長沙沙水水無沙—巖土感悟(36)

2019-02-01 15:34  來源:巖土網  閱讀:3968
白沙井與岳麓山、橘子洲已成為長沙自然遺產之名片。關于它的成因,諸多人文學者、地質學家、地理學家多有論及,而從工程與水文角度,亦有不少專家學人往往論及。在長沙城市建設當中,白沙井幾度成為社會紛爭的熱點。筆者亦曾撰文而議,這篇感悟即在此文基礎上拾綴而成,聊為春節前給感興趣的巖壇朋友們一點談資,為從事城市地質工作的同仁們感受自己荷負的義務與責任。

引言

天心閣東南約一公里處,回龍山西麓谷地,有泉汩汩,清澈透明,終年不歇,曰白沙井(圖1)。

圖片未命名

1 白沙井

古井始鑿年代無考(亦傳始建于春秋戰國),初為一眼泉,出水較急。明末水分為二,后又增二眼,涌勢漸緩。

“白沙井,縣東南二里,井僅尺許,清泉甘美,通城官員汲之不絕,長沙第一泉”。(清乾隆《長沙府志》),故有“長沙第一泉”、“星沙第一泉”之譽。“或云此泉上應長沙星。”, 又雅稱星泉。與濟南趵突泉、貴陽漏趵泉、無錫惠山陸子泉并稱為“中國四大名泉”。

民諺云:“無錫錫山山無錫,平湖湖水水平湖。常德德山山有德,長沙沙水水無沙。”。

長沙水即白沙井也,由于地下水經“白沙井組”(第四紀中更新世標準地層,系以石英砂巖為主的砂夾礫石層)沉淀過濾,所含雜質極少,故沙水無沙——

“廣僅尺許,最甘冽” (乾隆《大清一統志》)。

“注桶其底如浮水,而非他水所能混。” (光緒《善化縣志》)。

“煮為茗,芳潔不變;為酒,不酢不滓,漿者不腐;為藥齊,不貶其氣味。若他泉也則否。三伏日飲者,霍亂、嘔吐、泄瀉,病良已。” (清張九思《白沙泉記》)。

偉人毛澤東一句“才飲長沙水,又食武昌魚”,更使其名揚天下。

白沙井的成因

“濟南的泉、長沙的井”。

長沙市內以井命名的街巷,如水風井、彭家井、桂花井、陳家井、伍家井、洪家井等比比皆是。自古長沙多井,是與其獨特的氣候特征、地形地貌、地層結構分不開的。溫暖潮濕、降雨充沛的亞熱帶濕潤季風氣候,三面環山、剝蝕構造丘陵與河流堆積階地并存的地貌條件:地形丘澗交錯,地勢南高北低,地層紅巖白沙,為地表水的運移、地下水的補給與流動提供了有利的條件。

白沙井組(Baishajing Fm)屬更新世中期(即周口店期),以沖積物為主,廣泛分布于湘、資、沅、澧及其支流的河谷中,常構成20~40m的階地。多分上、下兩層,下層為礫石層,灰白色或灰黃色,以石英、燧石、石英砂巖為主,磨圓度和分選性較好,礫徑數厘米至數十厘米不等,混雜砂土(局部含砂金和砂錫礦),上層為網紋紅土(又稱蠕蟲狀紅土),由粉質黏土組成,厚度一般為數米至20余米。

白沙井組命名剖面在湖南長沙市白沙井。根據附近勘察資料,白沙井組Q2b地層中從上而下分為4層:

1)粉質黏土:棕紅、紫紅、褐黃色,網紋狀,硬塑-堅硬狀,垂直滲透系數0.24m/d,含水及透水性差,一般厚度4.09.5m

2)中粗砂:褐黃色,石英質,濕-飽和,松散-稍密,礫石3%-5%。層厚0.5~2.8m,呈透鏡狀分布,滲透性良好。

3)卵石:灰黃、淺黃及灰白色,中密-密實狀,飽和。卵石含量為50%~0%,層厚3-5.6m,頂板最高58.10m,最低54.22m,為白沙井含水層,透水性強,能吸引和容納周圍的地下水。

