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首頁」自然遺產」沉坑居民指南

深坑居民指南

由弗吉尼亞洞穴委員會作者 2017

定義

沉洞

沉洞是土地表面上的自然封閉凹陷,其中流水沉入地下。沉孔通常在可溶性的基岩中,例如石灰石和白石。這些岩石被歸類為碳酸岩,因為它們都含有碳分子。

通過沉洞進入地下的水可能會經過岩石或沉積栓(並在某種程度上被過濾),或者水可能直接流入足夠大以傳輸水的地下開口。如果這個開口足以容納一個人進入,那麼開口被稱為洞穴。

沉洞照片弗吉尼亞州弗雷德里克縣的一隻牛的沉坑的開口。

沉孔主要有兩種類型:

  1. 由弱和天然酸性的表面水形成和擴大,當它通過基岩中的小孔向下移動時,緩慢擴大並溶解石灰石等可溶性基石
  2. 由於已存在的地下空隙上方的岩石或沉積物崩潰或下沉而形成的。這些有時被稱為 " 蓋面崩潰」或「屋頂崩潰 " 陷阱」。

突然崩潰也可能是由於舊堆填區下落、埋埋有機碎片的腐爛、埋水槽崩潰,或由於破裂管道、井、渠道或其他結構的水迅速侵蝕而發生。雖然這些事件在新聞報導中通常被稱為「沉坑」,但它們與真正的沉坑沒有關係。

第一種類型代表了碳酸鹽基岩底下的景觀中最典型的沉洞類型;這些沉洞在弗吉尼亞州很常見。第二種類型可以在各種條件下發生,但在地下空空間上面上面的土壤或岩石突然自然崩潰在弗吉尼亞州歷史上是罕見的。

沉洞個人資料照片
一個常見的沉水洞,在基石上面的
沉積物已崩潰成地下空隙
。
沉洞中的房子照片
在抽水新鑽井的地下水供給井期間,房子倒入弗吉尼亞州克拉克縣的一個沉洞。
喀斯特

卡斯特是指由於基石的溶解而發生特定地形的地形的地區,在這方面,它與「沙漠」,「沼澤」,「草原」或「土原」一詞不同。這個術語在 19 世紀廣泛使用,它源自指的 Kras 地區的德語術語,該術語如今跨了意大利和斯洛文尼亞之間的邊界。Kras 地區是一個地形主導的地形主導,由基岩隨著時間的推移而產生的地形,這些地形包括沉坑、洞穴、不規則(有時候露出和尖峰)的基岩表面、盲山谷中的沉水和大型泉源。隨後,「喀斯特」一詞被應用於其他景觀受到類似的地形主導的景觀。對卡斯特地形的更新定義通常將該術語限制為地形,其中表面和地下水流量系統出現在在岩石中已存在的開口(例如裂縫)的溶解性擴大的基岩開口中,無論是否存在沉洞或與喀斯特景觀歷史相關的其他表面特徵。因此,如果表面水和地下水都流過、進入和穿過石灰石等可溶性基岩,則假設存在喀斯特。

喀斯特水層

水層是一種地下層或多孔且滲透性岩石,或多孔且滲透的非凝結沉積物(例如沙子或碎石),其開口中有地下水。喀斯特區域中的水通常從地下水道轉移到地下路徑,從地下通道轉移到地下通道,然後返回到泉源出口處的表面水。由於石灰岩中常見的開口非常大,因為卡斯特地區的水層可以容納大量水量(例如:完全被水浸泡的洞穴通道)。

喀斯特和非喀斯特地下水層系統之間的主要區別是:

  1. 喀斯特水層中的地下水流不均勻,主要通過基岩溶解而形成和擴大的管道,沿著石灰石中已存在的開口沿著前存在的孔徑移動。因此,喀斯特中的地下水流量並不像沙子和碎石等未結合和更粒狀物料中的地下水流量那樣可預測。
  2. 由於化學溶液繼續作用在基岩開口的牆壁上,擴大的管道會隨著地質時間慢慢變化,從而改變了水層體積和連接性的特性。
  3. 地下水可以(而且通常會)快速流經溶液通道和地下導管,這些通道和導管的流速有時接近地表溪流和河流的流速。這種快速的水流意味著岩溶含水層中的地下水通常會攜帶污染物和沉澱物,而且幾乎沒有機會對水進行自然過濾或處理,就像粒狀含水層中的地下水(例如,水流經厚土或厚砂或淤泥)通常會發生的情況一樣。因此,在岩溶地形中,污染物在地下水中遷移的風險通常比非岩溶地形高。
  4. 一些水生和陸生物已適應岩石系統特徵的洞穴和解決方式擴大的管道,這些生物將這些生物被限制在這些系統中產生了對這些環境的高度特定適應;這些生物對這種特殊環境的依賴,加上它們(通常)的人口數量低,以及對地下世界具有高度的適應性,使它們通常很容易受到環境影響的情況衰退。

常見的沉洞問題

雖然弗吉尼亞州許多地區的沉坑很常見,但公開討論和關於沉洞的信息通常並不是常見的事情。因此,沉洞問題並不罕見。下面列出了一些常見的沉洞問題的答案。

Virginia的喀斯特發生在哪裡?

美國密西西比河東部的三分之一是喀斯特地形。根據弗吉尼亞州,據估計,佔地面積的 18 百分比包含喀斯特。如上所述,卡斯特區域位於可溶性基岩的任何地方。在弗吉尼亞州,主要的喀斯特區是谷和里奇物理學省,它由州西部部分的大多數縣組成。以下地圖提供了弗吉尼亞州主要喀斯特區域以及坑的分佈的近似值。(點擊放大)

弗吉尼亞州的喀斯特地圖。

弗吉尼亞州的沉坑地圖。

如果我的物業有沉洞,我該怎麼辦?

如果您的物業上開了沉洞,或者您懷疑地面下沉或崩潰可能會影響您的物業,您應該聯繫熟悉卡斯特工作的信譽良好的土力技術諮詢公司,以便他們可以為您提供對您的情況的評估。州和聯邦政府均無法評估因地面崩潰而對私人財產的潛在危險進行評估。

為什麼陷阱是一個問題?

從弗吉尼亞州土地業主或弗吉尼亞居民的角度來看,有六個可能需要關注的主要領域:

  1. 法律問題-有許多聯邦和州法律以及當地法令適用於沉洞;其中一些因違規而導致嚴重後果。例如,違反雨水法規,以及經營非法的地下注射井(上文提到),會被處罰。喀斯特系統的性質可能會使這些問題變得複雜,因此它可能會有利於喀斯特環境中的土地主可能希望熟悉地坑。
  2. 地下水污染-許多沉坑提供從地面到地下水的快速通道,因此它們可能是一種常見的地下水污染來源,可能會影響您的供水或整個社區的供水;這是使用沉坑作為垃圾丟棄方便的地方在所有喀斯特地形中的主要原因是主要的原因。
  3. 雨水管理-基於上述地下水污染部分相同的原因,有關雨水管理和沉坑的特定法律和法規
  4. 結構損壞-沉孔下方通常出現空隙,如果附近的建築物或結構未正確設計和建造,如果空隙上的屋頂崩潰,或工程師沒有正確考慮這些空隙可能造成的弱點,則可能會發生結構損壞。
  5. 人類安全-快速崩潰的沉洞可能會造成的危險可能是顯而易見的,但可能會有其他危害需要考慮,例如,某些坑底部有實際開口,水進入地下,而這些開口中的一些開口可能足夠大,讓小孩或寵物進入。
  6. 生物和生態-人類並不是唯一使用和依賴地下水的生物,而沉洞下面可能有洞穴或喀斯特資源,具有特殊棲息地,可能支持多種多樣化和特殊適應物種;這些物種中的一些物種受到法律保護。

如果有與沉坑相關的法律和法規,誰會管理它們?

