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1、7.4 地面沉降,地面沉降系指在自然因素和人为因素影响下形成的地表垂直下沉现象。 由于工农业生产的发展、人口的剧增 以及生产规模的扩大，大量抽取地下水引起了强烈的地面沉降，特别是在大型沉积盆地和沿海平原地区，地面沉降灾害更加严重。石油、天然气的开采也可造成大规模的地面沉降灾害。,1. 地面沉降基本发育分布情况 全国有沪、津、苏、浙、陕等16个省（区、市）的46个市县（地段）出现了地面沉降问题，总沉降面积达4.87万km2。 我国地面沉降主要分布在一下几类地区： a. 长江下游三角洲平原区，如上海、苏锡常地区； b. 河北平原，如沧州等地； c. 环渤海地区，如天津等地； d. 东南沿海平原，如
2、宁波、嘉兴、湛江； e. 河谷平原和山间盆地，如西安，太原。,沉降区域面积和沉降中心最大累计沉降，天津、上海、苏锡常、沧州、西安、阜阳、太原等市较为严重 (最大累计沉降都在1米以上)。 其中天津在沉降面积、最大累计沉降和年沉降速率几方面都最为严重。,(1) 上海市 1921年发现地面沉降，到1991年，市区平均累计沉降1.83 m，最大累计沉降2.67m，影响范围400km2 。 1965年之前为地面沉降剧烈发展期。采取限制开采及回灌措施之后，19661987年，累计沉降36.7mm。,(2) 苏锡常地区 始于60年代后期； 7080年代早期仅在苏锡常三中心城市出现沉降，沉降速率为3238mm
3、/a； 80年代中期至1994年，沉降加速，特别是城市外围地区发展较快，形成区域性地面沉降，沉降速率达3090mm/a； 1995年以后沉降速率减少到2030mm/a；目前，三市沉降中心沉降量都超过1m。,苏锡常地区地面沉降一览表,(3) 天津市 1959至今，最大累计沉降为2.5m多；累计沉降量超过100mm者面积达800km2 。 1980年至1990年，天津市区沉降量大于1.0m面积237km2 ，大于2.0m面积37 km2。出现负标高的面积有5km2。 自1980年采取控沉措施以来，市区沉降速率有明显降低，目前已控制在20mm/a以下。 但是郊区，特别是塘沽、 汉沽的沉降现象仍在发展
4、，其沉降量已比市区大，致使市区地下水向郊区流动。 在汉沽的20km2面积内地面标高接近平均海平面，致使沿海地带历遭风暴潮侵袭，码头上水，仓库被淹，河堤防洪能力降低，市区地下管道系统遭受破坏等危害。,(4) 北京市 主要发生在东北郊，70年代至90年代最大累计沉降0.59 m，沉降超过100 mm总面积超过600 km2 。,(5) 西安市 1959年发现地面沉降，70年代开始加剧。1972年1983年，最大累计沉降777 mm，沉降超过100mm范围200 km2。,(6) 台湾 西南沿海地面沉降最大达3.1 m(1986年),日本东京：5080年代累计沉降3.1 m，其中1986年一年中最大
5、沉降239 mm。,墨西哥城：最大地面沉降7 m。 曼谷：下沉25 mm/a，最大100 mm/a。 曼谷城平均高于海平面仅11.5 m。,美国一油田：到1974年下沉9 m，数百口油井被毁。,2.地面沉降的原因,首先从地质、水文地质条件来看，疏松的多层含水体系；其中承压含水层的水量丰富，适于长期开采；开采层的影响范围内，特别是它的顶、底板，有厚层的正常固结甚或欠固结的可压缩性粘性土层等，对于地面沉降的产生是特别有利。（滨海平原、三角洲平原具有这样的条件。） 长期过量开采地下水 (承压水)是地面沉降的主要原因 。 部分其他成因，如地壳运动(西安)，石油开采等，但同时都伴有的地下水的过量开采。,
6、其次， 人类活动因素：是诱发高速率地面沉降的重要因素。危害性大。 （1）持续超量抽取地下水； （2）开采石油； （3）开采水溶性气体； （4）大面积农田灌溉； （5）高荷载建筑群； （6）地面振动荷载等。,城市建筑物也可能引起地面沉降，若有流沙性质的饱水沙层或具有流变特性的饱和淤泥质软土，在开挖深度和面积较大的基坑时，则有可能造成支护结构失稳，从而导致基坑周围地区地面沉降。而规模较大的隧道、涵洞的开挖有时具有更显著的沉降效应。降排水常作为基坑等开挖工程的配套工程措施，旨在预先疏干作业面渗水，其机理与抽取地下水引发的地面沉降一致。沉降主要集中于浅部工程活动相对频繁和集中的地层中。,承压含水层组，
7、由含水层(砂砾石层)和隔水层(粘土层)组成。 砂砾石层，孔隙率n=2540； 粘土层，孔隙率n=3550,砂砾石含水层水头的降低，导致临近饱和粘性土隔水层向含水层排水，隔水层被压缩。原本漫长的自然固结过程被人为地大大加快了。,3. 地面沉降灾害,(1) 沿海地区沉降使地面低于海面，受海水侵袭； (2) 一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施的能力; (3) 桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通。 (4) 在一些地面沉降强烈的地区，伴随地面垂直沉陷而发生的较大水平位移，往往会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害; (5) 在地面沉降区还有一些较为常见的现象，如深井管上升、井台破坏
8、，高楼脱空，桥墩的不均匀下沉等，这些现象虽然不致于造成大的危害，但也会给市政建设的各方面带来一定影响。,天津市地面沉降,地面沉降使桥下净空减少，严重影响河道通航能力。,上海外滩百年巨变，外滩防汛墙不断加高的过程从侧面反映了市区地面沉降的演化历史！,4. 防治地面沉降的原则和方法,控制地下水开采和地下水人工回灌 从1966年起，上海开始限采地下水，向地层回灌自来水，“冬灌夏用”、“夏灌冬用”，以地下含水层储能及开采深部含水层等众多措施把上海地面沉降稳住，1966年至1971年还出现了回弹3毫米。上海市过去地下水取水点多如牛毛，现在已经压缩到800个左右。地下水年开采量从过去的2亿立方米，下降至2
9、002 年的9635 万立方米。 上海采取控制地下水开采和地下水人工回灌两大措施，使上海地面沉降从历史最高的年沉降量110毫米，下降至目前的年沉降量10毫米左右。,主要技术：建立健全地面沉降检测网络，加强地下水动态和地面沉降监测工作；开辟新的替代水源、推广节水技术；合理规划地下水开采布局，控制地下水开采量；对地下水开采层位进行人工回灌；实行地下水开采总量控制、计划开采和目标管理。 除上述措施外，还应查清地下水地质构造，对高层建筑物的地基进行防沉降处理。在已发生区域性地面沉降的地区，为了减轻海水倒灌和洪涝等灾害损失，还应采取加高加固防洪堤、防潮堤以及疏导河道，兴建防涝工程等措施。 地面沉降监测和发展趋势预测非常重要，目前监测方面主要由大地水准测量、地下水动态监测、地表及建筑物破坏现象监测。,