圖片未命名

圖2 白沙井出露地層示意圖

4)基底為白堊紀泥質粉砂巖,為隔水層。基巖頂板標高總體上由東向西傾斜,與地下水徑流方向一致。

第四系孔隙水在內迭階地上由高階地流向低階地,最終向河谷排泄。一般在階地前緣呈片狀滲出,在溝谷切割較深部位,以泉的形式排泄。白沙井位于Ⅲ級階地中前部:西側地形較高(標高60.0~63.0m),東為高達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東側砂卵石層被切割的斜坡地帶,泉口地表標高50.71m。含水層砂卵石上受網紋紅土阻隔,下受透水性弱的泥質粉砂巖挾持,為侵蝕下降泉(圖2)。

     白沙水源

白沙井之水源為賦存在距今110萬年到20萬年間(中更新世)形成的砂礫石層中的孔隙水,地質界稱之為白沙井含水層。

如何厘定白沙井含水層的范圍對保護白沙井至關重要。

有人把白沙路以東、人民路以南、芙蓉路以西、勞動路以北區域形象地比作一個水盆,似把白沙井的補給范圍桎梏于0.4km2之內。

湖南省地質研究所原總工程師童潛明教授認為,長沙市區白沙井組礫石層是古湘江和古瀏陽河的河床沉積物。西從岳麓山東坡天馬山,東至石馬鋪,南從大托鋪、新開鋪,北至烈士公園的范圍內,古湘江和古瀏陽河在其中游弋,雖有多次改道,但古湘江的主河槽基本上在新開鋪——爛泥沖(中南大學鐵道校區)——東塘——白沙古井——烈士公園一帶,呈南北向分布。在主河槽中礫石層厚度大,如新開鋪厚26.51m,爛泥沖厚18.9m,東塘厚9.54m,白沙古井厚5.5m,烈士公園也有3~5m

上述兩種看法均未考慮新構造運動的抬升與掀斜對含水層厚度與分布的影響。后者更是將中更統的洞井鋪組、新開鋪組與白沙井組模糊化。

中新生代以來,湘中.湘北地區上地幔活動出現“三盆” 隆起區(麻陽,洞庭,衡陽三盆地).地殼厚度僅30km。長沙地區位于洞庭、衡陽兩個奠霍面隆起地區之間的洞庭坳陷南緣,由北往南,奠霍面隆起逐步下降,從而決定了長沙地區南升北降的運動模式。

根據陳長明(1991)、羅清(2003)等人的研究有,新開鋪組與洞井鋪組均為河流與湖泊交替出現的古地理環境的沉積物,反映當時多源水流及湖泊環境的影響, 當時的長沙地區可能是廣闊湖面,豐水期可與古洞庭湖連通。白沙井組底部則為河流沉積,沉積物質來源主要是湘江及瀏陽河兩大水系,其底部的粗碎屑表明盆地周圍有一段快速上升的歷史,反映了白沙井組與新開鋪組兩個地質時期的新構造運動強度、幅度的明顯差異。

    白沙井的水源主要有兩部分:一為大氣降水,二為地下徑流。大氣降水最終因下滲而轉化為地下徑流。

大氣降水的補給范圍可用降雨入滲系數法計算。由長沙市多年平均降雨量和白沙井的平均泉流量,可得白沙井的補給面積達2.45km2

考慮新開鋪區域斷裂對長沙南北第四系地層的切割及斷陷塘的形成,不同階地之間含水層的不連續以及城區建筑物和交通網絡使得真實的補給面積的影響,可以初步認為白沙井水的補給范圍可能延至南端的Ⅳ級階地。

舊事回眸

1999年初,白沙井遇到過一次危險。

當時,長沙市某局在白沙井后面的沙嶺征用土地擬建住宅小區。施工隊伍相繼進場,建筑場地已全部平整,消息傳出后引起強烈反響,古井周邊市民集體上訪,強烈要求停工。市政府聽取了唐基禹、劉俠等地質專家和廣大市民的意見及媒體的呼吁,宿舍停建。

2001, 白沙井出現歷史上首次也是唯一次斷流。

當時,賀龍體育館重建,人工挖孔樁基礎施工,樁基穿透白沙井含水(樁深6~9m),施工排水約40000m3,遠大于地下水補給量,白沙井斷流,社會反響極大,后采用回灌手段人工恢復地下水位。后,為避免城市建設古井的影響,市民自發集資對周邊修繕,建立“白沙古井公園”,2001年10月1日開放。