正如上一節所述,潛在有幾個潛在的沉洞問題;因此,有幾個機構負責監管沉坑,並且需要幾個潛在的專業領域來解決沉洞問題。雖然這不是對沉坑相關事宜具有某些法律管轄權的機構或關聯組織的完整清單,但一些主要機構以及其職責和責任的項目列表如下:

維吉尼亞州保育與休閒部

  • 洞穴和喀斯特計劃
  • 稀有物種和棲息地

弗吉尼亞洞穴委員會

  • 洞穴和喀斯特技術信息和指導(非法律和非監管)

弗吉尼亞礦業,礦產和能源部

  • 弗吉尼亞州喀斯特形成的岩石形成的地質繪圖
  • 地理信息系統(GIS)的卡斯特定地質地質地圖和數字喀斯特地質數據
  • VA 機構間卡斯特利益集團的協調
  • 更多關於坑口的資料

弗吉尼亞州環境質量部

  • 水質及許可
  • 雨水管理與許可
  • 地下儲罐

當地縣、鎮政府或市政府

  • 侵蝕和沉積物控制和許可
  • 地面干擾許可證
  • 雨水管理與許可
  • 特別分區許可證和要求
  • 建築許可證及檢驗
  • 土壤管理

弗吉尼亞州交通部

  • 道路、運輸和路邊雨水管理問題

弗吉尼亞州緊急管理部

  • 緊急準備、應變和緩解

美國環境保護局

  • 地下注射井許可證和信息
  • 雨水排放至改善的沉孔(5 類注射井)

聯邦緊急事故管理局(FEMA)

  • 協助受沉坑引起的沉積問題影響的社區

聯邦能源監管委員會(FERC)

  • 負責具有傑出領域的州際能源傳輸項目的路由和批准

各種地方或地區公用事業

  • 安全公用事業關閉或位置信息

私人環境顧問

  • 結構完整性檢查、建議和修復

問:我們的地區確實突然形成了沉坑,不是嗎?我們閱讀關於道路封閉和建築基礎故障。這怎麼會發生?

A. This certainly does happen, but usually these phenomena did not occur because the rock has collapsed. It is more commonly the case that such a collapse occurs where soil and sediment that fills the pre-existing network of solution-enlarged voids and conduits in the bedrock begins to move downward. This downward movement, which can be rapid, may be attributable to natural causes, such as periods of drought that lower the water table thus creating an air-filled void beneath the soil plug in a vertical chamber. In that situation, the water that was supporting the soil is gone, thereby allowing the soil to subside into the void space below, with the result that a sinkhole forms on the surface. Such a collapse can also occur where water that used to infiltrate in a dispersed manner has now been channelized and diverted in a more concentrated manner, e.g., in a culvert or ditch. As new sinkholes are created, they provide an effective conduit to transport sediment and other debris that falls into the sinkhole from the surrounding unstable land surface, and to carry this material away by the water flowing through the karst conduit. This is how a catastrophic sinkhole can quickly grow and engulf objects on the surface (e.g., buildings, cars, trees) and eventually collapse into itself. While such catastrophic sinkholes can result from natural processes, more often they are attributable to a specific human activity or activities. For example, over-pumping of groundwater from shallow wells, or dewatering at a quarry, or the channeling and diversion of stormwater into a narrow and more concentrated drainage pathway, can each lead to the erosion of underlying soil and loose unconsolidated sediment and the eventual – and perhaps catastrophic – movement away and downward from the surface. This sequence of events may leave the surface structurally unstable, and thus susceptible to the later creation and development of additional sinkholes. Something as simple as improperly directing water from roof drains and gutters away from the foundation of a structure can eventually cause a sinkhole to form along the footer or even below the slab of a house, if local geologic conditions are conducive to such phenomena.

問:在建築工地挖掘過程中輸入沉坑或洞穴的土壤是否會對喀斯特環境產生負面影響?

答:是的,可以。最容易受影響的喀斯特徵是洞穴入口和「開喉」坑(即在基岩中有可見開口,導向地下的沉孔)。土壤、不受控制的雨水和被吸收到土壤顆粒中的污染物都可以流入這些開口,然後它們可以直接進入地下,而不受任何自然過濾的好處。如果有無法避免不能控制的流水,則需要在施工期間採取嚴格的沉積和侵蝕控制措施,並且需要在施工後繼續進行,直到周圍土壤穩定為止。應盡一切努力將土壤和施工現場流排放遠離任何沉洞,尤其是從底部有可見開口的沉洞。

問:如何預測沉積物崩潰到基岩中的空隙中的地方?

