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1、城市采水导致的地面沉降分析及防治措施摘要：目前，经济发展对地下水的需求量的不断加大，但同时地下水开采导致地面沉降的问题也日益突出。针对我国城市地区地面沉降的现状，本文主要探讨我国城市地区地面沉降的成因机制和影响因素以及防治措施。关键词：城市，地下水，地面沉降，成因机制，影响因素，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 Chinas 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, groundw
3、ater, ground subsidence, formation mechanism, influencing factors, prevention and control measures 近年来，随着城市建设的飞速发展，地面沉降对城市建设的影响日益显著。它分布广，最集中于城市范围内，其变化过程一般不易被人察觉，但危害性相当大。它造成铁路中断、建筑物开裂、市政设施破坏、海水入侵等，其严重后果已引起了人们的高度重视。一、引言近日，“河南省主要城市环境地质调查评价”结果显示，河南省多数城市地下水资源短缺，地下水开发利用引发了一系列地质环境问题，14个城市中l1个城市存在降落漏斗，总面积达l
4、2471 8平方公里1。这l1个城市分别是：郑州市、开封市、洛阳市、焦作市、平顶山市、新乡市、许昌市、鹤壁市、濮阳市、三门峡市、济源市。其中开封市地面沉降面积182平方公里 ，19541989年累计最大沉降量242mm；许昌市地面沉降面积77km ，1 989l 996年累计最大沉降量245mm；濮阳市地面沉降面积1OOkm ，19972001年累计最大沉降量41mm。二、城市地区地面沉降现状我国地面沉降研究是从20世纪60年代研究上海地面沉降开始的。1964年提出过量开采地下水是引起上海市地面沉降的主要原因。9O年代，根据上海市地面沉降中出现的局部不均匀下沉问题，认为大型建筑、深基坑、地铁等
5、工程引起的局部不均匀沉降现象在微量的区域性沉降中所占比重不容忽视2 。目前，我国已有上海、天津、广东、江苏、浙江、陕西等16个省(区、市)共46个城市(地段)、县城出现了地面沉降问题。我国城市地面沉降主要发生在大河三角洲及沿海平原区。这些地区第四纪沉积层厚度大，固结程度差，颗粒细，层次多，压缩性强；地下水含水层多，补给径流条件差，开采时间长，强度大；城镇密集，人口多，工农业生产发达。地面沉降首先在城市地下水开采中心形成沉降漏斗，继而向外围扩展，形成以城镇为中心的大面积沉降区。三、地面沉降的机理地面沉降的主要原因是由于长期超量开采地下水，使得承压含水层水头降低，上部高压缩软土层中孔隙水压力下降，
6、土体内有效应力增加，从而产生压密固结作用。是水和土相互作用的、内部应力发生变化的外在表现。它与土的变形特性和水的渗流情况密切相关。四、地面沉降的影响因素（一） 产生地面沉降的物质基础3地面沉降主要是抽取地下流体引起土层压缩，厚层松散细粒土层的存在构成了地面沉降的物质基础。易于发生地面沉降的地质结构为砂层、黏土层的松散土层结构。随着抽取地下水，承压水位降低，含水层本身及其上、下相对隔水层中孔隙水压力减小，地层压缩导致地面发乍沉降。（二）全球海平面上升气候变暖导致的全球海平面上升使沿海地区地面沉降问题更加突出，而中国沿海城市地区大都面临着海平面上升问题。由于海平面上升仅是毫米级，因此这一因素的影响
7、是次要的。（三）软土地基自然沉降的影响我国沿海城市地区大多沉积有巨厚的第四纪松散沉积物。这些沉积物含水量高、粘粒含量高、固结程度差，大多未固结，在达到完全固结之前，必然会自然沉降【4】。（四）过量抽取地下流体长期过量抽取地下流体如地下淡水、石油、天然气等是城市地区地面沉降的主要原因。存在突出地面沉降问题的城市主要是上海和天津。它们是我国经济建设的前沿阵地，拥有众多大型工业企业，人口众多，对地下淡水的需求也很大。在过去的几十年中，上海和天津的经济和社会生活蓬勃发展，但长期过量开采地下水所导致的地面沉降有时突然发展到令人瞠目的境地。五、以天津市为例探讨地面沉降中的几点问题天津曾是我国地面沉降最为严
8、重城市之一。多年来，由于过量开采地下流体资源，天津市在宝坻断裂和蓟运河断裂以南约73005多平方千米的广大地区，出现不同程度的地面沉降现象【5】。其中在市区、塘沽、汉洁、大港及海河下游工业区形成了5个沉降中心。（一） 沉降背景特点与其它城市相比较天津市的沉降背景特点主要有：1. 宝坻断裂和蓟运河断裂以南的滨海平原，在地质构造上属新华夏构造体系，其中市区位于沧州隆起的双窑凸起之上，新生界盖层厚度1200m左右。塘沽、汉沽、大港区坐落在黄骅坳陷构造带。这里新生界沉积厚度达数千米。在这些巨厚的沉积物中，可压缩性粘性土层占60%以上。这是产生地面沉降的内在条件。因此必须充分考虑深部粘性土层的滞后压密作
9、用【6】。2. 据全新世海相层的C测年资料和1930-1953年的历史水准点资料，天津市由于新构造活动和地层压缩作用产生的自然沉降量，每年有3mm左右。这是与开采地下流体资源无关的，不可忽视的常量，也是次要的。但在微量沉降条件下，是一个不可忽视的常量。3. 沉降因素复杂，形式多样。既有开采承压地下水、地下热水引起的区域性地面沉降，也有开采油、气造成的沉降，还有地下工程施工产生的局部性地面沉降。从埋设在650 m的分层标观测资料分析，开采第三系孔隙热水产生的年平均沉降值为48 mm。这说明在650 1700 m深处的地层也存在着压密固结问题。4. 含水层颗粒较细，多为粉细砂组成，在含水层内水的运
