地面沉降

地面沉降

地面沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經濟活動影響下,由于地下松散地層固結壓縮,導致地殼表面標高降低的一種局部的下降運動(或工程地質現象)。截至2011年12月,中國有50餘個城市出現地面沉降,長三角地區、華北平原和汾渭盆地已成重災區。2012年2月,中國首部地面沉降防治規劃獲得國務院批復,地面升降與經濟上升有關。

  • 中文名稱
    地面沉降
  • 別名
    地面下沉或地陷

現象介紹

地球表面的海拔標高在一定時期內,不斷降低的環境地質現象叫地面沉降,是地層形變的一種形式。

地面沉降有自然的地面沉降和人為的地面沉降。自然的地面沉降一種是在地表松散或半松散的沉積層在重力的作用下,由松散到細密的成岩過程;另一種是由于地質構造運動、地震等引起的地面沉降。

人為的地表沉降主要是大量抽取地下水所致。

沉降類型

地面沉降分構造沉降、抽水沉降和採空沉降三種類型。

(1) 構造沉降,由地殼沉降運動引起的地面下沉現象;

(2) 抽水沉降,由于過量抽汲地下水(或油、氣)引起水位(或油、氣壓)下降,在欠固結或半固結土層分布區,土層固結壓密而造成的大面積地面下沉現象;

(3) 採空沉降,因地下大面積採空引起頂板岩(土)體下沉而造成的地面碟狀窪地現象。 中國出現的地面沉降的城市較多。

上海縣地面沉降圖上海縣地面沉降圖

按發生地面沉降的地質環境可分為三種模式:

1、現代沖積平原模式,如中國的幾大平原。

2、三角洲平原模式,尤其是在現代沖積三角洲平原地區,如長江三角洲就屬于這種類型。常州、無錫、蘇州、嘉興、蕭山的地面沉降均發生在這種地質環境中。

3、斷陷盆地模式,它又可分為近海式和內陸式兩類。近海式指濱海平原,如寧波;而內陸式則為湖沖積平原,如西安市、大同市的地面沉降可作為代表。

形成原因

大面積的地面下沉現象。造成地面沉降的自然因素是地殼的構造運動和地表土壤的自然壓實;人為的地面沉降廣泛見于一些大量開採地下水的大城市和石油或天然氣開採區。 不同地質環境模式的地面沉降具有不同的規律和特點,在研究方法預測模型方面也應有所不同。

另外,根據地面沉降發生的原因還可分為:(1)抽汲地下水引起的地面沉降;(2)採掘固體礦產引起的地面沉降;(3)開採石油、天然氣引起的地面沉降;(4)抽汲鹵水引起的地面沉降;(5)地面下施工如捷運施工引起的地面沉降。

產生影響

地面沉降的危害主要有:

(1)毀壞建築物和生產設施;

(2)不利于建設事業和資源開發。發生地面沉降的地區屬于地層不穩定的地帶,在進行城市建設和資源開發時,需要更多的建設投資,而且生產能力也受到限製;

(3)造成海水倒灌。地面沉降區多出現在沿海地帶。地面沉降到接近海面時,會發生海水倒灌,使土壤和地下水鹽鹼化。對地面沉降的預防主要是針對地面沉降的不同原因而採取相應的工程措施。

地面沉降會對地表或地下構築物造成危害;在沿海地區還能引起海水入侵、港灣設施失效等不良後果。人為的地面沉降主要是過量開採地下液體或氣體,致使貯存這些液、氣體的沉積層的孔隙壓力發生趨勢性的降低,有效應力相應增大,從而導致地層的壓密。基于上述機製,上海于1965年以後,採用人工回灌方法,使地下水位回升、地面部分回彈,比較成功地控製了地面沉降。

嚴重地區

中國現狀

2011年12月的研究顯示,地面沉陷這一問題已經遍布全國。

"目前,中國在19個省份中超過50個城市發生了不同程度的地面沉降,累計沉降量超過200毫米的總面積超過7.9萬平方公裏。"2011年12月,國土資源部地質環境司副司長陶慶法表示,"地面沉降的重災區主要是長江三角洲地區、華北平原和汾渭盆地這三個區域。"

中國地質調查局公布的《華北平原地面沉降調查與監測綜合研究》及《中國地下水資源與環境調查》顯示:華北平原不同區域的沉降中心有連成一片的趨勢;長江區最近30多年累計沉降超過200毫米的面積近1萬平方公裏,佔區域總面積的1/3。其中,上海市、江蘇省的蘇錫常三市開始出現地裂縫等地質災害。

