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1、地面沉降是怎么造成的？ 半个多世纪以前，国外就发现，由于抽汲地下水引起了地面沉降。1922年，日本东京的江东地区在高潮位时，大范围陆地被海水淹没，由此引起了注意，测量结果发现该地区存在着地面沉降问题。据统计，墨西哥首都墨西哥城自18981956年中，地面沉降了57m。泰国曼谷、日本东京、大皈都是世界上地面沉降严重的地区。我国最早发现地面沉降的是上海市，这里有厚约300m的海际交互相第四纪沉积物。主要采水层为顶界70m左右的砂层，由地面到主要采水层之间为淤泥质亚粘土与粗砂互层。19221938年上海地面平均下沉26mm，至1965年沉降中心地面最大沉降值达2.37m。此外，天津、宁波、常州、西安
2、、台北及沧州等城市均已发现地面沉降。地面沉降，造成地下管道扭曲折断，道路起伏不平，码头被淹，海水倒灌，建筑物因不均匀下沉产生裂缝甚至倒塌，给工业生产、城市建设和人们生活带来极大危害，已成为城市的一大公害。据统计，从1961年到1970年的10年中，东京江东三角洲约47k面积内，为了克服地面沉降造成的危害，筑堤防潮，整修港湾河道及下水道，修缮民房等，共计花费了820亿日元。以同期该地区抽取的地下水总量为3.6亿t计算，则为消除不良后果每抽取1t地下水所支付的费用高达23 0日元。在日本，正常情况下开采1t地下水所需费用仅为l5日元。开始发现地面沉降时，对其原因的揣测众说纷法。后来发现，地面沉降的
3、中心往往与水位开采中心一致，而且地面沉降又与地下水开采时间同步。如日本东京第二次世界大战前发现地面沉降，战争期间开采地下水数量大幅度减少，地面沉降基本停止，战后开采水量增加，沉降则又发展。由此认识到，大量开发地下水引起地层压密是地面沉降的原因，其中粘性土层压密是地面沉降的主要原因。 开采孔隙承压水为什么会引起地面沉降呢？长期大量的实际观测和研究发现，在抽取含水砂层中的地下水时，随着水位下降与上升，并附近地面的高程显示同步地微量下降与上升。因此认为，开采含水层水位下降后，由于砂层压密而造成地面沉降，水位恢复后砂层回弹，沉降消除；砂层释水压密为弹性变形；所引起的地面沉降为暂时性的地面沉降。 对于粘
4、性土的释水压密问题，尽管有效应力原理同样适用于粘性土层，但是却比砂层复杂得多。首先，含水层抽水时，相邻粘性土层的释水压密程度由抽水层近侧向远侧变小。其次，这种释水压密是由近抽水层一侧向远侧逐步发生的。第三，由于粘性土颗粒间有较强连接力，形成的结构孔隙会因压密变形，应力去除后，变形不能恢复。故含水层抽水时，粘性土层发生塑性释水压密，水位恢复后，土层不回弹，所引起的地面沉降是永久性的，不可消除的。 为了控制地面沉降，上海市在1965年以后通过钻孔进行人工补给，抬高含水层水位，结果地面大体上不再下沉，并略有回弹，但原先发生沉降的地面基本上未能回弹复原。此外，尽量使用地表水，减少使用地下水，多植树造林
5、，以便涵养水源，补充地下水等，也能起到防止地面沉降的作用。 从水量角度看，采水时含水砂层与粘性土层所释出的水量均属储存资源。但是，在水位回升恢复时，含水砂层能够回弹储水，弹性释水量也随之得到补偿，而粘性土层基本上不能回弹储水；粘性土层一旦释水，便永远不能得到补偿。由此可知，被开采的孔隙承压含水系统水位复原时，并不意味着储存水量的复原。常州市地面沉降问题初探张蓉常州市水利局，常州，213001摘要：本文围绕常州市因地下水过量开采引发地面沉降等地质灾害问题，通过分析沉降状况、成因及其造成的危害，提出了治理地面沉降的措施建议，为行政管理部门防治地面沉降等地质灾害提供一些新的思路。关键词：常州地面沉降