圖片未命名

3 1號線的變化及其與白沙井關系圖

2007年,長沙市軌道交通1號線一期工程開始啟動,幾番論證后,2009年最終確定線路從白沙古井南西側附近通過(圖3)。

風乍起,地鐵對白沙井的影響在社會紛爭突起。主要有兩種觀點:

一是“審慎派”, 以童潛明先生為代表。認為地鐵建設將古湘江主河槽的白沙井組主含水層一分為二,白沙井的水源層變窄,將出現無水可供局面;位于白沙井組含水層之下的地鐵如同開了一條排水溝,最終可能導致“失去白沙井”,呼吁1號線局部改道。

一是“附和派”,以政府政策為導向,屬于“錦上添花”型,認為地鐵1號線由芙蓉路改至黃興中轉勞動路,恰恰體現了尊重“保護白沙井”的民意。勞動廣場-侯家塘車站區間線路主要從含水層下的粘土和基巖穿過,對白沙井基本沒有影響。

那么,長沙城市建設與發展對白沙井是否有影響呢?不妨以監測數據說話。

據湖南省地質環境監測總站盧慶林高級工程師介紹,1974年白沙井水流量為2.177L/S2008年觀測資料最高1.46L/S,最少只有0.96L/S30多年來,白沙井水減少了60%多。

長期監測資料顯示,23年前白沙古井的流量動態反應為明顯的豐、枯水期,而目前白沙井的流量動態基本穩定在1~1.5L/s之間,相對于13年前的數據,泉流量有變小的趨勢(圖4)。

圖片未命名

4 白沙井地下水流量動態變化

工程建設,特別是地下工程建設,除了施工抽、排、降水的作用外,更為長遠影響的是地下結構在減少蓄水空間的同時也減少了地下水的過水斷面。假設滲透系數不因施工而改變,僅過水斷面的改變,地下水的流量也是不容忽視的。此外,地下結構的存在還將改變地下水的徑流場:迎水方向一側,因徑流受阻而使地下水位局部壅高,另一側因接受補給量減少而使水頭降低,減緩了水力坡度和流速,導致排泄泉點水量減少。

眾所周知,白沙井水的主要補給來源是大氣降水,而大氣降水必須通過地表下滲方能由地表徑流轉化為地下徑流。隨著城市的發展,道路的硬化,建筑的增多,越來越多的降水直接由下水道排到湘江。在補給-徑流區,建筑深大基坑開挖,大量抽排地下水、淺井開采以及地下建構/筑物的阻隔也是造成白沙井水量減少重要原因。

結語

白沙井是大自然饋贈給長沙人們的禮物.

“賀龍體育場施工斷流”之殷鑒不遠,這就要求我們的城市管理者與建設者們高度重視并付諸行動:在規劃階段,要做到人與自然和諧,必須重視地下空間的工程地質、水文地質工作。系統、翔實的水文地質、工程地質資料是根本保證。設計階段時,應重視水文地質資料,采用必要的工程措施來有效減緩地下結構對地下水的影響。施工過程中,要充分考慮不同施工工藝對地下水環境的影響,用“地下水控制”概念代替純粹的“降水”概念。從長遠角度,建立地下水動態監測網,準確掌握地下水的動態變化,及時采用應急方案是必不可少的基本措施。

若不引以重視,“失去白沙井”并非杞人憂天。

若已然意識而又不采取有效措施,必將“亦使后人而復哀后人也”。

 

主要參考文獻

[1]      童潛明.白沙井之水源及保護(上)[J].國土資源泉導刊(湖南),2010(7).

[2]      童潛明,唐基禹,彭格林.保護白沙水脈,呼吁1號線局部改道[J].國土資源泉導刊(湖南),2010(6).

[3]      陳長明.長沙地區第四紀地質若干問題探討[J].衡陽師專學報,1991(2).

[4]      羅清,易朝路.湘江下游更新世沉積環境的初步研究[J].華中師范大學學報(自然科學版),2003,37(21).

[5]      彭柏興,湯淼文.長沙地鐵1號線對白沙井的影響及預防措施[J].地下空間與工程學報,2012(4) .


                                                                                         2019年2月1日

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全部評論(1)

  • issn04510712發表于 02月03日 10:23這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 好文章,學習了,多謝樓主!
點評:

彭柏興

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