地下水人工回灌和停采对地面沉降控制的影响分析

发表时间:2020/5/22   来源:《城镇建设》2020年7期   作者: 符旦
[导读] 目前,社会发展迅速,我国的各行各业的发展也有了很大的改善。
         摘要:目前,社会发展迅速,我国的各行各业的发展也有了很大的改善。作为目前世界各大城市的主要工程地质灾害之一,地面沉降严重影响城市基础设施,限制经济的可持续发展,带来的负面影响包括洪水、对地下和地面基础设施(如管道和建筑物)结构和基础的损坏、地表形态的变化及地裂缝的产生。在最近的40年里,世界各地记录了200多起地面沉降事件,研究人员在数量和质量上进行了广泛的调查。中国的地面沉降主要发生在大中型城市,正在成为一个严重的环境地质问题。中国最早的地面沉降发生在1921年的上海,迄今为止,全国共有96个地区和城市发生了面积总计6.4×104km2的不同程度的地面沉降问题,上海、苏州、西安等城市的最大沉降量甚至大于2m。正是由于地面沉降可能对地质、环境、水文地质和经济等造成影响,因此,世界范围内发生的地面沉降问题引起了广泛和重点关注。
         关键词:地下水人工回灌;停采;地面沉降控制;影响分析
         引言
         地面沉降在世界各地非常普遍,在城市尤为显著。上海是我国发生地面沉降最早、影响最大的城市,地面沉降已使上海区域地貌形态发生显著变化,威胁着上海城市安全,并制约着上海经济社会的可持续发展。人工回灌是防止和控制地面沉降的重要手段,同时在增加地下水资源量、防止海水入侵及储能等方面得到广泛的应用。然而,由于采用的回灌水源与地下水之间存在明显的环境系统条件和水质差异,回灌水的注入会使原有含水层地下水环境发生改变,而含水层中原有微生物群落结构会随着环境的改变而发生改变,进而导致微生物作用下的地下水水化学组分可能会发生不同程度的变化。人工回灌后地下水中微生物群落结构变化对地下水的水质安全存在着潜在的重要影响。
         1地下水水源含义探析
         1.1地下水含义
         埋藏于地下的各种状态的水,都可以称之为地下水。地下水的来源主要是大气降水,也就是说地下水主要通过地表土壤的渗透等方式进入地下,天长日久,汇合成为各种形态的水源。但在不同的地方,地下水以不同的形态存在着,在高原等海拔较高的地方,由于其独特的地质和气候原因,地下水深藏在厚厚的冻土之中,一般情况下很难加以利用。但在平原、盆地等一些海拔较低的地区,地下水经常在十几米的地下便会存在,人们很容易通过打井等各种方式对其加以利用。总之,这里所说的地下水水源,泛指一切深藏于地下的不同形态的水源。
         1.2地下水类别
         地下水的分类根据埋藏深度和形态有着不同的方式,这里只讲根据地下埋藏条件不同对地下水进行的分类,按此条件,地下水可以分为上层滞水、潜水和自流水三大类。我们可以把这三种地下水看做处于一个大的过滤瓶中不同位置的水源,上层滞水居于这个瓶子的最高端,也是最能为人们所普遍利用的水源,它是由于局部的隔水作用,使水源停留在比较浅的岩石缝隙之中。潜水是地表之下第一个较为稳定的隔水层之上的水流,在这个大过滤瓶的中部,当这里的水源足够多的时候,水源就会上溯,形成我们平时较为常见的泉水。而自流水则处于这个瓶子的底端,之所以将其称之为自流水,很大程度上是由于处于这个位置的地下水压力较大,当有井或者其他钻孔打入时,此处的地下水就会喷射而出,形成我们常见的井水。地下水的储量丰富,据统计全球的地下水水源多达1.5亿km3,相当于一整个大西洋。
         2应注意的问题
         地下水回灌已越来越多的用于基坑工程中作为一种主动的沉降控制手段。倘若回灌过程控制合理(即,回灌量、回灌井开启与关闭方案等),其可以有效地解决由于水位下降而引起的沉降问题。但是,如果回灌设计及操作过程不合理,那么该方法恐将无法成功控制环境变形,反而会带来不利的工程环境效应。

