岩溶地区开采井抽水引发岩溶地面塌陷的防治对策

・２７６・　２０１５￣．４月　技术论坛　工程技术　岩溶地区开采井抽水引发岩溶地面塌陷的防治对策　袁鸿鹏高原　５４１２１　３）　（广西壮族自治区三一。核地质大队，广西桂林摘要：地下水开采加强了水对土体崩解、潜蚀、侵蚀和颗粒搬运能力，常会引发或加剧岩溶地面塌陷。研究开采井水中　的含砂量，并分析抽水降深、涌水量、延续时间、成井工艺、含水层的水文地质特征等因素的影响，尝试提出岩溶地区开采井　抽水引发岩溶地面塌陷的原因及防治对策。　关键词：岩溶地面塌陷；含砂量；防治对策　中图分类号：Ｔｕ７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１．５５８６（２ｏ１５）０７—０２７６—０２　表１各水点（体）含砂量试验结果统计表　分区　样品数　代号　（个）　小山头ＳＥＺＫ。４　５　（Ｆ段）　水点位置　含砂量（ｎ×１０。％）　最大值　最小值　平均值　ｌ＿６３　Ｏ－３３　Ｏ８５　．引言：岩溶地面塌陷是指覆盖在溶蚀洞穴发育的可溶性岩　层之上的松散土石体，在外动力或人为因素作用下产生的突发　性地面变形破坏，其结果多形成圆锥形塌陷坑（１）。引发岩溶塌　陷发生的主要原因之一是地下水水动力条件的改变，开采地下　水时，改变了地下水动力条件加强了地下水对岩土体崩解、潜　蚀、侵蚀的颗粒搬运能力。随着地下水的搬运作用，促进土洞　的形成、扩大并最终导致岩溶地面塌陷。　通过采集岩溶地面塌陷发育区开采井地下水抽水参数，测　定水中含砂量，并深入研究其影响因素及与岩溶地面塌陷的间　接关系，提出覆盖岩溶区抽水引发的地面塌陷防治对策措施。　临桂区供水ＺＫ　（酒厂）　Ｉ　１．１　６　４　６　５　２　２０４　３００４．４０　３９　５２６．０Ｏ　Ｏ．２．６５　４８．００　小山头Ｅｚ　小山头ＳＥＺＫ。　（全孔）　小律村ＺＫ３　小律　ＩＩ　２．１　１４７０．５０　２４８４．Ｏ０　１１４　ｌ１．６Ｏ　．２．ＯＯ　＜Ｏ．１　１３５．ＯＯ　Ｏ．２ｌ　４１　１研究区地质环境概况　以临桂区为例。地理坐标是北纬２５。ｌ０　００”～２５。ｌ７　３　ｏ”，东经１　１　ｏ。ｏ７　３　ｏ”～１　１　ｏ。１　４　３ｏ　。地处　３地下水开采水中含砂量的影响因素　３．１含砂量随抽水延续时间增长而降低　不论是试验井　　亚热带季风气候区，温暖湿润，雨量充沛，年降雨量　（孔）和开采水点，２５１５．３ｍｍ～１２９３．０ｍｍ，平均值为１８５３．３ｍｍ，蒸发量多年平均　含砂量随抽水时间延　值１５６９．９ｍｍ，４～７月份为雨季。气温多年平均值１９．１℃，极　长逐渐降低，最终趋　端值．３．３～３８．６℃。　向于零（图１）。进行　研究区位于漓江与柳江两流域分水岭地段，低级别河溪较　含砂量与时间的回归　发育。主要河溪有太平河、横山溪、桃花江和南溪河。太平河　分析，幂指数型或对　溪发源于西北部，蜿蜒流经中部，在南部流出区外，流程约　数型回归方程为显著　　２０ｋｍ。桃花江和横山溪分别位于北部边缘与西南部，区内过　相关。如小山头ＳＥ、境流程不长，为３．８～５ｋｍ。　ＺＫ１４，试验孔的回　啊’　宙秘■岢■霸ｃ越壤时　摊ｔ■靛　　研究区位于桂林孤形断褶带之北段。由于受多期次的构造　归方程为：运动影响，形成较复杂的ＮＥ．ＳＷ向断皱地质构造。区内为一　套滨海．浅海相碳酸盐岩及碎屑岩地层，出露地层有泥盆系、　石炭系、第三系和第四系。碳酸盐岩地层是岩溶地面塌陷发生　的主体。　Ｙ＝０．３７４ｔ　・　。（Ｒｌ＿０９８４）（１）　．酒厂ＺＫ３的回归方程为：　Ｙ＝Ｉ．３０３ｔ　“（Ｒ＝０．９４６）（２）　临桂水厂ＣＫ５１开采井的回归方程为：　Ｙ＝０．００８６ｔ＂￣　（Ｒ＝０９９４）（３）　．该区岩溶地面塌陷大部分分布在荒地及稻田中，规模小，　所造成的毁害及经济损失不大。随着临桂区的开发建设以及地　下水开采量增加，假若管理不善，采取措施不当，塌陷造成的　影响将增大。　