10、移速度缓慢，大规模人工回灌的可能性不大 因此，回灌在城市水资源不足的天津来说，只是一个控沉的辅助措施。（二） 主要措施与效果天津是一个缺水的沿海城市，在无外来水源情况下，大量压缩以至定量停止开采地下水，实际上是不可能的，亦是不可取的，必须找到一个既能有效的控制地面沉降发展趋势、降低沉降速率，又能适量开发地下水资源，满足城市、工业和农业需求的有效措施。经多年勘察试验与研究，摸索出适合天津市资源开发特点的控制地面沉降措施，取得很好效果。国内外城市控沉工作的主要技术措施大同小异，天津在这方面主要采取了如下措施：1.逐步建立和完善沉降监测设施控沉工作离不开水文地质、工程地质、地面变形监测工作，否则就如
11、盲人骑瞎马，不可能准确确定控沉对策。为此，天津市前后设置了9组分层标，其中最深分层标为650 m，设置了424个不同含水组的水位观测点和903个开采量统测点 一等水准测量由17个环状测线构成，它以宝坻基岩标为原点。该基岩标建于1 968年，标底座落在160 m深处的中上元古界基岩之上，是国家测绘总局正式认可的天津市高程起算基准 1 989年建成李七庄基岩标，标底座落在1080 m深处的寒武系白云岩之上 这是当今世界最深的水准基点。12年来，累计施测一、二、三等水准测量38110 km，相当于围绕地球一周的长度，监控面积达1 635 km【7】。2.开拓替代井水水源，推广节水技术12年来，为了增
12、加地表蓄水能力，减少农业对地下水的依裁，共修建39处小型蓄水工程，对46条河道进行清淤，整修干、支渠等工程，增加蓄水能力22710 立方米。 查明西龙虎峪和岳龙地下水新水源地，年可采量8000多万立方米。此外，天津在城市污水资源化、海水直接利用及浅层微咸水农田灌溉等探索性试验，也都迈出了可喜的一步进一步加强计划用水、节约用水的管理。根据控沉措施分期计划，确定各单位的地下水开采指标，实行日指标月考核制度。推广先进节水器具，一水多用循环用水技术等方面取得了显著成绩。万元产值取水量是考核节水成果的综合指标，每万元产值取水量由1985年的1 607立方米。降至1996年的50 立方米 ，减少三分之二多
13、。天津市先后3次被评为全国节水先进城市。1 2年来，为推动农田节水工作修建各类防渗渠和管道4 6 0o多km，年可节水740010。，喷灌、滴灌面积扩大到136510 亩。3.逐步调整地下水开采布局，控制地下水开采量为调整不合理开采地下水的层位和超量采水，根据分期实施的控沉计划，市区停井637眼，塘洁停井1 75眼 与此同时在这两个地区调整了供水管网1 56 km，以保证各企业水源转换工程的顺利实现。其结果，市区的地下水开采强度由1985年的2 21104m akm降至1996年7910m。akm ，各含水组的水位普遍回升，其中第2和第3含水组的水位上升幅度最大，分别为239 m和357 m
14、(如图3) 控制采水、辅以回灌，也是一项技术措施。冬灌夏用量每年16010 m。左右【6】。六、地面沉降的控制与防治措施(一)不断提高全民的防灾减灾意识【8】地面沉降与其他环境工程地质问题一样，均与人类的工程活动有着密切的关系，在此，首先要不断加强环境保护宣传，唤起全民的防灾减灾意识，使防灾减灾和环境保护成为全民的共识，是防治和减少各种人为地质灾害的根本措施。(二)严格依法管理地下水资源建立健全保护地下水资源的管理机构和管理制度，严格依法做到保护和合理利用地下水资源，防止地面沉降，具体措施有：限制地下水的开采量，尽量以地表水代替地下水源，实行一水多用，充分综合利用地下水【9】；开采地表水人工回
15、灌补给地下水。(三)预警预报系统实时监测地面沉降谈及新近启动的监测预警预报系统，我们计划对有地面沉降的各城市所有的地面沉降点都进行监测。在这些存在可压缩地层的地区内，我们主要监测它每年下沉多少，超过一定危险度要发出警告【10】。靠监测站网从平面到立体的整体监测，我们可以搞清楚沉降层的具体位置，以便采取一些措施来预防。七、结语社会要进步，经济要发展，这与对资源的有限利用以及环境保护必然成为一个矛盾。如何处理好矛盾的双方，如何通过人们自身的努力，既合理开发利用地下水资源，保障社会可持续发展，又可以基本控制地面沉降，将至关重要。严格控制地下水的超量开采，是减少城市地面沉降的有力举措，必须有专管部门严
16、格把关。另外也要加强城市地面沉降观测网，经常加以观测，及时公布观测成果鉴定，以便及时了解城市地面沉降情况。参考文献：1. 张毅 于雷.2009. 河南：地下水超采至11城市地面沉降.地质勘查. 2. 赵静.2008. 城市地面沉降成因机制以及对策的探讨.山西建筑. 3. 刘杜鹃2004(4)：123 124中国沿海地区地面沉降问题思考J中国地质灾害与防治学报.4. 崔振东 唐益群城市地面沉降浅析.防灾博览.5. 吴铁军 金东锡.1998. 天津地面沉降防治措施及效果. 中国地质灾害与防治学报6王若柏.2008. 城市地面沉降的灾害链特征以天津市为例.气象与减灾研究.7. 吴跃梓 丁自林.岩溶地区桩基施工技术浅析J桩基研究与地基基础. 8. 邹超.20
