地下水开采对地面塌陷的影响分析

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

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。

（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）