城市地下水的開采對工程結構的影響探究

譚茂蘭 肖綱通

湖南省核工業地質局306大隊-核工業衡陽第二地質工程勘察院 湖南 衡陽 421008

正文：

地下水資源包括埋藏于地表以下的各種狀態的水，不僅清潔環保，而且在一定條件下是可以再生的。但是由于人口的劇增以及工農業的快速發展，人們加大了對地下水的開采力度，地下水資源的大量消耗引發了地裂縫、地面沉降等一系列的地質問題，還影響了地面上各種建筑物的穩定性。所以，為了在工程建設時有效地預防安全事故的發生，我國水文地質勘測人員很有必要深入研究城市地下水的開采對工程結構的影響以及對應的防治方法。

一、開采城市地下水的發展趨勢

近幾年來，城市居民的用水量大大提升，許多城市中已有的水資源已經無法滿足人們巨大的用水需求了，有的城市的地下水已經處于過度開采的狀態了。然而由于地下水自然補給的速度遠遠低于人類開采的速度，導致水資源的自然平衡狀態崩潰，極易出現各種不利的自然現象。而且在部分地區盡管水資源已經十分短缺，但是還是有人不夠珍惜，隨意浪費。此外，大量生活污水及工業廢水的排放使得地下水的水體污染愈加嚴重，地下水的過度開采也使得供水成本逐年提高，長此以往，部分地區城市居民的用水問題將令人堪憂。

二、開采城市地下水對工程結構的影響及危害

2.1 水位下降

自然條件下，地下水位將處于一個平衡狀態，而一旦涉及到人類的活動，如過度開采地下水、在上游修大壩和水庫等，都會破壞地下水的自然補給，進而破壞其平衡狀態。當地下水位下降到某一極限值時，會引發地面下沉、塌陷等一系列地質問題，甚至可能使得地下水完全枯竭，除此之外，水位下降過大還會影響地面建筑物的穩定性，降低地基的承受力，造成安全事故。

2.2 地面沉降

地面沉降分為兩種，一是自然因素引發的地面沉降，二是人為因素引發的地面沉降。前者可能是由地震、地質結構活動等引起的地面沉降或者是因為重力作用引發的地表松散層變密的成巖現象。而后者主要是地下水的過度開采導致的，人們在開采與地下水有關的工程活動中，會影響地下松散地層，導致其固結壓縮，引起局部地面沉降。由于地面沉降成災緩慢且其成因機制極為復雜，所以國家很難對其進行有效防治。地面沉降不僅會危害地表及地下的建筑物，對城市規劃和建設造成威脅，而且還會降低城市抵御洪水、海水入侵的能力，破壞港灣設施，甚至引起橋墩、碼頭、倉庫地坪下沉，影響交通。截至2011年12月，中國有50多個城市出現了地面沉降的現象，其中長三角地區、華北平原和汾渭盆地已成重災區。此外，如果想要治理地面沉降帶來的危害和后果,必須花費大量的金錢、時間和人力資源。

2.3 地面塌陷

地面塌陷既有可能是自然造成的，也有可能是人為造成的，不過其最終結果都是形成一個大范圍的坍塌坑。地面塌陷有兩種形成原因，其一是由地下水引發的塌陷，稱之為巖溶塌陷；其二則是由非巖溶洞穴產生的塌陷，如礦石采空區頂板的塌陷，稱之為非巖溶塌陷。由于地面塌陷極具突然性，所以無論哪種塌陷都會對人類的活動以及地面建筑造成巨大的影響，如房屋傾斜、橋墩錯位、地下管網斷裂等，造成經濟損失，更嚴重的話還會引起大量人員傷亡。

2.4 地裂縫

地表巖石或者土體受到一定影響會產生開裂并逐漸形成一條裂縫，這種現象就被稱之為地裂縫。地裂縫在城市地質災害中極為常見，如地震或松散土體潛蝕都有可能引起地裂縫。過度地開采地下水會引地面沉降，進而出現地面開裂，導致地裂縫。由于地面開裂，地上的建筑物大都下沉坍塌，路面、地下供水以及輸氣管道都會被破壞，一些歷史文化遺跡也無法保住，不僅給人們的日常生活帶來了不便，而且還損壞了許多文化遺產。如果以西安為例進行研究，我們會發現在此地的黃土梁區極易出現地裂縫現象。這是因為西安黃土梁區的粘性土層厚度較小，當過度開采地下水時，極易導致該區域內粘性土層釋水壓密變形，進而引發地裂縫。

三、預防措施及建議

3.1 利用網絡加強對地下水狀況的檢測

為了降低城市地下水的開采對工程結構的影響，有關勘測人員需要設置一些監測點，利用網絡實現對地下水狀態的實時監控，定時發布地下的有關信息，為研究出合理開采地下水的方法提供參考資料。

3.2 對經常出現不利自然現象的城市進行勘測和研究

建議國家地質勘測人員對于一些常常出現地面下沉、地裂縫等地質問題的城市應當進行深入的研究和勘測，如西安、咸陽等，分析其地質結構，實時檢測該區域內的環境地質變化情況。先了解地下水的動態活動，進而確定發生不利自然現象時水位的臨界值，設置報警裝置，預報風險，規避安全隱患。此外，在對地下水資源進行較為合理的配置時應該依據其實際開采量，以免影響地下水的補給平衡。

3.3 研究出較為科學合理的地下水開采方法

對于常常出現嚴重地質問題的區域，應該緊急組織勘測小組，進行區域內的地質情況進行分析，研究出科學合理的補救措施，如人工回灌等，都是通過加強對地下水位的控制來緩解地質問題的發展趨勢，當然，在進行回灌時必須加強對回灌水的水質的控制，規范操作，避免對剩余的地下水造成污染。

結語；綜上所述，城市地下水的開采對工程結構影響甚大。因此，為了降低地下水的開采對地面建筑的影響，水文地質勘察人員需提前了解并分析該區域內地下水的實際狀況，并有針對性地采取應對的措施。如果能夠對相應區域內的地下水位進行準確地勘測，那么就能夠充分發揮出巖土體的潛在力量，使資料更加真實可靠。此外，在實際工程勘察中，勘測人員應該對與巖土工程有關的水文地質問題進行深入研究與勘測，并予以高度重視。因為只有這樣才能提高水文地質的勘測水平，進而消除地下水的開采對工程結構的不利影響。