莱芜市地下岩溶水超采探究

2014-01-30刘雪芹刘志国尹延群

治淮 2014年2期

刘雪芹刘志国尹延群

莱芜市地下岩溶水超采探究

刘雪芹刘志国尹延群

莱芜市地处鲁中南低山丘陵碳酸盐岩类为主水文地质区，肥城—沂源单斜断陷水文地质亚区，莱芜盆地裂隙岩溶、孔隙弱—强富水地段。地下水类型有孔隙水、裂隙水、层间岩溶裂隙水、裂隙岩溶水四大类。莱芜市近几年地下水观测资料表明：莱芜市已开采的地下水中，孔隙水无超采，在资源开发利用方面亦不存在超采现象。目前，莱芜市局部地区存在地下岩溶水超采现象，导致各种环境地质灾害频频发生。主要原因系地下采矿疏干排水引起，分别位于叶马曹—谷家台矿区和牛泉镇西上庄（附近有莱新铁矿）地区。环境地质灾害主要表现为矿井周围地下水形成降落漏斗，矿区周边村庄机井大量干涸，引发周边农村人畜饮水困难，农业生产更是无从保证。此外，大量矿井水的抽排，还导致岩溶塌陷等地质灾害，主要表现为矿区附近农村房屋皲裂、倒塌，地面、道路出现塌坑等。

一、超采区水文地质概述

叶马曹—谷家台矿区为隐伏灰岩裂隙岩溶水分布区，面积14.5km2，东部叶马曹水源地松散层以粘质砂土为主，下部有砂质粘土或粘土层分布，厚度一般20～30m，孟家庄至曹西村有“天窗”存在，粘土层隔水性较好，除“天窗”部位外，松散层孔隙水与下部灰岩裂隙岩溶水水力联系较差。灰岩裂隙岩溶发育段深度一般在300m以上，裂隙岩溶发育，富水性强，单井涌水量3000～5000m3/d。西北部谷家台矿区松散层以中粗砂含卵砾石为主，厚度一般在10～20m，多数地段灰岩之上有第三系砂岩起隔水作用，在谷家台矿井北200m至孟公顷地段有“天窗”存在，增强了松散层孔隙水与下伏灰岩裂隙岩溶水的水力联系。灰岩裂隙岩溶发育段一般在350m深以上，裂隙岩溶发育，富水性强，单井涌水量3000～5000 m3/d。该区灰岩裂隙岩溶水主要接受牟汶河以南灰岩地下水径流补给，自然状况下通过“天窗”排泄，目前情况下以人工开采为主。

牛泉西上庄地区地下水以裂隙岩溶水为主，含水层为奥陶系及上寒武统石灰岩、白云质灰岩，灰岩岩溶裂隙发育。本地区灰岩多裸露地表，出露地势较高，受地形地貌及构造的控制，富水性不均、单井涌水量多小于500 m3/d，莱新铁矿开采以前，当地地下水主要用于周边农村生活及农业生产用水。

二、超采区地下水开发利用情况

叶马曹—谷家台矿区主要分布有叶马曹水源地和谷家台水源地。其中叶马曹水源地为奥陶系灰岩裂隙岩溶水水源地，控制面积25 km2，天然补给量7万m3/d，开采资源量4万m3/d，主要为叶马曹铁矿及谷家台矿区矿坑排水，排水量一般在2万～3万m3/d；其次为泰钢及部分小企业开采用水，用水量为8000 m3/d。多年来叶马曹水源地超采，出现水位降落漏斗和岩溶塌陷等环境地质问题，经复核地下水开采资源量为3.5万m3/d。

牛泉镇西上庄地区为莱芜市地下水分散式开发利用区，控制面积20km2，天然补给量3万m3/d，开采资源量2 万m3/d，单井出水量在80～120 m3/d。莱新铁矿未投产以前，地下水主要用于当地13个村庄农村生活和生产，年开采总量在500万m3左右，莱新铁矿投产以后，仅莱新铁矿每年疏干排水就达400万m3以上，致使该地区西上庄周边13个村地下水井干涸，生活用水极度困难。

三、地下水动态变化情况

叶马曹—谷家台矿区灰岩裂隙岩溶水水位动态，1991年初水位标高133.02m，埋深36.97m，至2005年底水位标高为102.62m，埋深67.38m。(1991～2005年)历年最高水位135.35m，最小埋深34.65m（2004年10月），历年最低水位52.10m，最大埋深117.90m（2002年10月）。多年平均水位埋深105.75m，水位变幅83.25m。但自从2005年以来，随着附近采矿业的发展，水位埋深持续增加，水位埋深在80～130m。牛泉镇西上庄地区在莱新铁矿投产以前根据省第一地质矿产勘查院提供资料，该地区地下水位埋深在60m左右，随着2005年8月莱新铁矿的正式投产运营，地下疏干排水逐年加大，致使地下水位埋深达到130～150m，先前周边村庄所打机井全部干涸。

四、环境地质灾害情况现状

叶马曹—谷家台矿区和牛泉镇西上庄地区近年来发生的环境地质灾害主要以矿坑疏干排水形成地下水超采漏斗和岩溶塌陷为主。其中叶马曹水源地地下水多年来处于超采状态，在矿井及抽水井周围形成降落漏斗，面积一般在6～9 km2。岩溶塌陷在1974年叶家庄铁矿抽水试验时已发生，1992～2006年，由于叶家庄铁矿及该区内抽水单位的增加，几乎每年都发生，塌坑最大直径12m、深11m。造成孟家庄、曹西村、西泉河村近千间房屋板裂，多间房屋倒塌。根据山东省第一地质矿产勘查院最新调查资料，2011年9月15日叶马曹水源补给区牛泉西泉河村发生多处岩溶塌陷，塌坑直径约为2m、深2m；谷家台矿区公清一带岩溶地下水近年也基本处于超采（矿排水为主）状态，水位埋深在60～90m。该区域岩溶塌陷亦是频频发生，2010年8月31日，耿公清村一村民家院中发现直径约1.5m、深约1.5m的岩溶塌陷坑；2011年

9月15日下午3时，方下镇孟公清村，发生直径约为2m的岩溶塌陷坑，深约0.5m；下午5时附近又出现直径约为0.6m，深约0.3m的塌坑。

牛泉镇西上庄地区近年来由于莱新铁矿采矿规模的不断扩大，疏干排水量也在逐年加大，现状年排水量达到1.5万m3/d。致使周边13个村庄机井出现干涸，人畜饮水困难。附近村庄也出现了岩溶塌陷现象，根据山东省第一地质矿产勘查院调查资料，2011年5月25日牛泉镇侯家沟村委院内出现直径约1.5m、深3m的塌陷坑。

五、灾害发生原因

以上环境地质灾害的发生均与采矿有直接关系，即采矿疏干排水引起地下水水位急剧变化，地下水水位变幅过大是产生塌陷的主要原因。当大量抽水或抽水量不稳定引起地下水位剧烈震荡时、人为或天然作用引起地下水位频繁反复升降时以及地下水位降至第四系与基岩接触面附近并不断上下波动时，则易形成岩溶塌陷。造成地下水水位变幅过大、大量抽水或抽水量不稳定的主要原因就是马庄、叶家庄、谷家台、莱新铁矿等矿坑疏干排水。