长沙沙水水无沙—岩土感悟(36)

2019-02-01 15:34  来源:中国岩土网  阅读:852
白沙井与岳麓山、橘子洲已成为长沙自然遗产之名片。关于它的成因,诸多人文学者、地质学家、地理学家多有论及,而从工程与水文角度,亦有不少专家学人往往论及。在长沙城市建设当中,白沙井几度成为社会纷争的热点。笔者亦曾撰文而议,这篇感悟即在此文基础上拾缀而成,聊为春节前给感兴趣的岩坛朋友们一点谈资,为从事城市地质工作的同仁们感受自己荷负的义务与责任。

引言

天心阁东南约一公里处,回龙山西麓谷地,有泉汩汩,清澈透明,终年不歇,曰白沙井(图1)。

图片未命名

1 白沙井

古井始凿年代无考(亦传始建于春秋战国),初为一眼泉,出水较急。明末水分为二,后又增二眼,涌势渐缓。

“白沙井,县东南二里,井仅尺许,清泉甘美,通城官员汲之不绝,长沙第一泉”。(清乾隆《长沙府志》),故有“长沙第一泉”、“星沙第一泉”之誉。“或云此泉上应长沙星。”, 又雅称星泉。与济南趵突泉、贵阳漏趵泉、无锡惠山陆子泉并称为“中国四大名泉”。

民谚云:“无锡锡山山无锡,平湖湖水水平湖。常德德山山有德,长沙沙水水无沙。”。

长沙水即白沙井也,由于地下水经“白沙井组”(第四纪中更新世标准地层,系以石英砂岩为主的砂夹砾石层)沉淀过滤,所含杂质极少,故沙水无沙——

“广仅尺许,最甘冽” (乾隆《大清一统志》)。

“注桶其底如浮水,而非他水所能混。” (光绪《善化县志》)。

“煮为茗,芳洁不变;为酒,不酢不滓,浆者不腐;为药齐,不贬其气味。若他泉也则否。三伏日饮者,霍乱、呕吐、泄泻,病良已。” (清张九思《白沙泉记》)。

伟人毛泽东一句“才饮长沙水,又食武昌鱼”,更使其名扬天下。

白沙井的成因

“济南的泉、长沙的井”。

长沙市内以井命名的街巷,如水风井、彭家井、桂花井、陈家井、伍家井、洪家井等比比皆是。自古长沙多井,是与其独特的气候特征、地形地貌、地层结构分不开的。温暖潮湿、降雨充沛的亚热带湿润季风气候,三面环山、剥蚀构造丘陵与河流堆积阶地并存的地貌条件:地形丘涧交错,地势南高北低,地层红岩白沙,为地表水的运移、地下水的补给与流动提供了有利的条件。

白沙井组(Baishajing Fm)属更新世中期(即周口店期),以冲积物为主,广泛分布于湘、资、沅、澧及其支流的河谷中,常构成20~40m的阶地。多分上、下两层,下层为砾石层,灰白色或灰黄色,以石英、燧石、石英砂岩为主,磨圆度和分选性较好,砾径数厘米至数十厘米不等,混杂砂土(局部含砂金和砂锡矿),上层为网纹红土(又称蠕虫状红土),由粉质黏土组成,厚度一般为数米至20余米。

白沙井组命名剖面在湖南长沙市白沙井。根据附近勘察资料,白沙井组Q2b地层中从上而下分为4层:

1)粉质黏土:棕红、紫红、褐黄色,网纹状,硬塑-坚硬状,垂直渗透系数0.24m/d,含水及透水性差,一般厚度4.09.5m

2)中粗砂:褐黄色,石英质,湿-饱和,松散-稍密,砾石3%-5%。层厚0.5~2.8m,呈透镜状分布,渗透性良好。

3)卵石:灰黄、浅黄及灰白色,中密-密实状,饱和。卵石含量为50%~0%,层厚3-5.6m,顶板最高58.10m,最低54.22m,为白沙井含水层,透水性强,能吸引和容纳周围的地下水。

