城市采水導(dǎo)致的地面沉降分析及防治措施

1、城市采水導(dǎo)致的地面沉降分析及防治措施摘要：目前，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)地下水的需求量的不斷加大，但同時(shí)地下水開采導(dǎo)致地面沉降的問題也日益突出。針對(duì)我國城市地區(qū)地面沉降的現(xiàn)狀，本文主要探討我國城市地區(qū)地面沉降的成因機(jī)制和影響因素以及防治措施。關(guān)鍵詞：城市，地下水，地面沉降，成因機(jī)制，影響因素，防治措施Abstract：At present, the economic development of groundwater demand increasing, but at the same time the groundwater exploitation in the problem of ground s

2、ubsidence has become more obvious. In view of China's urban areas of land subsidence present situation, this paper mainly discusses the urban area in our country land subsidence the cause of formation mechanism and the influence factors and prevention and control measures.Key words: the city, gr

3、oundwater, ground subsidence, formation mechanism, influencing factors, prevention and control measures 近年來，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，地面沉降對(duì)城市建設(shè)的影響日益顯著。它分布廣，最集中于城市范圍內(nèi)，其變化過程一般不易被人察覺，但危害性相當(dāng)大。它造成鐵路中斷、建筑物開裂、市政設(shè)施破壞、海水入侵等，其嚴(yán)重后果已引起了人們的高度重視。一、引言近日，“河南省主要城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)”結(jié)果顯示，河南省多數(shù)城市地下水資源短缺，地下水開發(fā)利用引發(fā)了一系列地質(zhì)環(huán)境問題，14個(gè)城市中l(wèi)1個(gè)城市存在降落漏斗，

4、總面積達(dá)l2471 8平方公里1。這l1個(gè)城市分別是：鄭州市、開封市、洛陽市、焦作市、平頂山市、新鄉(xiāng)市、許昌市、鶴壁市、濮陽市、三門峽市、濟(jì)源市。其中開封市地面沉降面積182平方公里 ，19541989年累計(jì)最大沉降量242mm；許昌市地面沉降面積77km ，1 989l 996年累計(jì)最大沉降量245mm；濮陽市地面沉降面積1OOkm ，19972001年累計(jì)最大沉降量41mm。二、城市地區(qū)地面沉降現(xiàn)狀我國地面沉降研究是從20世紀(jì)60年代研究上海地面沉降開始的。1964年提出過量開采地下水是引起上海市地面沉降的主要原因。9O年代，根據(jù)上海市地面沉降中出現(xiàn)的局部不均勻下沉問題，認(rèn)為大型建筑、深基

5、坑、地鐵等工程引起的局部不均勻沉降現(xiàn)象在微量的區(qū)域性沉降中所占比重不容忽視2 。目前，我國已有上海、天津、廣東、江蘇、浙江、陜西等16個(gè)省(區(qū)、市)共46個(gè)城市(地段)、縣城出現(xiàn)了地面沉降問題。我國城市地面沉降主要發(fā)生在大河三角洲及沿海平原區(qū)。這些地區(qū)第四紀(jì)沉積層厚度大，固結(jié)程度差，顆粒細(xì)，層次多，壓縮性強(qiáng)；地下水含水層多，補(bǔ)給徑流條件差，開采時(shí)間長，強(qiáng)度大；城鎮(zhèn)密集，人口多，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)。地面沉降首先在城市地下水開采中心形成沉降漏斗，繼而向外圍擴(kuò)展，形成以城鎮(zhèn)為中心的大面積沉降區(qū)。三、地面沉降的機(jī)理地面沉降的主要原因是由于長期超量開采地下水，使得承壓含水層水頭降低，上部高壓縮軟土層中孔隙水

6、壓力下降，土體內(nèi)有效應(yīng)力增加，從而產(chǎn)生壓密固結(jié)作用。是水和土相互作用的、內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化的外在表現(xiàn)。它與土的變形特性和水的滲流情況密切相關(guān)。四、地面沉降的影響因素（一） 產(chǎn)生地面沉降的物質(zhì)基礎(chǔ)3地面沉降主要是抽取地下流體引起土層壓縮，厚層松散細(xì)粒土層的存在構(gòu)成了地面沉降的物質(zhì)基礎(chǔ)。易于發(fā)生地面沉降的地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂層、黏土層的松散土層結(jié)構(gòu)。隨著抽取地下水，承壓水位降低，含水層本身及其上、下相對(duì)隔水層中孔隙水壓力減小，地層壓縮導(dǎo)致地面發(fā)乍沉降。（二）全球海平面上升氣候變暖導(dǎo)致的全球海平面上升使沿海地區(qū)地面沉降問題更加突出，而中國沿海城市地區(qū)大都面臨著海平面上升問題。由于海平面上升僅是毫米級(jí)，因此這一