答:人們無法準確預測一個沉洞可能會形成的位置。儘管如此,現有的沉洞可能存在的模式或趨勢可能為我們提供線索關節和裂縫,或基岩中的斷裂或折彎等地質特徵集中或單獨控制了沉洞的發展,導致地質洞在一個特定區域發展和形成頻率和密度更高。例如,以直線模式對齊的凹槽可能表明,基石在表面下方的基石中存在一個主要的溶解放大裂縫或其他開口,並且這個開口已經導致沉孔沿明顯的線性趨勢偏好發展。此外,潛在的原因,例如池塘水或更大量的水量導入喀斯特環境,將是特別關注的,因此,這些因素將被通過進行卡斯特評估的知識專業人員注意並仔細檢查這些因素。這就是初步調查如此重要的原因。此外,經驗豐富的喀斯特地質學家、土壤科學家和岩土工程師都知道某些岩石單位傾向於形成凝聚、富含粘土的土層,這些土壤容易產生所謂的「覆蓋喀斯特」,這些土壤傾向於覆蓋地底和基岩中的空隙和凹陷。在發展過程中,必須非常仔細檢查具有這種粘土壤的已知區域,尤其是在植被清理過程後,這種植被破壞固定地面土壤在一起的困擾根塊質量。

問。我在哪裡可以了解有關卡斯特的更多信息?

答:卡斯特和喀斯特地形有許多出色的參考資料。以下是一些例子:

關於沉坑和「生活在喀斯特上」的卡斯特定參考

  • 石灰岩地區土地業主參考指南(弗吉尼亞州學調查),http://www.virginiacaves.org/lok/page1 .htm
  • Commonwealth of Virginia災害緩解計畫(第3 . 14節涉及喀斯特地形),http://www.vaemergency.gov/em-community/recovery/haz-mit-plans
  • 聯邦緊急管理局(FEMA)沉洞指導,https://www.fema.gov/media-library/assets/documents/108146
  • 生活在卡斯特(弗吉尼亞州洞穴保護局),http://www.caveconservancyofvirginia.org/livingonkarst/livingonkarst.htm
  • Living with Karst (American Geosciences Institute), http://www.americangeosciences.org/sites/default/files/karst.pdf
  • 沉坑-USGS 水科學學院,http://water.usgs.gov/edu/sinkholes.html
  • 沉坑-弗吉尼亞州地質和礦產資源部,http//: www.dmme.弗吉尼亞 .gov/DGMR/pdf/.pdf
  • Sinkholes and Karst Terrain, http://www.dmme.virginia.gov
  • 坑形成協理安裝高壓天然氣管道,佛羅里達州中西部,
    http://scholarcommons.usf.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1116 & context=地下 _ 2013
  • 環保署地下注射控制,地區 3:V 級團隊負責人兼技術代表馬克·納爾遜,Nelson.Mark@epa.gov;304-234-0286

卡斯特的一般資訊

  • 弗吉尼亞州洞穴保護局,http://www.caveconservancyofvirginia.org
  • 喀斯特水學院,http://karstwaters.org
  • 國家鳥類學會,http://caves.org
  • 弗吉尼亞州洞穴委員會,www.dcr.virginia.gov/自然遺產/洞穴別墅。shtml
  • 弗吉尼亞州自然遺產喀斯特計劃,www.dcr.virginia.gov /Natural_Heritage/卡斯托姆 .shtml
  • 弗吉尼亞州學調查,http://virginiacaves.org
  • 弗吉尼亞礦業,礦產和能源部,https://www.dmme.virginia.gov/
  • 美國地質調查局,https://www.usgs.gov/science/science-explorer?lq=karst

