菏泽市城区地面塌陷调查论文(投稿)

菏泽市城区地面沉降调查及趋势分析

冯超臣1马晓峰1黄文峰2

1 山东省鲁南地质工程勘察院山东兖州 272100

2 菏泽市矿产资源勘探开发中心山东菏泽 274000

摘要：菏泽市城区地面沉降发现于20世纪80年代，城区地面沉降现象严重，近期有些缓解，但沉降依然继续。经调查，地面沉降主要与超采造成的地下水位下降有关，与地质构造等无关。地面沉降防治目前比较困难，地下水超采造成的城区地下水位快速下降将使地面沉降进一步发展。

关键字：地面沉降超采水位下降对策

菏泽市城区地处鲁西南腹地，属于黄河冲洪积平原鲁西区段。城市建成区面积约69 km2，规划区总面积580.5km2，是菏泽市的政治文化中心，常住人口约50万。近些年菏泽市城区地面沉降、地面塌陷等地质灾害现象日趋严重，已严重影响城市健康发展，必须开展地质调查和评价。

1.城区地质背景

1.1地质地貌

菏泽市城区地形较平坦，地面标高49-51m，地势西高、东低，地面坡降在1:5000—1:8000之间[1]。自西向东发育有缓平坡地、砂垅高地、河槽洼地等微地貌类型。据现有揭露地层资料，从老到新的地层有古生界奥陶系、石炭系及二叠系、新生界古近系、新近系及第四系。

1.2 水文地质条件

根据含水介质的岩性结构组合、埋藏条件、地下水的动态及水化学特征，城区含水层自上而下可划分为浅、中、深松散岩类孔隙含水岩组和碎屑类裂隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组。

1.3工程地质条件

根据地层岩性的分布特征和工程建筑物地基应力的影响范围和基础处理深度，确定以20m深度为研究范围。区内土体可划分为砂性土、粘性土两种工程地质类型。依垂向上土体岩性的变化特征可将区内土体结构分为单层结构、双层结构两种类型；在考虑上、下层土体岩性组合特征的情况下，则又可将20m深度内的土体划分为粘性土单层结构、上层粘性土下层砂性土双层结构两种工程地质结构类型。工作区砂土液化判定结果为轻微液化区和不液化区。地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度0.10-0.15g，地壳稳定性属较不稳定区。

2地面沉降现状

2.1地面沉降现状

菏泽市城区地面沉降发现于20世纪80年代，山东省鲁南地质工程勘察院和山东省地质工程勘察院先后在2002、2003及2014年进行了3次地面沉降水准测量工作，通过对区内地面沉降观测点的监测结果分析，监测区普遍存在地面沉降，菏泽西部沉降量小于东部（图2）。

图2 菏泽市区地面沉降分布图（2002-2004）

监测显示，2002年10月至2003年10月1年间，市区最大点沉降量达26.8mm，最小点沉降量1.7mm（地面沉降中心位于菏泽市开发区，累计沉降量-26.8mm）。其中年沉降量大于20mm的点占8%，年沉降量10-20mm的点在50%以上[2]。

2014年3月份至10月份，山东省地矿工程勘察院对城区内共10个地面沉降观测点进行二等水准测量，共观测两次（表1）。2014年地面沉降情况相对2003年有一定缓解，观测期沉降量最大值没有超过7mm(图3)。地面沉降依然主要发生在城区东西两侧，南北沉降量较小，与2003年的沉降量相比也有减缓，但沉降范围有从市中向城市周边转移的趋势。测量区沉降最为严重的是长江路东段，李胡同村、许庄村、均张庄村周边，年沉降量为6.5mm。观测显示，2003年沉降最为严重区域沉降量在2014年度内大幅缓解，年沉降量在2mm至2.5mm之间（图3）；个别区域呈现漏斗现象；东侧长江路东段，西侧昆明路，中华西路等沉降严重区域，可以证明附近企业有自备水井且在开采地下水；城区西南侧何楼镇年沉降在3mm，推断为郭楼村—何楼一带集中供水深水井大量开采深层地下水所致。

表1 2014菏泽市城区观测点沉降对比表

图3 菏泽地面沉降量立体图（蓝色为沉降相对发育区）

2.2 地面沉降机理分析

根据菏泽市城区近年精密水准测量成果和水文地质、工程地质资料，对地面沉降的影响因素进行分析。

2.2.1地面沉降与地壳新构造关系

本市从地质构造上均属于菏泽凸起[3]，菏泽断裂由西向东通过菏泽市北部，西部为呈北北东向的聊城—兰考大断裂，东南部由南北向的曹县断裂通过。自新近系以来，各大断裂带仍有微弱活动，对我们所建立的测量标点与菏泽市牡丹城区同处在一个构造单元上，其所受构造因素影响是一致的。即对于所取得的地面测量资料，可以说基本没有影响，故可以排除地壳新构造运动引起地面沉降的可能性。

2.2.2地面沉降量与地下水位下降的关系

菏泽市目前已经形成成武-单县、巨野、牡丹区3个地下水超采区，总面积2388

km2[4]。菏泽地环站多年观测资料显示，菏泽市城区地面沉降与过量抽取地下水有直

接关系。对于抽取地下水（或油气）引起的地面沉降，宜采用太沙基有效应力原理进行解释，即土层总压力等于土颗粒间压力与孔隙水压力的和。当承压水头降低时，向上作用的水头压力也随之减小，使原土层中的压力平衡受到破坏，含水层（或油气层）与粘性土层中的孔隙水（或油气）大量外流，土体中的地下水渗出使其浮托力减小，有效应力增大，使土壤干化、沙化，粘性土层进一步固结，土颗料骨架中的孔隙压缩，对砂层而言则使砂层压密，从而引起地面沉降。