7、因素的影響是次要的。（三）軟土地基自然沉降的影響我國沿海城市地區(qū)大多沉積有巨厚的第四紀(jì)松散沉積物。這些沉積物含水量高、粘粒含量高、固結(jié)程度差，大多未固結(jié)，在達(dá)到完全固結(jié)之前，必然會(huì)自然沉降【4】。（四）過量抽取地下流體長期過量抽取地下流體如地下淡水、石油、天然氣等是城市地區(qū)地面沉降的主要原因。存在突出地面沉降問題的城市主要是上海和天津。它們是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的前沿陣地，擁有眾多大型工業(yè)企業(yè)，人口眾多，對(duì)地下淡水的需求也很大。在過去的幾十年中，上海和天津的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活蓬勃發(fā)展，但長期過量開采地下水所導(dǎo)致的地面沉降有時(shí)突然發(fā)展到令人瞠目的境地。五、以天津市為例探討地面沉降中的幾點(diǎn)問題天津曾是我國地面

8、沉降最為嚴(yán)重城市之一。多年來，由于過量開采地下流體資源，天津市在寶坻斷裂和薊運(yùn)河斷裂以南約73005多平方千米的廣大地區(qū)，出現(xiàn)不同程度的地面沉降現(xiàn)象【5】。其中在市區(qū)、塘沽、漢潔、大港及海河下游工業(yè)區(qū)形成了5個(gè)沉降中心。（一） 沉降背景特點(diǎn)與其它城市相比較天津市的沉降背景特點(diǎn)主要有：1. 寶坻斷裂和薊運(yùn)河斷裂以南的濱海平原，在地質(zhì)構(gòu)造上屬新華夏構(gòu)造體系，其中市區(qū)位于滄州隆起的雙窯凸起之上，新生界蓋層厚度1200m左右。塘沽、漢沽、大港區(qū)坐落在黃驊坳陷構(gòu)造帶。這里新生界沉積厚度達(dá)數(shù)千米。在這些巨厚的沉積物中，可壓縮性粘性土層占60%以上。這是產(chǎn)生地面沉降的內(nèi)在條件。因此必須充分考慮深部粘性土層的

9、滯后壓密作用【6】。2. 據(jù)全新世海相層的C測(cè)年資料和1930-1953年的歷史水準(zhǔn)點(diǎn)資料，天津市由于新構(gòu)造活動(dòng)和地層壓縮作用產(chǎn)生的自然沉降量，每年有3mm左右。這是與開采地下流體資源無關(guān)的，不可忽視的常量，也是次要的。但在微量沉降條件下，是一個(gè)不可忽視的常量。3. 沉降因素復(fù)雜，形式多樣。既有開采承壓地下水、地下熱水引起的區(qū)域性地面沉降，也有開采油、氣造成的沉降，還有地下工程施工產(chǎn)生的局部性地面沉降。從埋設(shè)在650 m的分層標(biāo)觀測(cè)資料分析，開采第三系孔隙熱水產(chǎn)生的年平均沉降值為48 mm。這說明在650 1700 m深處的地層也存在著壓密固結(jié)問題。4. 含水層顆粒較細(xì)，多為粉細(xì)砂組成，在含水

10、層內(nèi)水的運(yùn)移速度緩慢，大規(guī)模人工回灌的可能性不大 因此，回灌在城市水資源不足的天津來說，只是一個(gè)控沉的輔助措施。（二） 主要措施與效果天津是一個(gè)缺水的沿海城市，在無外來水源情況下，大量壓縮以至定量停止開采地下水，實(shí)際上是不可能的，亦是不可取的，必須找到一個(gè)既能有效的控制地面沉降發(fā)展趨勢(shì)、降低沉降速率，又能適量開發(fā)地下水資源，滿足城市、工業(yè)和農(nóng)業(yè)需求的有效措施。經(jīng)多年勘察試驗(yàn)與研究，摸索出適合天津市資源開發(fā)特點(diǎn)的控制地面沉降措施，取得很好效果。國內(nèi)外城市控沉工作的主要技術(shù)措施大同小異，天津在這方面主要采取了如下措施：1.逐步建立和完善沉降監(jiān)測(cè)設(shè)施控沉工作離不開水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地面變形監(jiān)測(cè)工作

11、，否則就如盲人騎瞎馬，不可能準(zhǔn)確確定控沉對(duì)策。為此，天津市前后設(shè)置了9組分層標(biāo)，其中最深分層標(biāo)為650 m，設(shè)置了424個(gè)不同含水組的水位觀測(cè)點(diǎn)和903個(gè)開采量統(tǒng)測(cè)點(diǎn) 一等水準(zhǔn)測(cè)量由17個(gè)環(huán)狀測(cè)線構(gòu)成，它以寶坻基巖標(biāo)為原點(diǎn)。該基巖標(biāo)建于1 968年，標(biāo)底座落在160 m深處的中上元古界基巖之上，是國家測(cè)繪總局正式認(rèn)可的天津市高程起算基準(zhǔn) 1 989年建成李七莊基巖標(biāo)，標(biāo)底座落在1080 m深處的寒武系白云巖之上 這是當(dāng)今世界最深的水準(zhǔn)基點(diǎn)。12年來，累計(jì)施測(cè)一、二、三等水準(zhǔn)測(cè)量381×10 km，相當(dāng)于圍繞地球一周的長度，監(jiān)控面積達(dá)1 635 km【7】。2.開拓替代井水水源，推廣節(jié)

