城市采水導致的地面沉降分析及防治措施

1、城市采水導致的地面沉降分析及防治措施摘要：目前，經(jīng)濟發(fā)展對地下水的需求量的不斷加大，但同時地下水開采導致地面沉降的問題也日益突出。針對我國城市地區(qū)地面沉降的現(xiàn)狀，本文主要探討我國城市地區(qū)地面沉降的成因機制和影響因素以及防治措施。關鍵詞：城市，地下水，地面沉降，成因機制，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，隨著城市建設的飛速發(fā)展，地面沉降對城市建設的影響日益顯著。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，但危害性相當大。它造成鐵路中斷、建筑物開裂、市政設施破壞、海水入侵等，其嚴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)查評價”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個城市中l(wèi)1個城市存在降落漏斗，

4、總面積達l2471 8平方公里1。這l1個城市分別是：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、濟源市。其中開封市地面沉降面積182平方公里 ，19541989年累計最大沉降量242mm；許昌市地面沉降面積77km ，1 989l 996年累計最大沉降量245mm；濮陽市地面沉降面積1OOkm ，19972001年累計最大沉降量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個省(區(qū)、市)共46個城市(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)第四紀沉積層厚度大，固結(jié)程度差，顆粒細，層次多，壓縮性強；地下水含水層多，補給徑流條件差，開采時間長，強度大；城鎮(zhèn)密集，人口多，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達。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。四、地面沉降的影響因素（一） 產(chǎn)生地面沉降的物質(zhì)基礎3地面沉降主要是抽取地下流體引起土層壓縮，厚層松散細粒土層的存在構(gòu)成了地面沉降的物質(zhì)基礎。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、下相對隔水層中孔隙水壓力減小，地層壓縮導致地面發(fā)乍沉降。（二）全球海平面上升氣候變暖導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，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)，在達到完全固結(jié)之前，必然會自然沉降【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)濟建設的前沿陣地，擁有眾多大型工業(yè)企業(yè)，人口眾多，對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)濟和社會生活蓬勃發(fā)展，但長期過量開采地下水所導致的地面沉降有時突然發(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問題天津曾是我國地面

8、沉降最為嚴重城市之一。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個沉降中心。（一） 沉降背景特點與其它城市相比較天津市的沉降背景特點主要有：1. 寶坻斷裂和薊運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測年資料和1930-1953年的歷史水準點資料，天津市由于新構(gòu)造活動和地層壓縮作用產(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，是一個不可忽視的常量。3. 沉降因素復雜，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。從埋設在650 m的分層標觀測資料分析，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，多為粉細砂組成，在含水

10、層內(nèi)水的運移速度緩慢，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，只是一個控沉的輔助措施。（二） 主要措施與效果天津是一個缺水的沿海城市，在無外來水源情況下，大量壓縮以至定量停止開采地下水，實際上是不可能的，亦是不可取的，必須找到一個既能有效的控制地面沉降發(fā)展趨勢、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)多年勘察試驗與研究，摸索出適合天津市資源開發(fā)特點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)測設施控沉工作離不開水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地面變形監(jiān)測工作

11、，否則就如盲人騎瞎馬，不可能準確確定控沉對策。為此，天津市前后設置了9組分層標，其中最深分層標為650 m，設置了424個不同含水組的水位觀測點和903個開采量統(tǒng)測點 一等水準測量由17個環(huán)狀測線構(gòu)成，它以寶坻基巖標為原點。該基巖標建于1 968年，標底座落在160 m深處的中上元古界基巖之上，是國家測繪總局正式認可的天津市高程起算基準 1 989年建成李七莊基巖標，標底座落在1080 m深處的寒武系白云巖之上 這是當今世界最深的水準基點。12年來，累計施測一、二、三等水準測量381×10 km，相當于圍繞地球一周的長度，監(jiān)控面積達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)對地下水的依裁，共修建39處小型蓄水工程，對46條河道進行清淤，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，也都邁出了可喜的一步進一步加強計劃用水、節(jié)約用水的管理。根據(jù)控沉措施分期計劃，確定各單位的地下水開采指標，實行日指標月考核制度。推廣先進節(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，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次被評為全國節(jié)水先進城市。1 2年來，為推動農(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)分期實施的控沉計劃，市區(qū)停井637眼，塘潔停井1 75眼 與此同時在這兩個地區(qū)調(diào)整了供水管網(wǎng)1 56 km，以保證各企業(yè)水源轉(zhuǎn)換工程的順利實現(xiàn)。其結(jié)果，市區(qū)的地下水開采強度由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減災意識【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有著密切的關系，在此，首先要不斷加強環(huán)境保護宣傳，喚起全民的防災減災意識，使防災減災和環(huán)境保護成為全民的共識，是防治和減少各種人為地質(zhì)災害的根本措施。(二)嚴格依法管理地下水資源建立健全保護地下水資源的管理機構(gòu)和管理制度，嚴格依法做到保護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給地下水。(三)預警預報系統(tǒng)實時監(jiān)測地面沉降談及新近啟動的監(jiān)測預警預報系統(tǒng)，我們計劃對有地面沉降的各城市所有的地面沉降點都進行監(jiān)測。在這些存在可壓縮地層的地區(qū)內(nèi)，我們主要監(jiān)測它每年下沉多少，超過一定危險度要發(fā)出警告【10】?？勘O(jiān)測站網(wǎng)從平面到立體的整體監(jiān)測，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防。七、結(jié)語社會要進步，經(jīng)濟要發(fā)展，這與對資源的有限利用以及環(huán)境保護必然成為一個矛盾。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，保障社會可

16、持續(xù)發(fā)展，又可以基本控制地面沉降，將至關重要。嚴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，必須有專管部門嚴格把關。另外也要加強城市地面沉降觀測網(wǎng)，經(jīng)常加以觀測，及時公布觀測成果鑒定，以便及時了解城市地面沉降情況。參考文獻：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制以及對策的探討.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)災害與防治學報.4. 崔振東 唐益群城市地面沉降淺析.防災博覽.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)災害與