臨汾市堯都區(qū)地面沉降發(fā)展歷史及成因分析

陳元明

（山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，山西太原030024）

臨汾市堯都區(qū)地面沉降發(fā)展歷史及成因分析

陳元明*

（山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，山西太原030024）

首次對(duì)臨汾市堯都區(qū)地面沉降發(fā)展歷史進(jìn)行了階段劃分，根據(jù)其發(fā)展特征，劃分為3個(gè)階段：20世紀(jì)50年代至1967年，為地面沉降緩慢發(fā)展階段；1967～2007年，為地面沉降快速發(fā)展階段；2007年至今，為地面沉降趨緩階段。通過對(duì)地下水開采歷史、第四系地層、新構(gòu)造活動(dòng)等地面沉降影響因素的分析研究，認(rèn)為堯都區(qū)地面沉降為地下水超采主導(dǎo)成因，在此基礎(chǔ)上預(yù)測了堯都區(qū)地面沉降發(fā)展趨勢，并提出了地面沉降防治對(duì)策。

沉降漏斗；沉降中心；沉降速率

1　臨汾市堯都區(qū)地面沉降發(fā)展歷史劃分

臨汾市堯都區(qū)地面沉降監(jiān)測工作非常薄弱，2010年以前，只有零星的一等水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，2010年始建成了地面沉降水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，2011年至今，持續(xù)開展了監(jiān)測。通過系統(tǒng)分析堯都區(qū)歷史沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)、地裂縫發(fā)育、地下水動(dòng)態(tài)歷史，同時(shí)結(jié)合前人的研究資料，首次對(duì)臨汾市地面沉降發(fā)展歷史進(jìn)行了系統(tǒng)階段劃分，主要?jiǎng)澐譃?個(gè)階段：（1）20世紀(jì)50年代至1967年，為地面沉降緩慢發(fā)展階段，表現(xiàn)為整體均勻緩慢沉降；（2）1967～2007年，為地面沉降快速發(fā)展階段，地面沉降發(fā)展加劇，沉降漏斗形成；（3）2007年至今，為地面沉降趨緩階段。

1.1第一階段：地面沉降緩慢發(fā)展階段（20世紀(jì)50年代至1967年）

20世紀(jì)50年代至1967年，臨汾市堯都區(qū)為區(qū)域性的均勻下沉，沉降速度緩慢，一般小于2mm/a。

1.2第二階段：地面沉降快速發(fā)展階段（1967～2007年）

1967～2007年，地面沉降開始加速發(fā)展，尤其是1975年以后，地面沉降進(jìn)一步加劇，步入地面沉降快速發(fā)展期，大部分地區(qū)年均沉降速率大于10mm/a。沉降格局在分化，沉降漏斗紛紛出現(xiàn)，形成了城區(qū)、城北等沉降漏斗區(qū)。

1.3第三階段：地面沉降趨緩階段（2007年至今）

2007年至今，為地面沉降趨緩階段。根據(jù)2011～ 2014年地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，堯都區(qū)存在3個(gè)沉降區(qū)，分別為西南部的澗上村沉降區(qū)、東南部的埝下村—東孫村沉降區(qū)、北部沉降區(qū)，但沉降中心沉降速率下降到7.1～11.67mm/a，而中部廣大地區(qū)均為非沉降區(qū)，甚至出現(xiàn)了回彈。

2　臨汾市堯都區(qū)地面沉降成因研究

2.1地下水開采對(duì)地面沉降的影響

依據(jù)臨汾市堯都區(qū)地下水開發(fā)利用史，地下水開發(fā)可劃分為5個(gè)階段：解放前以潛水為主；第一階段，20世紀(jì)50～60年代末期為起步階段，以開采第四系淺層水，開采量??；第二階段，20世紀(jì)60年代末期至80年代初期為擴(kuò)展階段，全區(qū)進(jìn)入了開始大量開采地下水時(shí)期，地下水的開采開始逐漸從淺層向中深層發(fā)展；第三階段，20世紀(jì)80年代初期至90年代初期為擴(kuò)展階段，地下水開采量逐年增加，開采層位轉(zhuǎn)向中深層；第四階段，20世紀(jì)90年代以后至2007年，地下水位持續(xù)下降，部分淺井報(bào)廢，主要開采中深層水；第五階段，2007年至今，尋找到替代水源，并采取關(guān)井壓采措施。

將臨汾市堯都區(qū)地下水開采歷史與地面沉降演變歷史進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者一致性非常好，地下水開采史第一階段：地下水開采量小，處于采補(bǔ)平衡狀態(tài)，而這個(gè)時(shí)期，地面沉降剛好處于第一階段，表現(xiàn)為整體緩慢的均勻沉降；地下水開采史第二—第四階段：地下水開采強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，處于超采狀態(tài)，淺層水逐漸疏干，逐步轉(zhuǎn)向中深層地下水，而地面沉降在此時(shí)期，剛好處于第二階段，沉降逐漸加劇，并形成了多個(gè)沉降漏斗；地下水開采史第五階段：利用土門鎮(zhèn)新水源地、“引沁入汾”新水源，在城北、城區(qū)超采區(qū)先后進(jìn)行關(guān)井壓采，超采區(qū)地下水開采量逐步減小，地下水采補(bǔ)逐漸平衡，而這個(gè)時(shí)期的地面沉降剛好處于第三階段，沉降速率逐漸減緩，至2014年，大部分地區(qū)停止沉降，但是在新水源地土門一帶沉降量較大，2014年超過了20mm/a。