以下簡要介紹幾座地面沉降較嚴重的城市。

1、上海市 從1921年發現地面下沉開始,到1965年止,最大的累計沉降量已達2.63米,影響範圍達400平方公裏。有關部門採取了綜合治理措施後,市區地面沉降已基本上得到控製。從1966-1987年22年間。累計沉降量36.7毫米,年平均沉降量為1.7毫米。

2、天津市 從1959-1982年間最大累計沉降量為2.15米。1982年測得市區的平均沉降速率為94毫米。目前,最大累計沉降量已達2.5米,沉降量100毫米以上的範圍已達900平方公裏。

3、北京市 自從70年代以來,北京的地下水位平均每年下降1-2米,最嚴重的地區水位下降可達3-5米。地下水位的持續下降導致了地面沉降。有的地區(如東北部)沉降量590毫米。沉降總面積超過600平方公裏。而北京城區面積僅440平方公裏,所以,沉降範圍已波及到郊區。

4、西安市 地面沉降發現于1959年、1971年後隨著過量開採地下水而逐漸加劇。1972-1983年,最大累計沉降量777毫米,年平均沉降量30-70毫米的沉降中心有5處。1983年後,西安市地面沉降趨于穩定發展,部分地區還有減緩的趨勢。到1988年最大累計沉降量已達1.34米,沉降量100毫米的範圍達200平方公裏。

5、太原市 經1979年、1980年、1982年三次在市區600平方公裏範圍的測量,發現沉降量大于200毫米的面積有254平方公裏,大于1000毫米的沉降區面積達7.1平方公裏。最嚴重的是吳家堡,其次是小店。吳家堡水準點的累計沉降量:1980年是819毫米,1982年是1232毫米,到1987年累計沉降量達1380毫米。

此外,還有寧波市、常州市、蘇州市、無錫市、嘉興市、杭州市、台灣的屏東、彰化、雲林、嘉義台中台北等6個縣(市),均發生了不同程度的地面沉降。

6、滄州市 地面沉降從上世紀70年代至今,滄州大約沉降了2.4米。地面沉降已成為滄州市的主要地質災害之一其危害最為典型、最為嚴重。滄州地區內有多條重大交通幹線,由于地面沉降也受到嚴重威脅。從滄州市地面沉降中心穿過的京滬鐵路,由于地面沉降碎石路基一再加高,在地面沉降中心附近鐵軌下的墊石比原墊石層加厚了500毫米,不僅增加了維護成本而且影響鐵路運行安全。京滬高速鐵路也面臨新的考驗。

7、深圳5年37次地陷,據深圳新聞網深圳論壇發布的《深圳市2001年以來地面塌陷事故地圖》,深圳自2001年以來共發生39次路面坍塌事故。

世界上地面沉降問題的發現,約始于20世紀初。有關上海地面沉降的報導最早見于1921年,到1965年在市區已形成了一個碟形窪地,其中心處的最大沉降量達2.63米。

然而,無論是媒體的統計,還是民間的地陷地圖都難以真正對未來可能的地陷以及生命的消逝起到足夠的預防作用。這些統計和地圖隻是一種民間的記憶,表達一種事後的或懷念,或憤怒的復雜情感。銘記災難,講述災難是為了明天活得更好,更安全,然而應對莫名其妙的地陷,有心的民間人士亦感乏力,除了記錄,他們對于明天的地陷也沒有更好的辦法。

誰有辦法呢?政府。政府有力量、有組織、有專業人員和知識資源。面對5年37次地陷,半年9次地陷,一次地陷就遇難5人,政府有責任對深圳所有道路、廣場、公園等開展地下地質調查,並向市民發布。

深圳的地下管網是怎麽分布的?排污、供水、通訊、電力又是如何交叉的?哪裏有涵洞,哪裏有高壓電線?哪裏原來是河道?哪裏現在是暗河?隨便在哪個主幹道上找個地下挖100米,政府有關部門能提前知曉下面的結構嗎?一次次的塌陷事故,市民的擔憂焦慮,正倒逼政府需要對其管理的這片土地了解到這種程度。

美國現狀

美國的大部分地區都發生了地面沉降,有些地區還相當嚴重。美國已經有遍及45個州超過44030平方公裏的土地受到了地面沉降的影響,由此造成的經濟損失更是驚人。僅在美國聖克拉拉山谷,由地面沉降所造成的直接經濟損失,在1979年大約為1.31億美元,而到了1998年則高達3億美元。造成這一災害的主要原因是由于含水層的壓實、有機質土壤的疏幹排水、地下採礦、自然壓實、溶坑以及永凍土的解凍等。

