湛江市区滨海平原地面沉降现状与防治对策.pdf

第17卷 3期2006年9月中国地质灾害与防治学报The Chinese Journal of Geological Hazard and ControlVol.17No.3Sep.2006湛江市区滨海平原地面沉降现状与防治对策罗树文,吴 捷(广东省地质勘查局水文工程地质一大队,湛江 524049)摘要:湛江市区地面沉降自20世纪80年代发生以来,随着地下水开采深度的增加,地面已出现了不同程度的沉降,影响了社会的稳定和经济的可持续发展。文章根据多年来的地面沉降与地下水动态监测、调查成果,对湛江市区滨海平原地面沉降历史与现状、地面沉降基本规律进行总结,提出了地面沉降防治措施建议,为地方制定水资源规划和地下水资源的管理决策提供科学依据。关键词:地面沉降;防治对策;滨海平原;湛江市区文章编号:100328035(2006)0320098205中图分类号:P642126文献标识码:A收稿日期:2005212205;修回日期:2006201206作者简介:罗树文(1965),男,工程师,主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作。1 地面沉降历史与现状湛江市是我国第一批十四个对外开放的沿海城市之一。地表水资源缺乏。地下水资源丰富。据计算,城区及郊区范围内拥有地下水可采资源量176104m3d,目前开采量约58104m3d,主要开采50300m深度内的承压水(约占66%)。地下水开采主要以机井抽取方式,且有50余年的历史。由于开采井布局不合理,城区出现超采现象,形成以城区为中心的承压水区域水位降落漏斗。最早发现于1984年。此后于1989年、1999年和2001年进行了三次地面二等水准测量(图1)。结果表明地面沉降是逐步发展的,至2001年,中心最大累计沉降量达17817mm。沉降经历了由慢 快 慢三个阶段(图2)。19571984年,有监测点20个,除位于湖光的JC1、JC35号点高程升高外,其余点均不同程度下降,形成了两个地面沉降中心。分别位于霞山区的潜水学校(JC53)和赤坎区的沙湾(JC72),最大沉降量依次为10118mm和7712mm。沉降速率分别为3177mma和2186mma,沉降范围主要沿海分布。19841989年,有监测点21个,可比较数据18个。除JC1和JC76升高外,其余点下降。最大沉降量5917mm(JC72),沉降速率达1119mma,一般沉降量1020mm。累计沉降量仍以原2个沉降中心较大,潜水学校为13916mm,沙湾为13619mm。此阶段地面沉降速度普遍加快。19891999年,此阶段共有监测点29个,可比较数据有26个。除火山岩台地及局部湛江组台地区略有抬升外,滨海地区继续下降,沉降量一般为10图1 湛江市主要地面沉降监测点分布图Fig.1Distribution drawing of the main monitoring pointsfor ground subsidence in Zhanjiang City图2JC53、JC55沉降点沉降量变化曲线Fig.2The variation curve of subsidence points JC53 and JC5530mm,最大值为4915mm(JC18),沉降速度4195mma。累计沉降量仍以潜水学校和沙湾最大,分别为17518mm和16814mm。霞山儿童公园和化工厂,累计沉降量依次为13011mm和14419mm。与上阶段相比,地面沉降速率普遍变缓。仅在铺仔 化工厂一带,沉降速度仍在加快。19992001年,此阶段共有监测点96个,可比数据29个。除滨海平原有软土分布区继续沉降外,西部内陆地区相对较稳定或略有抬升。沉降量多小于10mm,最大沉降量20mm,沉降速度1010mma。累计沉降量仍以潜水学校和沙湾最大,分别为17817mm和16818mm(图3)。铺仔、霞山儿童公园沉降速率加快。总体上,沉降仍在发展。图3 湛江市区地面沉降量等值线图(19572001年)Fig.3Isoline chart of land subsidence quantityof the Zhanjiang City1-地面沉降等值线及沉降值(mm);2-推测地面沉降等值线及沉降值(mm);3-地面沉降观测点及累积沉降值(mm);4-断陷盆地边界线2 地面沉降的影响因素湛江市区地面沉降是由于大量开采中深层承压地下水引起的含水层水头变化,导致土层(包括含水层、软土层、硬土层)中的孔隙水发生变化,引起土层承受的上覆地层的有效应力改变而产生的土层压缩造成的。其影响因素多。除了开采地下水外,区内的地形地貌,岩土层性质,区域地壳运动,地表建筑物的布局等均是地面沉降的影响因素。211 地下水的开采开采地下水是引发地面沉降的外部因素。湛江市自20世纪50年代末开始开发利用中层承压水。20世纪70年代开始开采深层承压水。据1979年开采量调查,全市开采量20115104m3d。其中城区1118104m3d,以霞山区开采量最大,为81778104m3d,约占全市开采量的4316%,形成了以霞山为中心的降落漏斗,最大水位降深14m。