人们更好的生产与生活，然而过度开采地下水却又严重地破坏了自然环境，继而影响甚至危及到人们的生活与生存。由此可见，开发利用自然资源是一把双刃剑，必须在开发的过程中注重“度”的问题，既要保证人们生产与生活的用水需求，更要注重保护自然环境，促进人与自然之间的和谐与可持续发展，建立与发展我国的民主法治、公平正义、诚信友爱、充满活力、安定有序、人与自然和谐相处的社会。本文将讲述了地面踏陷的含义与现状，分析了开采地下水如何造成地面塌陷，最后对开采地下水与地面塌陷环境破坏二者之间的矛盾提出解决建议。一、塌陷的含义及其现状形成地面塌陷的作用力有两方面，自然条件的作用力以及人为的作用力，在地壳表面土层被压缩的情况下，区域性的地面出现了标高降低，这是一种具有很强广泛性的地质现象。这是一个缓慢的变化过程，地基渐渐地压缩变形，并且通常发生的地方的土质是较新的，也就是沉积时间较短。这种严重的地质灾害，引起地下设施的破坏，例如地下管道会因此发生折断，还会引起地表道路的不平，建筑物的倒塌，海水的倒灌，给人类带来了深远的破坏性影响。在我国的近年以来，随着人们越来越过度地开采地下水以及由此带来的地下水位的下降，发生地面塌陷的地方也越来越广泛，越来越严重。尤其是沿海一带的城市，地面塌陷早已成为妨碍城市建设与发展的严重问题。以下是我国主要城市发生地面塌陷的相关图表：二、开采地下水造成地面塌陷2.1地下水的相关分析龙源期刊网随着我国社会主义社会的发展，人们生产与生活的用水需求也越来越大，而地下水的成分则越来越高。因此，地下水资源对经济发展也显得越来越重要。地下水开采对地面踏陷的影响如此重大，必须分析地下水所在的地下位置、载体特性与厚度、抽排方式等方面的因素。按地下水所处的地层来分析，可以分为浅层地下水、深层地下水;按地下水载体特性来分析，可以分为新生代地层载体和基岩地层载体，按其地层的厚度来分析，可以分为厚含水层和薄含水层;按地下水的抽排形式来分析，可以分为正常性的抽放和突发性的强排。我国的地下水资源分布在时空上都存在着明显的差异，并且地下水资源是就地资源，就是开采利用的，因此，造成了我国地下水资源分布极其不均匀。秦岭以南占有绝大部分的天然地下水资源，但是北方的干旱地区与半干旱地区却只占有了低于五成的比重。2.2地面塌陷的原因分析从外在因素和内在因素分析，过度开采地下水资源是产生地面塌陷的外因，而地壳存在压缩土层则是引起地面塌陷的内因，由此可见，地层结构和水的运动规律是地面塌陷的根本影响因素。我国平原地区广泛，山坡平原、河流冲积平地、河谷平原，还有滨海沿岸以及河口三角州地区等等，这些平原地区分布了积厚的第四系沉积物，沉积物松散，具有很多孔隙。含水层由孔隙较大的砂层、砂砾层构成，而粘土、亚粘土、亚砂土及淤泥粘性土因为孔隙较小构成了隔水层和半隔水屋。从山前到平原的沉积物由粗到细，孔隙承压水层位于远离山前地带但是山前通常是为泾流缓慢的承压含水层补给所用的。（1）地层失水固结化是主要原因开采地下水是地面塌陷的产生原因，开采量越大，地面塌陷越严重。二者发生所形成的漏斗形状基本上是一致的，地面下降的层次和各个含水组的开采量相对应。抽水导致井周边的地下水位线下降，形成了漏斗下降的形状，在砂层和砂砾层中，这样子的形状在一定范围内降低了压力水头，含水层中的水难以承受原本所承受的压力，则相当部分的重量就会转嫁于颗粒载体，那么含水层的砂颗粒就要增加负担。如此一来，就清楚地了解到这个范围内，含水层因压力的加大而被压缩的过程，并且其中孔隙有所减少，水量也被排出。含水层的水原本与隔水层、半隔水层的水相通，压力平衡，在抽水后含水层的水头降低，因而隔水层、半隔水层向高水头排水，以降低隔水层、半隔水层的水头来恢复原本的平衡，自然地，水对上层的支撑力也是减少了的。粘性土层因孔隙减少、含水排出而得以压缩。由此可见，含水层和隔水层、半隔水层被压缩后共同的效果，反映在地表上，就是地面踏陷。由大量抽水造成了地下水位下降，向地层颗粒转嫁了压力，破坏了土层原本的结构，土层所含水量被排出。因此，地面踏陷的主要原因是土层失水固结，而土层失水固结是由地下水位下降所引起的。龙源期刊网（2）粘性土层具有可缩性是内在原因由于抽水引起的含水层和粘土层的压缩是有区别的，通常含水层的压缩性有限，而粘土层的压缩性则取决于土质。同样的抽水条件，土质的承受力不同，所造成的地面踏陷程度也是不同的。换言之，粘性土层的土质的物理承受力是土层压缩量大小的主要因素。另一方面，粘性土层的含水量的影响特别显著。不同粘性土层的天然含水量受其形成条件与自身的内部结构的差异所影响，与硬可塑的粘土相比较，淤泥质的粘土的天然含水量大于自身的液限含水量。粘性土层的含水量越大，受压后的失水量也就越大，其土层的压缩量相应也大。2.3地面塌陷规律（1）地下水开采与地面塌陷密切的关系从三方面进行分析：第一点，开采地下水一定带来开采的地下水位下降，开采量与水位下降的幅度呈正相关性，如果开采地下水长期过量，随着水位的下降，会形成漏斗形状的降落性水位。