图片未命名

图2 白沙井出露地层示意图

4)基底为白垩纪泥质粉砂岩,为隔水层。基岩顶板标高总体上由东向西倾斜,与地下水径流方向一致。

第四系孔隙水在内迭阶地上由高阶地流向低阶地,最终向河谷排泄。一般在阶地前缘呈片状渗出,在沟谷切割较深部位,以泉的形式排泄。白沙井位于Ⅲ级阶地中前部:西侧地形较高(标高60.0~63.0m),东为高达14m的陡坎,坡底高程49.36~51.36m,白沙井位于南北向展布的槽谷东侧砂卵石层被切割的斜坡地带,泉口地表标高50.71m。含水层砂卵石上受网纹红土阻隔,下受透水性弱的泥质粉砂岩挟持,为侵蚀下降泉(图2)。

     白沙水源

白沙井之水源为赋存在距今110万年到20万年间(中更新世)形成的砂砾石层中的孔隙水,地质界称之为白沙井含水层。

如何厘定白沙井含水层的范围对保护白沙井至关重要。

有人把白沙路以东、人民路以南、芙蓉路以西、劳动路以北区域形象地比作一个水盆,似把白沙井的补给范围桎梏于0.4km2之内。

湖南省地质研究所原总工程师童潜明教授认为,长沙市区白沙井组砾石层是古湘江和古浏阳河的河床沉积物。西从岳麓山东坡天马山,东至石马铺,南从大托铺、新开铺,北至烈士公园的范围内,古湘江和古浏阳河在其中游弋,虽有多次改道,但古湘江的主河槽基本上在新开铺——烂泥冲(中南大学铁道校区)——东塘——白沙古井——烈士公园一带,呈南北向分布。在主河槽中砾石层厚度大,如新开铺厚26.51m,烂泥冲厚18.9m,东塘厚9.54m,白沙古井厚5.5m,烈士公园也有3~5m

上述两种看法均未考虑新构造运动的抬升与掀斜对含水层厚度与分布的影响。后者更是将中更统的洞井铺组、新开铺组与白沙井组模糊化。

中新生代以来,湘中.湘北地区上地幔活动出现“三盆” 隆起区(麻阳,洞庭,衡阳三盆地).地壳厚度仅30km。长沙地区位于洞庭、衡阳两个奠霍面隆起地区之间的洞庭坳陷南缘,由北往南,奠霍面隆起逐步下降,从而决定了长沙地区南升北降的运动模式。

根据陈长明(1991)、罗清(2003)等人的研究有,新开铺组与洞井铺组均为河流与湖泊交替出现的古地理环境的沉积物,反映当时多源水流及湖泊环境的影响, 当时的长沙地区可能是广阔湖面,丰水期可与古洞庭湖连通。白沙井组底部则为河流沉积,沉积物质来源主要是湘江及浏阳河两大水系,其底部的粗碎屑表明盆地周围有一段快速上升的历史,反映了白沙井组与新开铺组两个地质时期的新构造运动强度、幅度的明显差异。

    白沙井的水源主要有两部分:一为大气降水,二为地下径流。大气降水最终因下渗而转化为地下径流。

大气降水的补给范围可用降雨入渗系数法计算。由长沙市多年平均降雨量和白沙井的平均泉流量,可得白沙井的补给面积达2.45km2

考虑新开铺区域断裂对长沙南北第四系地层的切割及断陷塘的形成,不同阶地之间含水层的不连续以及城区建筑物和交通网络使得真实的补给面积的影响,可以初步认为白沙井水的补给范围可能延至南端的Ⅳ级阶地。

旧事回眸

1999年初,白沙井遇到过一次危险。

当时,长沙市某局在白沙井后面的沙岭征用土地拟建住宅小区。施工队伍相继进场,建筑场地已全部平整,消息传出后引起强烈反响,古井周边市民集体上访,强烈要求停工。市政府听取了唐基禹、刘侠等地质专家和广大市民的意见及媒体的呼吁,宿舍停建。

2001, 白沙井出现历史上首次也是唯一次断流。

当时,贺龙体育馆重建,人工挖孔桩基础施工,桩基穿透白沙井含水(桩深6~9m),施工排水约40000m3,远大于地下水补给量,白沙井断流,社会反响极大,后采用回灌手段人工恢复地下水位。后,为避免城市建设古井的影响,市民自发集资对周边修缮,建立“白沙古井公园”,2001年10月1日开放。

