地面沉降

人类活动对地面沉降的影响

当中国的城市正竭力向上发展，农村正拼命追求高产的时候，却没想到脚下的土地，已不堪重负，正悄无声息地下降。

千年古城西安在不知不觉中变“矮”，大雁塔可能成为“比萨斜塔”；天津塘沽地区九十年代海拔高度降低了3米，海河出现海水倒灌；北京有五个地区出现较大的地面塌陷，最严重的地方地表还在以每年20至30毫米的速度下沉；上海的地面以平均每年10毫米的速度下沉，有专家惊呼：再下沉2米，上海将陷于一片汪洋之中。

这一系列的现象均是由地面沉降所引起，同时与人类工程活动息息相关。

一、地面沉降的概念

地面沉降，又被称为地面下沉、地陷。它是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散、地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动。

二、我国地面沉降的重灾区

“目前，中国在19个省份中超过50个城市发生了不同程度的地面沉降，累计沉降量超过200毫米的总面积超过7.9万平方公里。”2011年12月，国土资源部地质环境司副司长陶庆法表示，“地面沉降的重灾区主要是华北平原、长江三角洲地区和汾渭盆地这三个区域。”

所谓重灾区，是以累积地面沉降量超过200毫米的面积达到一定程度来判断的。据相关报道，选取200毫米作为临界点，是因为地面沉降量达到200毫米将对地质环境产生很大影响。

中国地质调查局公布的《华北平原地面沉降调查与监测综合研究》及《中国地下水资源与环境调查》显示：华北平原不同区域的沉降中心有连成一片的趋势。在累计地面沉降量超过200毫米的7.9万平方千米地区中，华北平原占比最大，达到6.2万平方千米。其中天津和沧州地区的地面沉降中心最大累计沉降量超过2500毫米，此外，在沧州、衡水和保定等地区不同程度地发生地裂缝。长江三角洲地区最近30多年累计沉降超过200毫米的面积近1万平方公里，占区域总面积的1/3。其中，上海中心城区和江苏无锡等沉降中心的最大累计沉降量超过2500毫米，上海市、江苏省的苏锡常三市开始出现地裂缝等地质灾害。地面沉降的第三大重灾区汾渭盆地，其地面沉降量累计大于200毫米的沉降面积达7000平方千米，同时出现大量地裂缝。公开资料显示，西安是汾渭盆地遭受地裂缝最严重的城市，地面沉降超过1米的面积已经有42.5平方千米，而全城出现的14条地裂缝，最长的长达十几千米。

地面沉降的一个很大的危害就是出现地裂缝。地面沉降比较均匀时，其破坏性显得不那么突然，而不均匀时，就容易出现地裂缝。一位地质专家指出，在地裂缝可能的危害范围内，不宜建设重要工程设施；已建工程设施无法避开时，则应采取必要的防治措施，以保障工程设施的安全和正常使用。

三、地面沉降的主要原因(结合一段典型材料分析)

1 自然因素

（1）新构造运动以及地震、火山活动引起的地面沉降；

（2）海平面上升导致地面的相对下降（沿海）；

（3）土层的天然固结（次固结土在自重压密下的固结作用）。

自然因素所形成的地面沉降范围大，速率小。自然因素主要是构造升降运动以及地震、火山活动等。一般情况下，把自然因素引起的地面沉降归属于地壳形变或构造运动的范畴，作为一种自然动力现象加以研究。

2 人为因素

（1）抽水沉降：由于过量抽汲地下水（或油、气）引起水位（或油、气压）下降，造成的大面积地面下沉现象；是地面沉降现象中发育最普通、危害性最严重的一类。(应该结合我国最大的地下水漏斗区河北省南部地区分析也可以只结合沧州来说)

（2）采空沉降：大面积地面堆载引起的地面沉降。因地下大面积采空引起顶板岩（土）体下沉而造成的地面沉降现象。(可以结合山西矿区地下大规模采煤现象分析)

（3）其他原因：建筑物高达稠密,大范围密集建筑群天然地基或桩基持力层大面积整体性沉降——工程性地面沉降。(可以举例上海市区)

人为因素引起的地面沉降一般范围较小，但速率和幅度比较大。人为因素主要是开采地下水和油气资源以及局部性增加荷载。将人为因素引起的地面沉降归属于地质灾害现象进行研究和防治。

四、地面沉降的的危害

地面沉降是一种累进性的地质灾害，会给滨海平原防洪排涝、土地利用、城市规划建设、航运交通等造成严重危害，其破坏和影响是多方面的。其中主要危害表现为：地表标高损失，继而造成雨季地表积水，放泄洪能力下降；沿海城市低地面积扩大、海堤高度下降而引起海水倒灌；海港建筑物破坏，装卸能力降低；地面运输线和地下管线扭曲断裂；城市建筑物基础下沉脱空开裂；桥梁净空减小影响通航；农村低洼地区洪涝积水使农作物减产等。1滨海城市海水侵袭