最強烈的地面沉降發生于美國長灘市威爾明頓油田,其最大累積沉降量達9米。

最近地陷事件

1月28日16時40分左右,廣州市荔灣區康王南路與杉木欄路交界處臨街商鋪發生塌陷。事發地點位于捷運六號線文化公園站施工工地旁,廣州捷運官方微博發布訊息稱,事發前施工單位在巡査中發現該地段地質有異常,判斷有塌陷可能,隨即聯同街道通知疏散現場人員,疏散完畢後出現了塌陷,消防局趕赴現場搜救,並用生命探測儀偵測,確認無發現人員傷亡。 地面沉降有自然的地面沉降和人為的地面沉降。自然的地面沉降一種是在地表松散或半松散的沉積層在重力的作用下,由松散到細密的成岩過程;另一種是由于地質構造運動、地震等引起的地面沉降。地面沉降的危害主要有:(1)毀壞建築物和生產設施;(2)不利于建設事業和資源開發。發生地面沉降的地區屬于地層不穩定的地帶,在進行城市建設和資源開發時,需要更多的建設投資,而且生產能力也受到限製;(3)造成海水倒灌。地面沉降區多出現在沿海地帶。地面沉降到接近海面時,會發生海水倒灌,使土壤和地下水鹽鹼化。

2013年3月26日17時20分許,深圳福田區商報東路景洲大廈小區過道發生地陷,路面出現直徑5米的大坑,約四層樓深。一名保全掉入坑中,被救出後搶救無效死亡。事發地2米遠處是深圳報業集團的一在建工地。

防治研究

美國在地面沉降防治和研究工作中,註重研究開發高新技術,註重水準測量、基岩標分層標等傳統技術方法利用,並始終把地下水和地面沉降監測工作作為防治地面沉降的基礎,其中一些經驗值得我國學習和借鏡。

監測方法

美國對地面沉降的監測採取了三種方法,即傳統的監測、GPS監測、合成孔徑幹涉雷達監測。

華北平原地面沉降調查與監測華北平原地面沉降調查與監測

傳統的地面沉降測量方法包括水準測量、基岩標和分層標測量。這些方法精度很高,但隻能在比較小的範圍內開展工作。

對于大規模的區域地面沉降監測應該採用先進的全球定位系統(GPS)進行全方位的測量。GPS可借助于人造地球衛星進行三邊測量定位。1996年美國地質調查局在聖克拉山谷河谷建起了地面沉降監測網,確定地面高程的變化情況,而且為與將來的監測結果進行比較建立了基準值。

合成孔徑幹涉雷達監測是一種衛星遙感技術,可以敏感地監測出地面沉降的變化。

多種措施

地面沉降在經濟發達地區可能導致嚴重的財產和基礎下部建築的損失。最具有代表性的地面沉降是由人為造成的,由于人為抽取地下水而導致含水層系統受壓縮而產生地面沉降。針對這種情況必須採取措施減少地下水的使用量,增加地面水補給。因此,隨時正確監測地面和地下水位沉降,並提供標準的資料對于預測和預報地面沉降工作至關重要。美國地質調查局的研究人員根據地面沉降的特點以及實際情況,對其採用以下幾種方法來減緩地面沉降的速度,以及修復地面沉降,把損失降到最低。

修復技術

為了滿足供水和改善水質的要求,含水層存儲和修復技術在美國各州得以廣泛套用。在聖克拉拉山谷,目前需水量仍然很大,但由于地表水的引入,回灌得以實施,使得地下水抽汲量減少,從而防止了地下水位繼續下降。另外,該區水資源管理局在當地的河流上建立了5個蓄水壩以收集雨水,這樣增加了河水對流經區的地下水的補給。這個地區是美國第一個被發現也是第一個採取有效措施並在1969年前後終止了沉降地區。同樣的情況還有亞利桑那州的中南部,通過引入科羅拉多河的河水,減少了地下水的需求強度,從而緩解了地面沉降。

土地使用

為了防止地面沉降,將土地使用由農業用地型向城市用地型轉變,以降低需水強度,防止地下水位的進一步下降。佛羅裏達州的泥沼區使用這種方法可以防止有機土的進一步分解,減緩有機質氧化的速度,使地面發生沉降的速度降低,地基更加穩定。

節水措施

利用含水層組貯藏和運輸地下水,要優于造價高昴的地表蓄水和輸水系統。美國的研究人員採用先進和合理的地下水運輸方法,作出地下水使用的遠景規劃。節水是製止沉降的一項重要措施。例如在聖瓊斯地區,目前人均用水量隻有1920年的1/5,遠低于過去作為農業用地時的用水量。因此即便是在1976年~1977年和1987年~1991年期間,這兩個州的主要旱期裏,水位還是保持在歷史最低水位以上。

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加固堤防

對沿海城市進行海岸加固,建造堤防防止洪水泛濫和海水入侵。例如在加利福尼亞州境內三角洲地區,大面積的人工堤壩及人工島有效地保護了這個三角洲,使之免遭海水的入侵,同時維持了有利的淡水坡度,保護了淡水源。