至1984年,全市中深层水开采总量增至2412104m3d,漏斗中心仍位于化工厂,并在麻斜新形成了一个次级漏斗中心,水位下降值分别为17m和14m,1984年测得地面沉降中心位于潜水学校。即降落漏斗中心北侧,沉降量60mm等值线圈定范围与漏斗中心分布区大体一致。1984年,地下水开采量增大,以赤坎、开发区和铺仔增长较快。至1990年,全市中深层承压水开采量为35164104m3d,19841990年的年均增长率为617%。其中赤坎区达2019%,霞山区为718%。同期赤坎年平均水位下降01971107m,形成了以平乐为中心的中深层承压水区域水位降落漏斗。同期地面沉降量以沙湾最大(5917mm),其后依次是潜水学校(3718mm),化工厂(2219mm),临东(21mm)。阶段性地面沉降中心多位于以开采承压水为供水水源的水厂或单位。此后,湛江市城区承压水开采量经历了一个由增加 稳定 递减的过程。其地下水位变化相应地由下降至稳定或回升。但在铺仔 霞山、赤坎沙湾,地下水位仍持续下降,地面沉降量持续增大。总体上,区内地面沉降与承压水水位变化的相关性较好(图4)。212 岩土体工程地质性质从图3、4看出,在中深层承压水区域水位降落漏斗中心的平乐附近,地面沉降量并非最大。其西侧水位降幅与赤坎、临东等地相当的区域,其地面沉降量明显偏小。说明湛江市地面沉降除了受地下水水位影响外,还受到其他因素影响。其中岩土体工程地质性质的影响较为明显。根据地貌形态,岩土体工程地质特征,区内可划分为火山岩台地、内陆台地无软土分布和滨海平原有软土分布的3个工程地质区。其岩土体工程地质性质具有明显的差别,因而对地面沉降的影响不同(表1)。首先是地表岩性的差别。区地表均为玄武岩或火山碎屑岩风化残积土,局部基99 第3期罗树文,等:湛江市区滨海平原地面沉降现状与防治对策岩裸露。由于地势较高,残积土多位于包气带中,主要为粘土,硬塑。深部开采承压水不产生土层压缩;区地表多为湛江组及北海组粘性土,潜水位埋藏较深,粘性土多为硬塑状,处于固结状态,可压缩性低,故地面沉降量相对较小(图5);区地表岩性包括有全新统海积软弱土(多为淤泥质粘土,淤泥、粉细砂等)、湛江组、北海组粘性土,软弱土多为欠固结土。当其下部开采地下水时,易产生土层压缩固结,地面沉降量较大(图2)。其次是浅部土层性质影响,区残积土层下伏基岩,为刚性体,不易沉降;区浅部多为砂性土及粘性土,固结较好,可压缩性较低;区浅部多分布有较软弱土,主要是湛江组软土。由于该层土多为淤泥质土,具有高含水量、大孔隙比等特点,为欠固结土。即使是地形相对较高的台地区,如果下伏有软土,当中深层水位大幅度下降时,均会产生一定量的土层压缩,导致地面沉降;再者,深部岩性也是影响区内沉降的因素之一。一方面是承压含水层颗粒粗细及其粘土夹层厚度的影响,另一方面是玄武岩夹层的作用。由内陆至沿海,粘土夹层厚度增大,因此,在同等水位降深条件下,滨海地带地面沉降量较大。图4 沿海地带不同时期地面沉降与承压水水位变化关系Fig.4Relation between the amount of subsidence and theconfind water dropdown in coastal regions in different period图5JC63、JC95监测点沉降量变化曲线Fig.5The decline quantity variety curve ofmonitoring points JC63 and JC95表1 湛江市不同工程地质区地面沉降量与承压水水位下降统计表Table 1The statistice of ward land subsidence quantity and the confinedwater level descend in different project areas in Zhanjiang City地区点号位置2001年累计水位下降(m)中层水深层水2001年累计沉降量(mm)单位水位下降引起地面沉降量(mm)中层水深层水火山岩台地区()内陆无软弱土台地区()滨海有软土区()JC4湖光岩西北111381413121311080186JC30志满814812172-118-0121-0114JC34英豪村21738104-611-2123-0176JC35调熟村西北01965177-413-4148-0175JC36坡塘村91771717301301030102JC12南山村1716623158781841463134JC21木兰村1711922142561231292152JC63204厂25182619641321492139JC68湛江市政府161172016171611080185JC95平乐2612828145701621682147JC15龙画水厂1514224191011061544105JC18石头村1517224161201771684191JC26铺仔1314119143701951293165JC53潜水学校19101241781791407145JC55霞山儿童公园1516225111321591125167JC72沙湾20164211811681681177173213 区域地形变根据广东省地震测量队施测的廉(江)湛(江)海(安)线精密水准测量资料。