3．地面沉降趋势预测

3.1 城区地下水开发利用现状

为阻止菏泽城区地面沉降的进一步发展，菏泽市政府自2007年9月始陆续关闭城区自备井，并建设成西雷泽湖和南雷泽湖两个引黄供水水库，目前水库存水总量已达到450万m3，城区生活用水部分引用黄河水。菏泽城区居民需水量约为每日8万吨，黄河水厂日供水能力为5-10万吨；城区大部分自备井的关闭使地面沉降得以缓解。

但据菏泽市水利局统计资料，2010年度菏泽城区地下水开采量达6451万m3/a。其中深层地下水1348万m3/a，浅层地下水5103万m3/a。部分地区深层地下水资源依然被集中超量开采，采补平衡遭到严重破坏。监测数据显示深层地下水水位自1980年至2013年已下降80余m，并且每年以4至6m的速度下降，已形成东至开发区的辛集镇、西至牡丹区万福办事处、南至牡丹区何楼办事处、北至牡丹区小留镇共约600km2的大型漏斗区[5]。

菏泽市深层地下水水位动态总体表现为波状下降，其中城区西部406深层监测孔水位标高由44.03m（1980年2月11日）一直呈下降到-37.32m（2013年7月23日），水位埋深为88.32m，水位下降幅度为81.35m。2014年城区东部371721002号深层观测井水面埋深突破112米（图3），年下降近5米。

城区浅层和深层地下水位下降使地面沉降现象继续发展。

图3：菏泽市开发区371721002深井2014年度地下水变幅情况

3.2 地面沉降预测

该区地面沉降精密水准测量只在2002、2003、2014年做了3次，无法建立地下水与地面沉降关联模型来预测地面沉降的发展趋势。本次暂利用城区西部406监测井和东部开发区深层371721002监测井的地下水水位与地面沉降量的关系进行初步预测分析。监测点的水位资料和地面沉降水位测量监测资料分析结果显示,城区东部2014年度沉降幅度明显放缓（表2）。

表2 菏泽市城区水位与地面沉降量分析关系表

地面沉降发展趋势预测。预测以2003年水准测量数据及城区406点历年监测数据为基础，参考2014年的沉降监测数据，水位每下降1m地面沉降量取2003和2014年度的平均值，预测2003至2014年菏泽市城区地面沉降总量,预测计算结果（表3）。

表3 菏泽市城区（2003年-2014年）地面沉降总量（均值)预测表

4 地面沉降防治问题

菏泽市城区地面沉降防治困难较多，主要为以下2个方面。

4．1 地面沉降防治基础工作薄弱。

菏泽市地面沉降监测网点覆盖区域小，监测周期难于控制。目前基岩标、分层标监测体系建设都未进行，尚未实现对主要地面沉降区的全面有效监控；区域地下水监测站网密度依然不足，难以准确掌握地下水开采区的地下水动态变化；广大农村地区普遍缺少地下水取水计量设施，难以对地下水的实际开采量实施有效的监督和严格控制。地面沉降调查范围和精度、监测站网控制密度等基础工作远不能满足地面沉降防治工作的需要，难以为防灾减灾提供可靠的决策依据。

4．2 地面沉降防治经费缺乏保障。

目前，菏泽市防治地面沉降尚未形成稳定的资金投入渠道，没有资金保障，导致地面沉降监测网络、地下水水源替代工程等建设相对滞后，影响了面沉降防治工作进度。此外，地面沉降基础理论和防治技术方法研究滞后，地面沉降防治技术体系建设薄弱，支撑能力不强，亟待加强地面沉降防治科学研究和支撑体系建设，提高地面沉降防治技术水平。地面沉降防治工作尚未真正形成政府主导、部门协同、区域联动的工作体系和长效机制，地面沉降防治相关政策法规有待进一步完善，综合防治体系亟待加强。

参考文献：

[1] 卜华，吴晓华，孙英波.山东巨野矿区环境地质背景[J].水文地质工程地质，2007（1）:90-94

[2] 魏庆亮.菏泽市区域水资源优化配置对策研究[J].水文与水资源，2011（2）：24-27

[3] 王富花，侯欣英，孙鹏等.山东菏泽地区地热田地质特征[J].山东国土资源，2008，24（4）:40-43

[4] 李公岩，曹付恒.菏泽市地质环境监测报告（1980-2012）(R).兖州：山东省鲁南地质工程勘察院,2013:67-71

[5] 曹付恒.菏泽市地质环境监测报告（2014）(R).兖州：山东省鲁南地质工程勘察

院,2014:80-83

作者简介：

冯超臣，男，1982-4，山东省曹县人，水文地质工程师，2009年毕业于山东省农业大学环境科学专业，工学学士，现在山东省鲁南地质工程勘察院从事水文地质工作。

通讯地址：山东省菏泽市人民路658号数码大厦b座东单元10楼1002室

邮编：274000 155********

电邮：fengchaochen@https://www.wendangku.net/doc/7c1749212.html,

Heze City Land Subsidence Survey and Trend Analysis Feng Chaochen 1,MaXiaofeng1, Huang Wenfeng2

1 Shandong Provincal Lunan Geo-Engineering Exploration Institute，Shandong Province Yanzhou City，272100

2 Heze city of mineral resources exploration and development center Shandong Province Heze City,274000

Abstract:Heze city land subsidence is found in the 1980 s, urban land subsidence phenomenon is serious, recently some relief, but the settlement is still continue. After investigation, land subsidence mainly related to the over-exploited falling of ground water level, has nothing to do with the geological structure and so on. Prevention and control of ground subsidence is difficult at present, rapid decline of underground water level caused by groundwater in urban areas will lead to further development of land subsidence.

Keywords:Land subsidence; Overdraft; Water levels fall; Countermeasures