可見，臨汾市堯都區(qū)地面沉降隨著地下水開采加劇而逐漸加劇，隨著地下水開采減弱而逐漸減緩。

2.2第四系地層分布對(duì)地面沉降的影響

臨汾市堯都區(qū)西南部的澗上村及東部的埝下村—東孫村一帶，根據(jù)當(dāng)?shù)厮鶢顖D資料，發(fā)現(xiàn)其粘土層相較其他地區(qū)厚，根據(jù)2011～2014年的監(jiān)測顯示，在其它地區(qū)均停止沉降甚至反彈，而這2個(gè)地區(qū)依然存在沉降，沉降中心速率分別達(dá)到7.1mm/a、10.5mm/a。

可見，臨汾市堯都區(qū)地面沉降受第四系地層粘土層厚度影響明顯，當(dāng)水位上升時(shí)，粘土層較薄地區(qū)沉降停止，甚至出現(xiàn)反彈，但粘土層較厚的地區(qū)，依然在沉降?？梢姡嗤蛔兓那闆r下，第四系地層粘土層厚度影響著沉降速率及滯后效應(yīng)。

2.3新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地面沉降的影響

羅云山大斷裂是臨汾盆地西邊界控制性大斷裂，年均活動(dòng)量為1.1～1.2mm。該斷裂是臨汾盆地西部山盆交界處主控大斷裂，基本可反映斷裂活動(dòng)對(duì)堯都區(qū)地面沉降的影響?，F(xiàn)將該活動(dòng)斷裂活動(dòng)情況與堯都區(qū)不同階段地面沉降速率進(jìn)行分析，地面沉降第一階段速率一般小于2mm/a，此時(shí)新構(gòu)造活動(dòng)速率貢獻(xiàn)值超過了50%，第二階段沉降速率大部分地區(qū)超過10mm/a，沉降中心區(qū)超過30mm/a，其貢獻(xiàn)值不到10%，第三階段，當(dāng)沉降速率減緩時(shí)，其貢獻(xiàn)值又凸顯出來。

可見，堯都區(qū)地面沉降發(fā)展變化趨勢與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)無相關(guān)性，當(dāng)沉降速率較快時(shí)，可以忽略不計(jì)構(gòu)造活動(dòng)的影響，只是在地面沉降速率微弱時(shí)，構(gòu)造活動(dòng)作用才凸顯。

2.4其他影響因素

臨汾市堯都區(qū)第四系地層厚一般介于500～800m之間，隨著臨汾市堯都區(qū)城市化的快速發(fā)展，建筑物的高度、密度快速增加，地面荷載增加會(huì)造成壓密釋水而出現(xiàn)地面沉降；第四系松散覆蓋層，在自身重力作用下，也同樣存在釋水壓密、固結(jié)沉降的作用，促進(jìn)地面沉降。

2.5地面沉降成因分析

通過上述分析可知，臨汾市堯都區(qū)地面沉降由地下水超采主導(dǎo)，沉降速率受粘性土厚度制約。而新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地面荷載、松散層固結(jié)等影響因素對(duì)其有所促進(jìn)。

3　臨汾市堯都區(qū)地面沉降發(fā)展趨勢預(yù)測

堯都區(qū)地面沉降由地下水超采引起，因此，堯都區(qū)西南部的澗上村及東部的埝下村—東孫村一帶地面沉降也將進(jìn)一步趨緩，堯都區(qū)大部分地區(qū)地面沉降將停止。但北部的土門鎮(zhèn)水源地超采情況將進(jìn)一步加劇，該地區(qū)地面沉降將會(huì)繼續(xù)發(fā)展。

但若在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，不考慮堯都區(qū)水資源條件，盲目地開采地下水，可能會(huì)重新加劇地面沉降。

4　臨汾市堯都區(qū)地面沉降防治對(duì)策

（1）增加地表水供應(yīng)量，主要是擴(kuò)大“引沁入汾”供水量。“引沁入汾和川取水輸水工程”是在和川鎮(zhèn)修建和川水庫及配套的引水干渠，經(jīng)草峪嶺隧洞向五馬水庫引水，設(shè)計(jì)引水能力為17m3/s，通過洪洞境內(nèi)的洪安澗河向汾河下游及汾東地區(qū)提供常年不斷的清水。但目前該工程還沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的供水能力，應(yīng)擴(kuò)大其供水量。

（2）嚴(yán)格控制高污染、高耗水項(xiàng)目，調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局，合理開發(fā)地下水資源。

（3）應(yīng)采取農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水，加大中水利用等措施。

5　結(jié)語

臨汾市堯都區(qū)地面沉降由地下水超采主導(dǎo)，沉降速率受粘性土厚度制約，其他因素促進(jìn)了其發(fā)展。堯都區(qū)地面沉降整體開始趨緩，只是北部土門鎮(zhèn)一帶依然在發(fā)展。通過“引沁入汾”、調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局、農(nóng)業(yè)灌溉、加大中水利用等措施，進(jìn)一步減少地下水開采量，防治本區(qū)地面沉降再次發(fā)展。

［1］賀秀全，單利軍，李軍，陳元明，等.山西省地面沉降與地裂縫調(diào)查報(bào)告［R］.山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，2009.

［2］ 李軍，陳元明，劉瑾，等.山西盆地地面沉降地裂縫監(jiān)測報(bào)告［R］.山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，2013.

［3］ 李軍，陳元明，劉瑾，等.山西盆地地面沉降地裂縫調(diào)查報(bào)告［R］.山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，2015.

［4］ 李軍，陳元明，劉瑾，等.山西盆地地面沉降防控對(duì)策報(bào)告［R］.山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，2015.

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A

1004-5716（2016）05-0135-02

2016-01-11

2016-01-11

陳元明（1982-），男（漢族），山西太原人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)等方面的研究工作。