1974年以前,廉江 湛江一带地面总体是下降的,以霞山区最大,下降速率001中国地质灾害与防治学报ZHONGG UO DIZHIZAIHAI Y U FANGZHI XUEBAO2006年 达418mma,1974年后,霞山至雷州市的龙门镇仍为下降区。而雷州市龙门以南、湛江麻章以北则为上升区。地面沉降区大致与北海组平原、湛江组台地及滨海平原分布区一致。该范围多为城镇人口密集区,地下水开采量大,易产生地面沉降。地面上升区主要是火山岩台地和基岩浅埋区。因此推断,就区域而言,地形变以上升为主,上升速率112mma,与区域地形变基本一致。另据国家海洋局公布1998年海平面监测结果,与1997年相比,南海海平面降低了14mm,推测也与区域地壳总体上升有关。湛江市地面沉降幅度较小。一定程度上是被区域地形总体上升掩盖了一部分的结果。214 地面工程建设据上海市研究结果,20世纪90年代以来,由于工程建设施工产生的地面沉降量约占总沉降量的32%,说明地面工程建设对地面沉降的影响不容忽视。湛江市目前还未对此影响进行监测,根据湛江市目前出现的两个地面沉降中心分析,其分布范围也基本上与20世纪90年代所建的两个商品房区域一致。两个中心区附近均为大片的围海造地区,建筑物以10层以下的多层建筑为主,但密度大,由于浅部土层主要是全新统海相的软弱土,尽管其持力层置于湛江组的粘土或砂层中,但在施工过程中及建成后均会对地面沉降产生影响,一定程度上加大了该地区地面沉降量。3 地面沉降防治对策311 加强地下水资源管理开展区内地下水开发利用现状调查,深入研究地下水含水系统结构及地面沉降状况,确定地下水超采区,划定限采区和禁采区,把地下水开采量控制在合理范围之内。加强地下水资源管理;加大环境综合整治力度,改善地面水功能,提高地面水的供水能力。312 切实保持地下水位的相对稳定在湛江市区范围内,中、深层承压水已经出现了超采现象,尽管近年来没有增大开采量,漏斗中心水位较平稳,但中心以外的漏斗区水位仍在持续下降,漏斗的范围仍在扩大,说明漏斗中心的水位平稳是以消耗周边静储量为代价的。考虑到湛江市城市建设的需要和地表水资源缺乏的事实,城区地下水开采现状仍要维持一段时间,但必须禁止扩大开采。313 开展人工回灌试验,保持采补平衡上海市地面沉降研究结果表明,通过人工回灌补给地下水,可使地下水位回升,地面沉降量减小甚至回弹。湛江市开采地下水的模式与1963年以前的上海市极其相似。即以开采较上部的承压水为主,漏斗中心位于市区内,漏斗中心水位超过-20m(上海最大-35m)。可以借鉴上海的经验,开展人工回灌试验,一方面防止海水入侵。另一方面控制地面沉降。根据湛江市的水文地质条件及地表水源情况,可利用补给区的平岭、湖光、麻章、合流等地筑坝堵水,多修山塘水库,增加蓄水,使地表水源有足够的时间垂直下渗,逐层补给下部承压含水层。同时可以施工部分回灌井,将多余未受污染的地表水通过回灌井直接注入不同含水层,加速承压水的补给。314 综合利用地下水、地表水根据湛江市地下水的分布特点,城区大规模开采地下水的局面要逐步改变,应由以开采地下水为主逐步变成地下水、地表水并用,最后变为以地表水为主。对规划的用水量大的企业应安排在离海岸稍远的地下水丰富的内陆区(如太平),前期建设及生活用水可充分利用地下水,投产期间的工业用水应引入部分地表水,避免产生地下水的过量开采。东海岛、南三岛大规模开发建设也应以地表水作为主要水源,其地下水源可作为分散式中小型水厂或零星供水水源。315 建立完善地下水动态及地面沉降监测网络进一步完善地下水动态监测网络,加强地下水动态监测,改进监测手段,加快地下水动态监测信息网建设,提高监测成果的时效性和服务水平。建立和完善区域监测网,加快GPS监测网络与分层标相结合的地面沉降监测网络体系建设。及时掌握地下水开采与地面沉降动态情况,适时调整地下水开采计划,实现地下水资源的动态管理。湛江市地面沉降监测仅仅进行了4次地面水准测量,未建立分层监测标,难于了解不同含水层水位变化所产生的不同层位的土体变形量。而且地面测量点仅分布在内海的西部,同属于区域降落漏斗中心附近的南油、麻斜、南三岛西部未设监测点,监测范围过小,影响了地面沉降研究的精度。因此,要加强地面沉降监测工作。316 加强地面沉降预测预警系统研究加强地面沉降与防治研究。研究地面沉降与地下水开采、水位动态与地质结构的相互关系及其演化规律,结合海平面变化趋势研究,深入分析地面沉降对城市建设、国土整治、经济发展的危害。建立城市101 第3期罗树文,等:湛江市区滨海平原地面沉降现状与防治对策和区域地面沉降评价标准和指标体系,提出地面沉降防治和地下水资源合理开发利用的切实有效对策,有效控制地面沉降。建立沿海平原地区地面沉降预测预警系统,开发地面沉降灾害对经济建设和社会发展的综合风险评估模型和仿真模型系统,为政府制定城市和区域可持续发展规划提供科学依据。参考文献:1 广东省地质环境监测总站,广东省地质勘查局水文工程地质一大队,广东省雷州半岛地下水资源开发利用产业化推进研究报告R.2004,170-191.2 张 梁,张业成,罗元华,等.