12、水技術(shù)12年來，為了增加地表蓄水能力，減少農(nóng)業(yè)對(duì)地下水的依裁，共修建39處小型蓄水工程，對(duì)46條河道進(jìn)行清淤，整修干、支渠等工程，增加蓄水能力227×10 立方米。 查明西龍虎峪和岳龍地下水新水源地，年可采量8000多萬立方米。此外，天津在城市污水資源化、海水直接利用及淺層微咸水農(nóng)田灌溉等探索性試驗(yàn)，也都邁出了可喜的一步進(jìn)一步加強(qiáng)計(jì)劃用水、節(jié)約用水的管理。根據(jù)控沉措施分期計(jì)劃，確定各單位的地下水開采指標(biāo)，實(shí)行日指標(biāo)月考核制度。推廣先進(jìn)節(jié)水器具，一水多用循環(huán)用水技術(shù)等方面取得了顯著成績。萬元產(chǎn)值取水量是考核節(jié)水成果的綜合指標(biāo)，每萬元產(chǎn)值取水量由1985年的1 607立方米。降至1996

13、年的50 立方米 ，減少三分之二多。天津市先后3次被評(píng)為全國節(jié)水先進(jìn)城市。1 2年來，為推動(dòng)農(nóng)田節(jié)水工作修建各類防滲渠和管道4 6 0o多km，年可節(jié)水7400×10。，噴灌、滴灌面積擴(kuò)大到1365×10 畝。3.逐步調(diào)整地下水開采布局，控制地下水開采量為調(diào)整不合理開采地下水的層位和超量采水，根據(jù)分期實(shí)施的控沉計(jì)劃，市區(qū)停井637眼，塘潔停井1 75眼 與此同時(shí)在這兩個(gè)地區(qū)調(diào)整了供水管網(wǎng)1 56 km，以保證各企業(yè)水源轉(zhuǎn)換工程的順利實(shí)現(xiàn)。其結(jié)果，市區(qū)的地下水開采強(qiáng)度由1985年的2 21×104m a·km降至1996年79×10m。a

14、3;km ，各含水組的水位普遍回升，其中第2和第3含水組的水位上升幅度最大，分別為239 m和357 m (如圖3) 控制采水、輔以回灌，也是一項(xiàng)技術(shù)措施。冬灌夏用量每年160×10 m。左右【6】。六、地面沉降的控制與防治措施(一)不斷提高全民的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)【8】地面沉降與其他環(huán)境工程地質(zhì)問題一樣，均與人類的工程活動(dòng)有著密切的關(guān)系，在此，首先要不斷加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)宣傳，喚起全民的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)，使防災(zāi)減災(zāi)和環(huán)境保護(hù)成為全民的共識(shí)，是防治和減少各種人為地質(zhì)災(zāi)害的根本措施。(二)嚴(yán)格依法管理地下水資源建立健全保護(hù)地下水資源的管理機(jī)構(gòu)和管理制度，嚴(yán)格依法做到保護(hù)和合理利用地下水資源，防止地面沉

15、降，具體措施有：限制地下水的開采量，盡量以地表水代替地下水源，實(shí)行一水多用，充分綜合利用地下水【9】；開采地表水人工回灌補(bǔ)給地下水。(三)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地面沉降談及新近啟動(dòng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，我們計(jì)劃對(duì)有地面沉降的各城市所有的地面沉降點(diǎn)都進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在這些存在可壓縮地層的地區(qū)內(nèi)，我們主要監(jiān)測(cè)它每年下沉多少，超過一定危險(xiǎn)度要發(fā)出警告【10】?？勘O(jiān)測(cè)站網(wǎng)從平面到立體的整體監(jiān)測(cè)，我們可以搞清楚沉降層的具體位置，以便采取一些措施來預(yù)防。七、結(jié)語社會(huì)要進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，這與對(duì)資源的有限利用以及環(huán)境保護(hù)必然成為一個(gè)矛盾。如何處理好矛盾的雙方，如何通過人們自身的努力，既合理開發(fā)利用地下水資源，保障社會(huì)可

16、持續(xù)發(fā)展，又可以基本控制地面沉降，將至關(guān)重要。嚴(yán)格控制地下水的超量開采，是減少城市地面沉降的有力舉措，必須有專管部門嚴(yán)格把關(guān)。另外也要加強(qiáng)城市地面沉降觀測(cè)網(wǎng)，經(jīng)常加以觀測(cè)，及時(shí)公布觀測(cè)成果鑒定，以便及時(shí)了解城市地面沉降情況。參考文獻(xiàn)：1. 張毅 于雷.2009. 河南：地下水超采至11城市地面沉降.地質(zhì)勘查. 2. 趙靜.2008. 城市地面沉降成因機(jī)制以及對(duì)策的探討.山西建筑. 3. 劉杜鵑2004(4)：123 124中國沿海地區(qū)地面沉降問題思考J中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào).4. 崔振東 唐益群城市地面沉降淺析.防災(zāi)博覽.5. 吳鐵軍 金東錫.1998. 天津地面沉降防治措施及效果. 中國地質(zhì)災(zāi)害與