6、防治一、常州市地面沉降状况常州市自然地理条件优越，国民经济繁荣，开发利用地下水有着悠久的历史，民井遍及各个村镇。改革开放以后，苏南乡镇企业遍地开花，城乡经济迅猛发展，创造了巨大的经济效益，同时也给环境带来了负面影响，地表水污染加重，河道水质普遍下降，以地表水入渗作为主要补给来源的潜水也遭受污染，生产生活用水逐渐转为以开采承压水为主。而市区主要开采深部孔隙第承压水。到二十世纪八十年代初期，开采量已达到一定规模。由于缺乏合理的规划及配置，开采井的布局不合理，再加上深层地下水具有“三集中”（开采地段集中、开采层位集中、开采时间集中）的开采特征，因而在长达20年的时间里，我市绝大部分开采区出现严重过量
7、开采的情况，产生了地下水位急剧下降、水质恶化等问题，从而引发了地面沉降，并开始呈现出明显的地质灾害。统计资料表明，历史上常州市深井密度最高达22眼/平方公里，深层水的开采强度最大达5500立方米/（日平方公里）。常州市与周边地区地下水开采形成的较大范围的地下水降落漏斗，漏斗中心水位埋深最深时达到80米以上。我市地面沉降主要发生在最近30年，19791983年市区平均沉降量为6070毫米/年，最大沉降量达147毫米/年，短短4年间最大累计沉降量为558毫米，市区出现30多处井管上升，井台倾斜、开裂现象。再如监测点徐窑19831998年15年间累计沉降914毫米，监测点电话机厂19891998年9
8、年间累计沉降587毫米。沉降发展至今已形成与武进、锡山、江阴等地区相连的区域性地面沉降漏斗，并形成了多个沉降中心，部分地区相应出现地面塌陷、地裂缝等地质灾害，给人民生产生活造成了巨大损失。我市累计地面沉降超过600毫米的地区达399平方公里，市区的最大累计沉降量达1.10米，个别地区沉降量达1.5米，现仍以每年6-10毫米的速度下沉，给我市的国民经济和社会发展带来不利影响。二、地面沉降的特征、成因和机理常州市位于苏南中部长江三角平原及太湖冲积湖积平原区。广阔平原地区为第四系湖相、河流冲积相等成因类型为主的沉积层，厚度一般在120240米。地层构造以砂岩为主，既具有供水能力不大的小而薄的潜水含水
9、层，又存在储量丰富的、具有较大供水能力的深层承压含水层。在常州这种特定的水文地质条件下，地面沉降是一种连续的、渐进的、累积式的地质灾害，这种变化通常不被人们所察觉，但当它以房屋开裂、管线折断、洪水淤积等形式暴露出来时，又是常州地区最严重的地质灾害，具有分布范围广、区域性地面沉降漏斗发展迅速，差异性沉降大的特点。在我市特定的地质背景下，对地下水资源的集中超量开采是产生大幅度的、急剧的地面沉降的最主要因素。而承压含水层地下水资源由于其补给周期长，是一种难以快速再生的资源。长期以来，开采量超过补给量，造成消耗性开采，动用储存资源，从而使区域水位不断持续下降，破坏了原有的水、土应力平衡状态。此时，一方
10、面造成孔隙水压力转嫁于含水层骨架，加大了含水层颗粒间的有效应力，使含水砂层本身排水压密，产生弹性变形，局部可能出现程度不同的塑性变形或永久变形，前者在随地下水储量的可能恢复而复原，后者则不能恢复；另一方面，由于承压水头的下降，引起其顶板、底版的低渗透性及饱和粘土中的孔隙水或结合水产生排水或释水效应，使土颗粒间产生相对位置移动或重新排列。由此产生的土体变形在宏观上即表现为地面沉降，并具有不可逆性。含水层本身的压缩是瞬时完成的、弹性的、可恢复的；而粘性土的排水固结过程具有时间上的滞后性，因而导致的地面沉降也具有滞后效应（可理解为惯性过程），是不可恢复的。因此，过量开采地下水引发的危害是长期的、难以
11、逆转的，已发生的地面沉降还将持续一段时间。根据我市的地层构造特点，有专家预测，即使做到地下水全面禁采，我市的地面沉降也大约要到2020年才能完全停止。但通过采取禁采和人工回灌地下水等措施，使地下水的补给量超过开采量，可控制地面下沉现象，减缓沉降速率。城市单位面积建筑容量的增加、高层建筑过于密集是地面沉降的又一诱发因素，这在上海、北京等特大城市尤为明显。有监测研究表明，目前上海地面沉降的原因，70%归因于地下水过量开采，30%来自高层建筑和市政重大项目建设的影响。由于大规模的地表和地下工程建设，增加了地基的荷载，使得地面产生工程性沉降，且该沉降量与建筑规模的扩大呈正相关。建筑规模增速越快，沉降越