２含砂量试验方法及其结果　式中　Ｙ一一含砂量（％）；　ｔ一一延续时间（ｈ）。　图１曲线表明，在抽水初期，由于地下水动力条件的突变，　　水中含砂量试验主要是测试悬浮固体含量，方法是取一定　加快了对土体的潜蚀崩解，因而短时间内出现高含砂量的现象；量的水样（１００～１５０ｇ），通过称得悬浮固体（包括沉淀物）重量，　随时间增长，水动力条件逐渐趋稳定，水对土体崩解潜蚀作用　　并求悬浮固体重量与水样重量之比值的百分数作为含砂量的结　影响减弱。尽管水的搬运能力并未减弱，但含砂量也逐渐降低，当延续足够长时间后，地下水流完全稳定，含砂量也趋向零或　果。　　通过对研究区天然水点、开采井点以及试验井（孔）点按　很低的数值。季节系统采样。并同时采集其开采抽水资料和不同井点的成井　３．２含砂量随涌水量及降深的增大而增高　资料。收集各水样对应的有关水文地质资料，进行对比分析。　一对唐家ＺＫ。井、临桂区供水详查ＺＫ　的资料（表２）进行　Ｙ＝１　８．７３６＋２．４２９ＬｎＱ（Ｒ－－０．９８３）（１）　Ｙ＝６．２８６＋１．３６７ＩｍＳ（Ｒ＝０．９６６）（２）　　试验表明，在试验精度（１×１０—５）范围内，多数水样有　回归分析，其涌水量、降深的回归方程分别为：定的含砂量，但数值相差甚大，小者为１．０２×１０．５，大者达　３０．０４４％、试验结果见表ｌ。　工程技术　技术论坛　２０１５年４月　・２７７・　表４成井工艺方式与水中含沙量对比　式中Ｙ一一含砂量（％）；Ｑ一一涌水量（ｍ　／１１）；ｓ一一降　深（ｍ）　成井方案较差　成井方案较好　（未封堵）　（封堵＋过滤　统计分析表明：在同一个井中，如出水段及成井工艺不变，　开采　井深　岩溶发育　溶洞充　井名　段　器）　　（填情况　涌水量、降深愈大（相当于增大了地下水开采量或超采），水　称　（ｍ）ｍ）　封堵部　抽水５ｈ含　封堵　抽水２０ｈ含　的含砂量也愈大。　位　沙量％　部位　沙量％　ｌ９．７７　封堵　封堵　Ｏ．１Ｏ４７～　表２涌水量及降深与含砂量关系　小律　～２２．７９　半充填　Ｏ．０８６～　０．００２６％　供水ＺＫ　井　供水详查ＺＫ　２　村供　２５．７５　５．４１８％　过滤　平均为　降深　延续时　降深　延续时　延续时　延续时　水　６０．Ｏ２　～２７．７０　半充填　平均为　器　０．０２６２％　涌水量Ｔｎ３／　闻（ｈ）　（ｍ）涌　间（ｈ）　间（ｈ）　间（ｈ）　ＺＫ２　３ｌ－３５　半充填　裸井　３．５３２％　含砂量　ｈ　含砂量％　水量Ｔｎ３／ｈ　含砂量％　含砂量％　含砂量％　备注　号井　～３８．Ｏ３　全充填　水色浑浊　封堵　差两个　４４＿２３　数量级　２２Ｌ　Ｑ；　３　丝　ｌ：４０　３：４０　—生Ｑ　在井附　８．６　６．６９８　ｌＯ．５２　Ｏ．１０９　０．０７９　０．０５２４　近产生　Ｑ三—丝　２上　２；２Ｑ　３ｉ垒Ｑ　２ｉ垒Ｑ　塌陷。　６．６５　０．７７３２　８．１５　０．００５１　＜０．００１　Ｏ．ＯＯ４３２　Ｑｉ　３３　３．４７　Ｏ．２１７４　３．３含砂量随含水层部位深度增加而降低　开采井出水部位深度与水的含砂量成反比，出水部位越深，　地下水含砂量一般越低（表３）。其因是随着深度增加岩溶发育规　模较小，地下水流速逐渐减慢，对基岩面上土层影响减弱。这一　规律说明开采深部层位的地层，可以减轻对地面塌陷的影响。　表３出水部位深度与含砂量的关系　井孔　岩溶发育段　延续时　延续时　延续时　延续时　类型　水点名称　或出水段　间或季　间或季　间或季　间或季　（ｍ）　节含沙　节含沙　节含沙　节含沙　量％　量％　量％　量％　水厂　３６．４７　丰水期　平水期　枯水期　开采井　ＺＫｌ　～３６．７７　０．Ｏ４２　Ｏ．Ｏ４２　＜Ｏ．Ｏ０ｌ　水厂ＣＫ７＿３９　丰水期　垩　翅　拈　塑　，．　～ｌ１．５５　０．０ｌ７１　０．００９８　Ｏ．０ｏ２４　水源地详　查ｚ　一。　７１～７３　０地　，３　．０１３８　Ｏ．Ｏ１Ｏ１　０．０ｌ１６　０．