（图1：某市工业区地下水开采量与地下水位、地面沉降量关系曲线图）;第二点，季度开采量与水位线、地面塌陷系。二、三季度是地下水开采量相对大的季节，在水位动态的曲线上呈现出低水位，地面踏陷量较大。而在四季到次年的一季度，水位上升，出现高水位，地面塌陷小。（如图2所示）;第三点，地下水位漏斗地区与地面下降地区相应。（如图3：地下水位与地面沉降关系曲线图（1960年）图1图2图3（2）地下水采灌方式下水位与地面塌陷系地面高低变化的大小与水位的变化幅度相关。在冬灌期，呈现出正相关的关系。（如图4）图4在夏灌期，它们也存在着密切的关联性。（如图5）（3）地下水位在反复上下变化条件下土层的变形特点某市的地质队人员作了模拟水位下降时反复加卸荷，可发现：一方面，地下水位若持续下降，地层会一直处于压缩状态，即使水位会出现短暂的恢复，但地层并没有明显的回弹反应;另一方面，在一定标高的情况下，地下水位的反复上下变化，反复次数越多，压缩系数越低，龙源期刊网也就是说，粘性土的状态越来越接近弹性变形的状态。由此总结，地下水位的反复上下变化的次数增加会促使粘土层更加接近弹性变形状态，若由于过度开采地下水，使得地下水位持续下降，因而造成的面踏陷是难以恢复的。图5三、解决地下水开采与地面塌陷针对由过度开发地下水引起的地面塌陷灾害防治工作需要我们长期的努力，必须从科学发展观出发，制定长期有效的防治规划。实践表明，以下三种方法是具有科学实践性并行之有效的：（1）对地下水开采进行合理限制开发利用地下水资源必须做好科学性的规划，对地下水资源的管理进行加强，着重做好滨海平原地区的地下水开发现状的调查，结合相应地区地面塌陷的情况，划分限采区与禁采区，合理控制地下水开采量。有条件的地区，一般的工业部门可以尽量采用地表水代替地下水，需要用地下水作为工业降温等其他用途的，可以借助人工制冷设备提供辅助性的冷源，以减少地下水的开采利用。另外，平时要节约用水，科学用水，一水多用，综合利用。（2）人工回灌地下水对某些地区地面塌陷极其严重的，应当立刻停止开采地下水，并对地下水进行人工回灌补给，这样可以填充地下水水位下降形成的漏斗，恢复与抬高水位，减缓与控制地面塌陷的情况。根据采灌的目的，分为冬灌夏用与夏灌冬用两种。在回灌时的水源必须符合规定的水质标准，防止污染地下水，并且因地制宜地制定科学合理的采灌方案。在水质上，回灌水必须优于原来地下水的水质，达到饮用水的标准，回灌后不会破坏地下水，并且不能使用井管和滤水管腐蚀的特殊离子或气体。人工回灌是一种行之有效的手段之一，方法简单，并能达到储水待用的功能。应当积极利用水文地质条件，保证水质并建立起人工回灌场地，对地下水资源进行人工回灌，有计划、有秩序、科学地进行地下水人工回灌工作。（3）加强地面塌陷预测预警系统的研究从科学发展观出发，以人为本，完善地下水的动态监测网络，加强动态监测，加快监测系统的建设，提高时效性。及时掌握地下水开采与地面塌陷的动态情况，适时调整治理方案与开采地下水的计划，以实现地下水资源的科学有效及时的管理。对地面塌陷和地下水开采的关系进行研究，结合滨海平原地区的变化深入分析地面踏陷对国土整治、城市建设、经济发展的危害性。建立起地下水资源与地面塌陷的预测预警系统，为政府制定可持续发展的科学的有效的城市发展规划依据，从而更好地建设与发展社会主义社会。龙源期刊网结语：我们所要建设的社会主义和谐社会，应该是民主法治、公平正义、诚信友爱、充满活力、安定有序、人与自然和谐相处的社会。根据科学发展观，“坚持以人为本，树立全面、协调、可持续发展观，促进经济社会和人的全面发展”，科学发展观第一要务是发展，核心是以人为本，基本要求是全面协调可持续发展，根本方法是统筹兼顾。综上所述，本文讲述了地面踏陷的含义与现状，分析了开采地下水如何造成地面塌陷，并对开采地下水与地面踏陷阱环境破坏二者之间的矛盾提出了解决建议。根据近年以来的调查，在我国所发生的地面塌陷现象越来越多，给人们的生产与生活甚至于生命安全都带来了极其严重的危害。开发利用自然资源本是一把双刃剑，必须在开发的过程中注重不要过度的问题，既要保证人们生产与生活的用水需求，更要注重保护自然环境。处理地面塌陷的环境灾害，应当从科学发展观出发，以科学的态度对待，并采取科学有效的措施，解决人与自然和谐发展的矛盾，实现社会主义和谐社会的建立与发展，促进国民经济的飞跃进步。参考文献[1]冉兴龙，非固结储水系统形变的体积互换机理及意义[J]，大地测量与地球动力学，2004，24（4）：102-106;[2]中国地下水资源分布图，地矿部水文地质工程地质研究所，1985，5;[3]方武均，丁峰，葛萍涛，等，地下水超采引起的地面沉降问题及解决思路[J]，科技情报开发与经济，2008，18（26）：205-206。