立法保護

美國對地下水的使用進行立法,使水資源有一個合理的使用環境。如在聖拉拉山谷成立一個專門的水資源管理機構來管理該區的用水,使地表水和地下水得到了長期有效的綜合利用。美國許多地區甚至採取法製措施來防治地面沉降。例如1980年通過了《亞利桑那地下水管理法案》。其基本目標是加強對已衰竭含水層組的管理,把有限的地下水資源進行最合理的分配,開發新的水資源供應來增加亞利桑那的地下水資源。

減少落水洞

美國已有的案例表明,落水洞的活動與地下水的抽取有直接關系,控製地下水位的波動可以防止落水洞的形成。如美國佛羅裏達西南水資源管理區與其他水資源機構通力合作,設立了佛羅裏達中西部地下水的臨界水位。最低水位的提出將會改良一些誘發條件,減少落水洞產生的影響。

聯防聯控

今後,長三角、華北平原、汾渭盆地三個全國重點地區的地面沉降防治工作將實現聯防聯控。2012年12月24日在上海召開的全國重點地區地面沉降聯防聯控工作會議上,這三個地區的國土資源管理部門及相關部門分別簽署了合作協定。國土資源部黨組成員、副部長,中國地調局局長汪民在會上要求,要以地下水和地面沉降監測為依據,全面加強地面沉降監督監管。

汪民在講話中指出,近年來地面沉降防治工作取得重要成效:地面沉降調查評價工作持續開展;防治規劃和條例的出台為有序、有力、有效開展工作提供了法製基礎;地下水限採和人工回灌相結合的防控措施逐漸成為共識。

當前地面沉降防治任務仍然艱巨,地區聯動、部門聯動還未到位。各地國土資源部門要以貫徹落實《全國地面沉降防治規劃(2011-2020年)》為契機,認真研究在地區地面沉降問題並製定防治規劃匯報給地方政府;要進一步加強基礎調查,摸清全國地面沉降發育現狀;要最佳化監測網路,全方位監控地下水和地面沉降;要繼續開展科學研究,不斷提高地面沉降防治水準;強調地區合作、部門合作,厘清職責,聯防聯控。國土資源部門監測成果,要作為監督監管的依據,並形成相應管理機製和手段。

山西和陝西國土資源廳分別簽訂了地面沉降防治區域合作協定。根據協定,將建立區域地面沉降防治省際聯席會議製度,研究商定防治合作中的重大事項;協商確定相鄰地區的地面沉降年度控沉指標,整體部署、同步推進相鄰地區的地面沉降調查、監測,地下水壓採、回灌等工作;共建本區域地面沉降監測網路和信息系統,建立信息通報和信息共享製度以及區域信息發布協調機製,並匯總在地區地面沉降防治信息後報國土資源部發布;定期開展交流研討,合作開展專題研究和科技攻關,聯合開展相鄰地區地面沉降防治工作效果檢查和評估,共促控沉目標實現。

規劃獲批

2012年2月20日,中國首部地面沉降防治規劃獲得國務院批復,此舉意味著全國範圍內的地面沉降防治已經提上議程。此規劃由國土資源部、水利部會同國家發改委、財政部等十部委聯合編製。

逾50城市遭地陷之困

《2011年-2020年全國地面沉降防治規劃》指出,目前全國遭受地面沉降災害的城市超過50個,分布于北京、天津、河北、山西、內蒙古等20個省區市。

中國地質環境監測院副院長張作辰介紹,長江三角洲、華北平原和汾渭盆地,地面累計沉降量大于200毫米的分別為接近1萬平方公裏、6.2萬平方公裏以及7000平方公裏。

同時全國累計地面沉降量超過200毫米的地區達到7.9萬平方公裏,並且,地面沉降仍在繼續擴大。

地面降與經濟升相關

過度抽取地下水,是造成地面沉降的一個主要人為原因。而"樓升地降"是上海地面下沉的另一個人為原因。有資料顯示,自1993年以來,上海高樓平均每天起一座,目前已有七八千座高層建築。上海地質學會秘書長劉守祺表示:"根據目前的研究成果,發現高層建築的影響能達到四成,對地質環境的影響非常明顯。"

此外,在開採地熱和油氣資源等也會導致地面沉降,並且開採量在逐年增加。

這些舉動在加快經濟步伐的同時也加劇了地面沉降。

"控沉"防治須全國化

此次獲批的首部地面沉降防治規劃,指出各地要盡快健全完善地面沉降的防治管理體系。

單獨的"控沉"力量難以奏效。"加強這些重點區域,重點的交通幹線上的一些監測、預警工作,聯防聯控。"全國首部地面沉降防治規劃製定後,國土資源部地質環境司司長關鳳峻表示。

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