世界上有许多沿海城市，如日本的东京市、大阪市和新玛市，美国的长滩市，中国的上海市、天津市、台北市等，由于地面沉降使部分地区地面标高降低，甚至低于海平面。这些城市经常遭受海水的侵袭，严重危害当地的生产和生活。为了防止海潮的威胁，不得不投入巨资加高地面或修筑防洪墙或互堤岸。

如中国上海市的黄浦江和苏州河沿岸，由于地面下沉，海水经常倒灌，影响沿江交通，威胁码头仓库。1956年修筑防洪墙，1959~1970年间加高5次，投资超过4亿元，每年维修费也高达20万元。为了排除积水，不得不改建地下水道和建立排水泵站。

1985年8月2日和19日，天津市沿海海水潮位达5.5m，海堤多处决口，新港、大沽一带被海水淹没，直接经济损失达12亿元。1992年9月1日，特大风暴再次袭击天津，潮位达5.93m，有近100km海堤浸水，40余处溃决，直接损失达3亿元。虽然以上风暴潮水是气象方面的因素引起的，但地面沉降损失近3m的地面标高也是引起海水倒灌的重要原因。

地面沉降也使内陆平原城市或地区遭受洪水灾害的频次增多、危害程度加重。可以说，低洼地区洪涝灾害是地面沉降的主要致灾特征。无可否认，江汉盆地沉降、洞庭湖盆地沉降和辽河盆地沉降加重了1998年中国的大洪灾。

2港口设施失效

地面下沉使码头失去效用，港口货物装卸能力下降。美国的长滩市，因地面下沉而使港口码头报废，我国上海市海轮停靠的码头，原标高5.2m，至1964年已降至3.0m，高潮时江水涌上地面，货物装卸被迫停顿，影响经济。

3 桥墩下沉，影响交通和航运

桥墩随地面沉降而下沉，使桥下净空减小，导致水上交通受阻。上海市的苏州河，原来每天可通过大小船只2000条，航运量达100~120X104t。由于地面沉降，桥下净空减少，大船无法通航，只能中小船只通航，航运收到影响。

4 地基不均匀下沉，建筑物开裂倒塌

地面沉降往往使地面和地下建筑遭受巨大的破坏，如建筑物墙壁开裂或倒塌、高楼脱空、深井井管上升、井台破坏、桥墩不均与下沉，自来水管跨裂漏水等。美国内达州的拉斯维加斯市，因地面沉降加剧，建筑物损坏数目剧增；我国江阴市河塘地面塌陷，出现达150m 以上的沉降带，造成房尾墙壁开裂、楼板松动、横梁倾斜、地面凹凸不平，约5800m2成为危房，部分居民已被迫搬迁。地面沉降强烈的地区，伴生的水平位移所造成的巨大剪切力，使路面变形、铁轨扭曲、桥墩移动、墙壁错断倒塌、高楼支柱和桁架弯曲断裂、油井及其他管道破坏。

五、应对措施

1 减少地下水开采量：这是已被我国很多城市的实践所证明了的有效措施。如上海市颁发了《上海市深井暂行管理办法》，明确地规定了各类水井的管理办法，严格的控制了市区的地下水开采量，效果很好。从50年代每天开采30余万立方米，减少到80年代每天开采4万立方米，使地下水位得到回升，地面沉降量由每年22毫米减少到5毫米。这样，地面沉降基本上得到控制。天津市也如此：一方面节约用水；另一方面，逐步减少对地下水的过量开采，使地面沉降得到控制。如1986—1987年累计关停地下水井601眼，并严格控制审批增打新井，大大减少了地下水开采量。经测量证实，市区和塘沽区平原沉降量分别从1986年的62毫米和54毫米减少到43毫米和46毫米。

2 调整开采层次：这对减轻地面沉降起了缓和作用，是一种辅助

性措施。

3 人工回灌地下含水层：实际上是用人工的灌水方法补充地下水量，以提高地下水位，达到缓和沉降速率的效果。

4 利用地下水的采、灌数学模型，合理地开发利用的下水：通过这样的采灌模型，既合理地开发利用了地下水，又达到了基本上控制地面沉降的目的。上海市已做了尝试，并有了显著成效。

5 改变土地使用类型：为了防止地面沉降，将土地使用由农业用地行向城市用地型转变，以降低需水强度，防止地下水位的进一步下降。佛罗里达州的泥沼区使用这种方法可以防止有机土的进一步分解，减缓有机质氧化的速度，使地面发生沉降的速度降低，地基更加稳定。

6 政府所采取措施：2012年2月20日，中国首部地面沉降防治规划获得国务院批复，此举意味着全国范围内的地面沉降防治已经提上议程。此规划由国土资源部、水利部会同国家发改委、财政部等十部委联合编制。