工程人员对于回灌措施的使用应保持一种更谨慎且更细致的态度,做到精细化设计与施工,为此,需要着重注意以下几个问题:(1)应做好勘察或补充勘察,在拟设置回灌井的区域做适当数量的勘察孔,以较详细揭示地层分布及含水层位置与厚度。在此基础上,做好回灌设计方案,确定合理的回灌井布置间距、回灌井深度、回灌量、回灌井开启与关闭方案等。单口回灌井的过滤管应布置在单一含水层中且尽可能做成完整井,避免串通相邻含水层以导致含水层间直接的水力联系。(2)回灌运行过程中,应密切监测坑内外水位及被保护对象沉降变化,并动态调控回灌井的启、闭及回灌量的大小,一方面保证回灌过程不会给坑内降水带来较大的麻烦与压力(如,避免出现坑内出水量突增或水位明显抬升),另一方面保证回灌过程中坑外目标含水层水位既不发生下降也不发生抬升,即维持水位不变,这可以防止回灌井启、闭及运行过程中水位的突升突降而带来的不利影响。(3)回灌即将结束时,应分批、缓慢关闭回灌井,同时,监控坑外水位及被保护对象沉降变化,避免水位恢复过程中被保护对象发生二次沉降。必要时可以采用多井组合回灌的方案以防止地下水回灌过程中被保护对象发生绝对的沉降。
         3地下水水源污染防治
         3.1加强地下水保护法制体系建设
         我国从很早以前便开始进行社会主义法制体系建设,依法治国也已经成为了我国的基本方略,但长期以来,针对于地下水资源保护的法律法规并不健全,经常会出现“无法可依”的现象,给执法带来难度。对于一些企业来说,向河流排放污染物会触犯法律,带来严重的后果,但如果将污染物通过深井排放的方式汇流到地下水之中,虽然也会造成污染,但这是暂时隐性的,难以被一时察觉到的,很大程度上会被忽略,最终助长不法企业的恶行。为此,有必要对地下水水资源的保护进行相关的立法工作,要吸引法律专家和一线的水利执法人员以及地下水资源专家共同组成法律修撰组,从地下水水源保护的方方面面,包括企业的排放标准等进行严格的规定,以法律的形式树立起保护地下水水源的权威。
         3.2建立完善的污染预防和监测体系
         地下水水源的污染防治,防字当头,必须要首先做好预防和监测。要充分利用现有的勘探技术和手段,对一定区域内的地下水水源进行监测,尤其是要重点监测附近的重度污染企业,要求他们按照环保相关规定对所排放的废水、废物等污染物进行处理,从源头上进行污染防治。此外还要加强对农民的教育,与当地技术服务站合作,对土地施肥技术进行改进,一方面不使农民的收入和成本造成损失,另一方面又能使得施肥的数量和范围减少,减轻对地下水水源的危害。只有从各个方面全面抓起,建立预防和监测体系,才能更好的保护地下水水源。
         4人工回灌和地下水停采的影响
         人工回灌和地下水停采均对研究区的地下水各含水层水位和地下水含水层储存量的恢复有着显著的影响。相比于保持现状情景,人工回灌和地下水停采情景下平原5个含水层中观测点的地下水水位均有不同程度的恢复,同时也使得地下水储存量有不同程度的恢复。地下水停采情景对地下水水位和含水层储存量的影响要大于人工回灌情景,这是因为一方面人工回灌只是在局部地区、部分时间进行,另一方面地下水停采情景停采的是沉降中心的工业和生活开采量,停采量比较大,效果比较明显。
         结语
         对于地面沉降控制的影响,地下水停采的效果要比人工回灌效果显著。只有综合考虑社会经济发展和地面沉降控制,将两者相结合,才能既防止地面沉降的恶化,又保证社会的可持续发展。
         参考文献
         [1]曾超峰,郑刚,薛秀丽.大面积基坑开挖前预降水对支护墙变形的影响研究[J].岩土工程学报,2017,
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