０１０３　试验孔　查ＺＫ３水源地详　　２１～３６．８８　２ｌ　ＱＱ　．０４　Ｏ．１７０　０．０３８３　０．０２６５　（井）　水源地　３５详查ＺＫ．７８　衄　Ｑ　Ｑ　（下段）Ｉ　４　～８Ｏ．１５　Ｏ．０１６３　０．００８４　０．００３２　０．００６ｌ　详查ＺＫＩ水源地　４　７．１１　Ｑ。ＱＱ　（全孔）　～８０．１５　０．３９０　０．１４６　Ｏ．Ｏ１５９　Ｏ．Ｏ１ｌ４　３．４成井工艺　成井工艺对含砂量的影响主要在以下几个方面：　井口套管：一般与井口套管下入完整基岩的深度有关，入　岩以３～５ｍ左右为佳，小于２．５ｍ时，常因浅部裂隙与基岩　面土层连通，对土层的扰动、潜蚀较强，常出现抽水不清含砂　量较高的现象。　充填溶洞处理：有３０～７０％为充填、半充填地下溶洞。　其溶洞的物质大多来源洞顶物质，它们常与浅部岩土连通，成　井工艺不好，抽水时常发生充填物被抽出的现象。若合理采用　套管隔离溶洞充填段，未充填采用过滤器或缠丝过滤器进行成　井。抽取地下水中含砂量将会大为降低（表４）。　３．５季节影响　地下水含砂量随季节变化总的趋势是丰水期（雨季）较高，　平水期略高、枯水期最低现象，反映含砂量仍基本受天然条件　的控制。但在地下水开采较集中的地段，有枯水期地下水含砂　量比平水期略高的现象。　～４６．４５　表５不同季节天然水点及开采井平均含砂量变化情况　７月（丰水期）　ｌ０月（平水期）　１月（枯水期）　分区代号　样品数　平均值　样品数　平均值　样品数　平均值　（个）　（％）　（个）　（％）　（个）　（％）　Ｉ　ｌ－ｌ　２　Ｏ－８６　５　２．９０　５　１．２２　Ｉ　１．３　２　３．９６　２　３．１５　２　７．１４　Ｉ　ｌ＿４　４　２．７７　５　４．７０　６　３．６５　Ｉ　１．５　ｌ　１．５Ｏ　３　１．１Ｏ　Ｉ　２Ｉ　４　４．０８　５　２．６２　５　０．６３　Ｉ　２．２　５　６．４０　６　５．５７　７　３．１８　Ｉ　２．３　２　５．７４　３　３＿３７　４　１．６７　ＩＩ１　１　Ｏ　２　１．０５　３　１．０７　ＩＩ　２．２　２　２．Ｏ７　３　０．４０　ＩＩ】．２　４　４．１１　３　３．４０　５　Ｏ．５Ｏ　２４　１．１５　３４　Ｏ．８９　４３　０．４８　４结论及防治对策　综上所述，开采地下水引起塌陷的主要原因是由于断续开　采地下水造成的水位频繁升降，它可以引起一系列促进土洞形　成、扩大和塌陷产生的作用，如崩解、吸蚀等。也导致抽取的　地下水中含砂量增加，严重者水色浑浊，最终产生严重后果。　要减轻抽水引发地面塌陷的危害，从“防止塌陷形成、避　开危害、治理隐患、处理灾害”等多方面去综合考虑。在查明　影响因素的基础上，结合实地需要采取的对策有：　建立专门的地下水开发利用管理监督机构，制定有关法规，　统一管理地下水调查、评价、勘探、开发工作，禁止随意打井、　开采地下水，使开采地下水量严格控制在合理的范围。　地下水供水水源地的开采井，宜选在远离工业区、生活区，　在主要开采井点中心的１００～２００ｍ范围内，不宜有重要建筑　物，以减轻对建筑物的破坏和人民生命财产的危害。并测量水　中含沙量，为监测岩溶塌陷发生提供依据。　地下水勘探、成井工作，宜委托专业队伍承担。应以较深　的岩溶发育段作开采段，其中以空溶洞为佳。成井时合理设置　过滤器，对土层及充填溶洞、浅层溶洞要进行封堵，以防止或　减少水流对土层的潜蚀。开采井的布置以区域上分散、开采区　集中为宜。　合理开采地下水资源。采用先进的抽水方式，建设大容量　的储水池、塔，以便开采井点能实现合理调采储抽水。　参考文献　［１】雷明堂，项式均．近２０年来中国岩溶塌陷研究回顾［Ｊ】．中　国地质灾害与防治学报，１９９７（０８）：１－５．　［２】袁道先，刘再华，林玉石．中国岩溶动力学系统【Ｍ】．北京：　地质出版社，２００２（３９）一４７．　［３】浙江省环境地质总站．杭州岩溶地面塌陷初步探讨【Ｊ］．浙江　地质，１９８８（Ｏ２）：６６．７２．