12、大；集中建设较分散建设地面沉降量大；新建的建筑较之原有建筑改建具有更为明显的沉降效应。这说明了为什么在1990年浦东新区大规模开发以来，上海地面下沉有加速且范围逐渐扩大的现象，同时也提出了单位面积建筑容积率问题。建筑容积率在一定程度上反映了地面沉降的变化趋势。对于同一地区而言，建筑容积率增加，沉降也随之加大。建筑物密度高，地面沉降量也大。由此，这一涉及城市建设规划的问题对地面沉降的防治工作提出了更为严峻的挑战。三、地面沉降的危害一是降低防洪排涝能力，加重洪涝灾情。一些地方区域性水系被打乱，河床抬高，桥墩下沉，汛期河水上岸使道路积水，排水行洪不畅，原有水利工程失效，堤岸一再加高。如武进前黄镇在1
13、991年大水时受灾较轻，而因地面沉降的加速，在1999年洪涝期间，全镇淹水，最深的地方达1米以上，时间长达一个月，全镇人民的生产、生活和财产遭到不同程度的破坏；二是影响城乡建设环境，桥梁净空的减少直接影响航运，城市地下管道折断，对沪宁铁路、高速公路等重要基础设施构成直接或潜在威胁；三是恶化农业生态环境，增加低洼地，农业渍害加重；四是不均匀沉降造成建筑物变形或毁损，房屋墙体开裂甚至倒塌。如武进横林镇成片农房严重毁坏，仅政府用于农民搬迁的经费就超过100万元，九十年代末期横林地裂缝所造成的直接经济损失在2000万元以上，间接经济损失达2亿元。地面沉降是一种缓慢的地质变化，它最终的影响是造成国家测量
14、标志失真、导致生态环境恶化。因此，我市全面实施控制开采地下水，既是缓解地面沉降的需要，也是优化投资发展环境，确保水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展，维护广大人民群众切身利益的迫切需要。四、地面沉降的防治措施和建议地面沉降一旦形成一定的规模和产生明显的损坏，以人类现有的科技水平，治理和恢复起来都是极为困难的。目前所能采用的手段，并不能将已经下沉的地面恢复至原貌，更不能将已受损的建筑物恢复如初（除非重建），只能减缓地面沉降速率或中止继续下沉的趋势，减少损失。1、控制地下水开采，从根本上解决地面沉降问题前面所述，特定的地质背景为地质灾害的发生和发展提供了内在因素，而超量开采地下水是导致地面沉降
15、和地裂缝的主要外部诱发因素。因此，在不可能改变地质背景的前提下，减缓和控制地面沉降，必须限制地下水开采量，消除地质灾害的人为因素。（1）禁采深井水，减缓地面沉降速率为解决因地下水过量超采引起地面沉降等地质灾害问题，市政府从1996年开始对地下水实行计划开采，逐年压缩开采量，加强对地下水开采的管理和控制。特别是2000年8月26日省人大常委会关于在苏锡常地区限期禁止开采地下水的决定通过后，我市大力开展地下水封井禁采工作，按计划逐年填封深井，削减地下水允许开采计划，三年来累计填封深井872眼，压缩地下水开采量5000万立方米，加上二十世纪九十年代的压缩开采量，我市共压缩开采地下水约9000万立方米
16、。通过切实有效的压采和禁采措施，有效地促进了常州市地下水资源的采补平衡，地下水位大范围回升，地面沉降等地质灾害的发生和发展初步得到控制。地面沉降速度从过去的年平均沉降量40多毫米降至不到10毫米。据常州市水文局监测数据，常州市城区2003年9个监测点平均地面沉降量8.0毫米，比2000年减少8.0毫米，监测点常州纺工学校2003年的年沉降量比2000年减少了14毫米，降幅达到53%，地面沉降速率明显趋缓。（2）压采浅井水，加强浅层地下水管理长期以来，由于浅层地下水开采点多、开采规模不大、开采方法简便和管理部门重视程度不够等原因，加上浅井水开采具有面广、隐蔽性强、管理难度大的特点，造成了对浅层地下水的