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3 1号线的变化及其与白沙井关系图

2007年,长沙市轨道交通1号线一期工程开始启动,几番论证后,2009年最终确定线路从白沙古井南西侧附近通过(图3)。

风乍起,地铁对白沙井的影响在社会纷争突起。主要有两种观点:

一是“审慎派”, 以童潜明先生为代表。认为地铁建设将古湘江主河槽的白沙井组主含水层一分为二,白沙井的水源层变窄,将出现无水可供局面;位于白沙井组含水层之下的地铁如同开了一条排水沟,最终可能导致“失去白沙井”,呼吁1号线局部改道。

一是“附和派”,以政府政策为导向,属于“锦上添花”型,认为地铁1号线由芙蓉路改至黄兴中转劳动路,恰恰体现了尊重“保护白沙井”的民意。劳动广场-侯家塘车站区间线路主要从含水层下的粘土和基岩穿过,对白沙井基本没有影响。

那么,长沙城市建设与发展对白沙井是否有影响呢?不妨以监测数据说话。

据湖南省地质环境监测总站卢庆林高级工程师介绍,1974年白沙井水流量为2.177L/S2008年观测资料最高1.46L/S,最少只有0.96L/S30多年来,白沙井水减少了60%多。

长期监测资料显示,23年前白沙古井的流量动态反应为明显的丰、枯水期,而目前白沙井的流量动态基本稳定在1~1.5L/s之间,相对于13年前的数据,泉流量有变小的趋势(图4)。

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4 白沙井地下水流量动态变化

工程建设,特别是地下工程建设,除了施工抽、排、降水的作用外,更为长远影响的是地下结构在减少蓄水空间的同时也减少了地下水的过水断面。假设渗透系数不因施工而改变,仅过水断面的改变,地下水的流量也是不容忽视的。此外,地下结构的存在还将改变地下水的径流场:迎水方向一侧,因径流受阻而使地下水位局部壅高,另一侧因接受补给量减少而使水头降低,减缓了水力坡度和流速,导致排泄泉点水量减少。

众所周知,白沙井水的主要补给来源是大气降水,而大气降水必须通过地表下渗方能由地表径流转化为地下径流。随着城市的发展,道路的硬化,建筑的增多,越来越多的降水直接由下水道排到湘江。在补给-径流区,建筑深大基坑开挖,大量抽排地下水、浅井开采以及地下建构/筑物的阻隔也是造成白沙井水量减少重要原因。

结语

白沙井是大自然馈赠给长沙人们的礼物.

“贺龙体育场施工断流”之殷鉴不远,这就要求我们的城市管理者与建设者们高度重视并付诸行动:在规划阶段,要做到人与自然和谐,必须重视地下空间的工程地质、水文地质工作。系统、翔实的水文地质、工程地质资料是根本保证。设计阶段时,应重视水文地质资料,采用必要的工程措施来有效减缓地下结构对地下水的影响。施工过程中,要充分考虑不同施工工艺对地下水环境的影响,用“地下水控制”概念代替纯粹的“降水”概念。从长远角度,建立地下水动态监测网,准确掌握地下水的动态变化,及时采用应急方案是必不可少的基本措施。

若不引以重视,“失去白沙井”并非杞人忧天。

若已然意识而又不采取有效措施,必将“亦使后人而复哀后人也”。

 

主要参考文献

[1]      童潜明.白沙井之水源及保护(上)[J].国土资源泉导刊(湖南),2010(7).

[2]      童潜明,唐基禹,彭格林.保护白沙水脉,呼吁1号线局部改道[J].国土资源泉导刊(湖南),2010(6).

[3]      陈长明.长沙地区第四纪地质若干问题探讨[J].衡阳师专学报,1991(2).

[4]      罗清,易朝路.湘江下游更新世沉积环境的初步研究[J].华中师范大学学报(自然科学版),2003,37(21).

[5]      彭柏兴,汤淼文.长沙地铁1号线对白沙井的影响及预防措施[J].地下空间与工程学报,2012(4) .


                                                                                         2019年2月1日

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我有话说

全部评论(1)

  • issn04510712发表于 02月03日 10:23这家伙很懒,没有个性签名!
  • 好文章,学习了,多谢楼主!
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彭柏兴

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博士高工注册岩土工程师
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