地质灾害灾情评估理论与实践M.北京:地质出版社,1998,321-33813 严学新,等.上海地区工程建设地面沉降分析A.全国地面沉降学术研讨会论文集C,200214 陈崇希.关于地下水开采引发地面沉降灾害的思考J 水文地质工程地质,2000,27(1):52-57.Status and control measures of land subsidence incoastal plain of Zhanjiang urban areasLUO Shu2wen,WU Jie(No.1 Hydrogelogical and Engineering Geological Team of Geological Exploration Bureau of Guandong Province,Zhanjiang524049,China)Abstract:Since land subsidence occurred in 1980s in the coastal plain in Zhanjiang urban areas,along with the continuousexploitation of groundwater,the land surface has subsided for different degrees,which may affect national economicsustainable development.Based on investigation of land subsidence and dynamic monitoring of groundwater,this papersummarized both history and status quo of land subsidence of the coastal plain in Zhanjiang urban areas,and put forwardsuggestion for land subsidence control measures,and provided scientific basis for the water resource planning and theundergroundwater resource management.Key words:land subsidence;control measures;coastal plain;Zhanjiang urban areas(上接第97页)Chemical geo-hazards and their controlJIANG Cheng2song(Comittee of Environment and Resources,National Peoples Congress,Beijing100035,China)Abstract:The one type of geological hazard,namely chemical geo-hazard,is defined and categorized in this paper,whichpresents the agelong and irretrievable geological hazard process involved in chemical elements contrasted with the momentaryprocess of physical geo-hazard.The object of the chemical geo-hazard is chemical element,which indicats that the key toreveal the mechanism of triggering process of chemical geo-hazard is to map geological chemistry and investigate thecondition of chemical element in soil and sediment such as metal speciation and bioavailability,as well as thebioaccessibility and loading limitation of chemical element in soil.It becomes consequently important to emphasize andstrengthen the chemical geo-hazard investigation,monitoring and remediation in the future.Key words:chemical geo-hazard;chemical element;tiggering process201中国地质灾害与防治学报ZHONGG UO DIZHIZAIHAI Y U FANGZHI XUEBAO2006年