關於沉洞的特別注意事項

除非該人對沉坑如何影響他們的環境有一些一般了解,否則沉坑的獨特特性可能會造成額外的複雜症。三個例子包括雨水、地下注射井以及健康考量。

雨水

雨水流是弗吉尼亞州地面水的重要污染來源。因此,聯邦和聯邦政府制定了幾項法律和法規,以減少水污染的傳播。由於沉坑和喀斯特系統可以快速運輸水和任何水源性污染物,因此喀斯特景觀中雨水管理的獨特方面與對弗吉尼亞沉洞的討論相關。

在天然水文系統中,落在陸地表面的水或是慢慢滲入地面,或者在陸地上流入溪流,湖泊和河流。人類的建築活動通常會中斷這種天然地面水流,尤其是當城市或郊區發展導致路面積比土壤更多的地區,或導致建造阻礙自然滲透到我們的水層的建築物時。為了在建築環境中管理這種水,可能已建造一系列排水管、溝渠、渠道和其他結構來移動和引導已發展區域內的地面水。這種水被稱為雨水,管理這種水的程序稱為「雨水管理」。雨水通常帶有污染物;因此大多數雨水處理系統都包含各種設施來處理和減輕污染物。這些處理設施也是雨水系統的一部分。此外,雨水不應攜帶人類廢物,因為這些廢物受到嚴格的監管,並且預計將發送到污水處理設施。下水道和雨水系統應該完全分離。

地下注射井

與雨水的情況類似,有幾種聯邦和州的法律和法規管了表面液注射到井中或進入地下水系統的其他方式。這是一個重要的提醒,沉坑是地面和地下水之間的連接或門戶。因此,在某些情況下,一個人有意或不知情地將表面水轉移或將液體排放到沉洞中,可以合法被視為 " 地下注射井 ",並受某些許可和法規約束。正因為這些原因,對地下注射井的概述與居住或工作的弗吉尼亞州居民有關。

在地下注射液體受 EPA 的地下注射控制(UIC)計劃監管。實際的注射部位稱為地下注射井。注射井有六種分類,包括工業廢物、石油和天然氣、有害廢物和非危險廢物。對弗吉尼亞居民來說最典型的注射井是 V 級井,其中包括非危險液體。V 類井覆蓋的液體例子包括雨水、化糞池系統滲漏場和農業排水井。管理 UIC 計劃的最終權力源自聯邦清潔水法,並由美國環境保護局(EPA)管理。EPA 已委託某些州管理自己的 UIC 計劃的權力,但在弗吉尼亞州,UIC 計劃和許可的大多數元素都由 EPA 在其位於西弗吉尼亞州惠靈的區域 3 辦事處處理。

V 類(五)井用於在地下注入非危險液體。大多數 V 級井用於將廢物丟入或在地下飲用水源上方。如果未妥善管理,這種處置可能對地下水質構成威脅。

不同類型的 V 級井構成各種威脅。大多數 V 級井都是淺水排放系統,它們依賴重力來直接將液體排出在地面中。超過 20 井子類型屬於 V 類別。

環保署估計,全國有超過 650,000 V 級井正在運營。這些 V 類井中的大多數都是非複雜的淺污水處理系統。範例包括:

  • 雨水排水井
  • 化糞池系統滲漏場
  • 農業排水井

健康考量

幾代以來,垃圾、廢棄物、二手機油和其他廢棄物料都是一個常見的做法,將垃圾丟棄在沉洞裡。這種情況不應該再發生的原因很多;也許最重要的是它威脅所有當地居民的健康和安全。

水槽裡的垃圾
垃圾丟入弗吉尼亞州克拉克縣的淺水坑中。
由於沉坑是從地面前往當地或地區地下水層的直接通道,所以任何傾倒在沉洞中的材料都可能會被當地居民的飲用水中進入。有多少人會考慮將舊油倒入飲用水井裡?然而,把垃圾丟在沉洞裡通常是一樣的事情。將垃圾存放在適當的堆填區是促進生活在喀斯特環境中居民的健康和安全最低成本的方法之一。

了解更多關於與沉洞生活的信息。

重要的是要了解,一般來說,沉坑是自然特徵,在生態系統和水的自然運動中起著重要作用。因此,如果沒有受訓練和經驗豐富的弗吉尼亞州水槽工作經驗豐富的專業人士參與,否則不應修改,操控,插入,填充或更改漏洞。

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