综上所述，地面已成为21世纪城市建设面临的一个重大问题，也是我国的主要地质灾害。下面一上海市为例做具体分析。

上海市是最早认识到地面沉降危害并采取有效措施控制地面沉降的城市。从20世纪60年代初期开始，上海市区积极开展地面沉降动态监测与研究，采取地下回灌、限制地下水开采等有效措施，最大限度地控制地面沉降，已取得显著成效，控制前（1921~1964年）年均沉降量高达37.93mm，控制后（1965~2000年）年均沉降量锐减至6.19mm。

1 主要控制措施及其作用

上海市控制地面沉降灾害的措施主要包括直接控制地面沉降的工程措施以及相关的

政策措施、科研活动，具体包括地下水回灌、限制地下水开采、调整地下水开采层次、制定年度地下水采灌方案、地面沉降动态监测与研究等。

（1）地下水人工回灌。地下水人工回灌是直接向含水层灌入自来水，使地下水位太高，从而达到控制地面沉降的目的。回灌方式以“冬灌夏用”为主、“夏灌冬用”为辅。上海市区从1965年冬季开始，到2000年累计回灌地下水量约6X108m3，平均每年回灌量约2X107m3。

地下水人工回灌的控沉效果极为明显。1966年中心区域地面开始明显回弹，年回弹量达6.3mm，1967~1990年间，碎回灌量增加，市区年沉降量基本稳定在0~5mm之间。1990年以后，在市区回灌量没有明显增加的情况下，由于郊区、郊县地下水开采量大幅度增加，地下水位出现下降趋势，地面沉降也相应有所增大。但是中心城区回灌量仍然大于开采量，其地面沉降量并未大幅度增加。因此，1990年后地下水人工回灌对中心城区地面沉降的缓解起着重要作用。

（2）限制地下水开采。限制地下水开采是在保证工业生产正常发展的前提下，以地表水代替地下水作为工业供水水源，以人工制冷设备代替地下水作为工厂夏季冷却水源。上海市从1964年开始减少地下水开采量，由1963年的1.1X108m3减至1966~1972年间的

1.1X107~1.2X107m3。调查表明，随开采量减少，地下水位迅速上升，年度平均地面沉降量也相应减少，甚至出现地面回弹。因此，限制地下水开采在1966~1969年间地面沉降控制初期收到了较显著的效果。

（3）调整地下水开采层次。1965年及其以前，上海市以开采第1，2含水层为主。以1965年为例，上海市开采该两层地下水水量占全市地下水开采总量的71.3%。试验表明，第2,3含水层地下水的开采造成了地下75m以内含水层的显著压缩，而等量开采第4,5含水层地下水产生较小的地面沉降。所以，从1972年以后，第4,5含水层逐渐成为上海市地下水的主要开采层次。1980~1995年间第4,5含水层地下水开采量已占上海全市地下水开采量的

73.2%。调整开采层次在相对减少沉降量方面产生了良好的效果。经测算，在1969~1990年间，上海市区地面沉降因此而平均每年减少5mm。

（4）制定年度地下水采灌方案。地下水年度采灌方案的制定使上海市地下水的开发利用和地面沉降实现了较好的动态平衡，达到了以最小沉降量换取最大地下水开采的目的。1965年以前，上海市地下水开采没有统一的计划与管理，全是最大年开采量曾超过2X108m3，且主要集中在中心城区第2,3含水层，造成1921~1965年间中心城区平均累计沉降1.69m、最大沉降量2.63m、最大年沉降量110.0m。1966年后，上海市每年都制定地下水采灌方案。通过计划管理，从1966~1995年的30年间，上海市中心城区累计沉降量只有115.6mm，仅相当于前一时期的年度平均最大沉降量，是45年总沉降量的6.6%。

（5）地面沉降动态监测与研究。上海市大规模开展地面沉降动态监测工作始于1962年，是国内开展地面沉降监测与研究最早的城市，现已基本建成全市地面沉降动态监测网。其勘察研究工作取得了一系列勘察研究总结报告以及相关的水文地质、工程地质普查总结报告。地面沉降动态监测与研究工作是整个地面沉降防治系统工程的基础性工作之一，所取得的一系列科研成果对上海市地面沉降的防治起到了至关重要的作用。

（6）控制地面沉降的法制措施。上海市在1963年采取法规措施防治地面沉降。1963年6月，上海市人民委员会发布实施了《上海市深井管理办法》，明确规定要“保护和合理使用地下水源，防止地面沉降，严格控制深井用水”。此外，为了做好控制地面沉降工作，市政府还制定颁布了一系列相关行政法规。

2 控沉效果分析

控沉以后的实际地面沉降情况。1965~2000年间，在采取一系列有效的控沉措施后，上海市中心城区累计沉降量下降到222.96mm，是1921~1964年间累计沉降量的13.36%；年均沉降量约为6.19mm，是前期年均沉降量的16.32%。控制效果非常显著。

3总结

通过地下水计划开采和回灌的控沉经济效益巨大

强化对上海高层建筑的规划管理

从区域经济可持续发展高度强化对地下水资源的科学管理