8.1.1 现状
根据不完全统计,我国目前已有96个城市和地区发生了不同程度的地面沉降,其中约80%的地面沉降分布在东部地区。从南方的海口到东北的哈尔滨均出现了地面沉降现象,地面累计沉降量在460~2780mm之间,地面沉降速度为10~56mm/a。据长期监测和研究表明,地面沉降主要由不合理开采地下水所致,而地壳活动、地表动(静)荷载、工程建设、自然作用等其他因素造成的地面沉降只占总沉降量的5%~20%。目前,处于长江三角洲、华北平原、关中平原、淮北平原和松嫩平原大多数城市,地面沉降正在大面积的发生和发展之中。尤其是长江三角洲和华北平原地区地面沉降的发生发展速度令世界关注,造成的经济损失巨大。
(1)长江三角洲地区
长江三角洲是我国发生地面沉降现象最具典型意义的地区之一。其中,上海是我国发生地面沉降现象最早、影响最大、危害最深的城市,江苏的苏锡常与浙江的杭嘉湖及宁绍地区也相继产生了地面沉降灾害。20世纪90年代末,苏锡常、杭嘉湖及上海市累积沉降超200mm的范围已达该区面积的1/3,面积近1万km2,并在区域上有连成一片的趋势。以上海的市中心、江苏的苏锡常、浙江的嘉兴为代表的沉降中心区的最大累积沉降量分别已达2.63m,2.80m和0.82m。1990年后苏锡常地区还发生了特有的地质灾害——地裂缝,目前已发现20余处地裂缝灾害,发育规模较大的地区已形成长数千米,宽数十米不等的地裂缝带,且均与过量开采地下水造成不均匀地面沉降有关。长江三角洲地区的地面沉降主要是开发利用地下水引起的。20世纪70年代以前,城市地区的纺织业发达,但能源紧缺,故大量集中开采地下水用于纺织厂的空调降液谈温,导致城市地区严重的地面沉降。20世纪80年代以来,随着改革开放城市周边地区乡镇企业的兴起,不仅其本身大量开采利用地下水,而且向地表河道不断排放污水,导致水资源极为丰富的三角洲水网地区地表水质量普遍下降,使整个区域成为水质型缺水地区,加剧了广大农村地区居民用水紧张,促使地下水开采量的急剧增加,产生了区域性地下水水位降落漏斗,故由此诱发的地面沉降目前已成为以城市为中心的区域性地质灾害。长江三角洲地区是我国开展地面沉降勘察、监测、研究最早的地区。自1961年以来,为进行上海市地面沉降调查,开始系统地建立区域地下水动态监测网,兴建或利用已有地面水准点进行市区地面沉降监测,逐步建立基岩标、分层标监测不同土层的变形特征。苏锡常和杭嘉湖平原地区地下水动态监测网始建于20世纪80年代初期,并随着各类水工环调查评价工作的展开,得到了不断补充。同时,在城市地区如嘉兴、常州、苏州等采用水准测量进行定期或不定期的地面沉降监测,并通过收集水利、城建、交通等部门根据各自目的在不同时间和不同地区进行的水准测量资料,以及开展实地踏勘来进一步进行地面沉降调查。1999年以来中国地质调查局部署的长江三角洲地区(长江以南)地面沉降监测网络项目所做的调整和进一步建设,基本构成了本地区地面沉降监测网络的格局。目前长江三角洲地区地下水动态监测网络已覆盖全区,由地面精密水准监测网以及地下不同深度的基岩标、分层标在部分重要城市及地面沉降严重地区构成的立体监测系统已经粗具雏形。随着新技术新方法的引进,GPS、自动化监测以及信息技术已经开始在该地区地面沉降监测中得到了应用。
(2)华北平原地区
华北平原包括北京、天津、河北、山东和河南等省(市)的平原区,面积14万km2。地面沉降发生在北京、天津、河北和山东等地。引起华北平原地面沉降的原因可分为自然因素及人为因素。自然因素中,包括构造活动、软弱土层的自重压密固结、海平面上升等;人为因素包括过量开采地下水、地下热水及油气资源和大规模工程建设等。据地震资料,本区由于构造活动引起的地面沉降速率仅为1~2mm/a。因此,就本区而言,人为因素尤其是深层地下水超量开采是导致地面沉降的主要原因。华北平原地面沉降的产生和发展过程与地下水的开采过程基本保持同步或略为滞后。地面沉降量与地下水水位下降幅度呈正相关。其分布范围与地下水水位下降漏斗基本一致。由于地下水开采,北京地区早在1935年就已经发生了地面沉降。当时其范散埋厅围仅在西单到东单一带,1935~1952年,局部地面沉降量的最大值仅为58mm。20世纪50年代以后,随着北京地区地下水的开采不断增加,逐渐形成了以东郊工业区为中心的区域性地下水水位降落漏斗。到1983年5月,北京市东郊地面沉降区面积已达600km2,其中累计地面沉降量大于100mm的地区面积达190km2;沉降量大于200mm的地区面积约为42km2。从1966~1983年,北部的来广营地面沉降中心区沉降量约为277mm;南部的大郊亭地面沉降中心区沉降量累计约532mm。1987年以后,北京市地面沉降面积快速增加,扩展至1800多km2,其中沉降量大于200mm的地区达到350km2。天津市开发利用地下水资源始于1923年,据历史水准点资料,伴随着地下水的开发,地面沉降相应发生。由于当时开采量少,年沉降量仅几个毫米。新中国成立后,随着工农业的发展,地下水开采量逐年增加,地面沉降越来越严重。1950~1957年沉降速率为7~12.0mm/a,1958~1966年沉降速率为30~46mm/a,并逐步形成了沉降中心。1967~1985年沉降速率达80~100mm/a,沉降急剧发展。1986年后进入沉降治理阶段,大部分地区沉降明显减缓,市区沉降速率降低到10~15mm/a。目前,宝坻城关以南的广大平原区均已不同程度地产生了地面沉降,面积达8800km2。其中,累计沉降量超过1000mm的面积达4080km2。该区南部及滨海地区地面沉降尤为明显,并与河北省的沉降区连成一片。在这一范围中,现已形成了市区、塘沽区、汉沽区、大港区及海河下游工业区等沉降中心(表8.1)。表8.1 天津市地面沉降现状表河北平原深层地下水水位下降漏斗形成于中东平原城市集中开采区和农业集中开采区,主要有冀枣衡漏斗、沧州漏斗、宁河唐海漏斗、廊坊漏斗、青县漏斗、霸州漏斗等。深层地下水水位下降漏斗面积共计为43915km2,随着深层地下水的进一步开采,地下水水位下降范围持续扩大,各漏斗范围也不断扩大,形成了覆盖整个平原中东部、天津市和冀东平原部分地区,面积为7万km2(地下水位0m线以下计)的巨型复合漏斗。随着地下水开采量的增大、地下水水位的下降和地下水水位降落漏斗的形成,地层岩土力学平衡被破坏,河北平原逐渐形成了沧州、保定、衡水、任丘、南宫、霸州、大城、曲周、唐海9个主要地面沉降区。截至1998年,河北平原地面沉降量大于200mm的面积达4.855万km2,大于300mm的面积达1.872万km2,大于500mm的面积达6430km2,大于1000mm的面积达755km2(表8.2)。山东省德州市地面沉降影响面积已达2037.5km2,累计沉降量为150~387mm,沉降中心的沉降量在300~387mm之间,年均沉降量在25~32.25mm之间。济宁市自1989年至今已累计沉降208.9mm,沉降量大于60mm的面积已近90km2,中心最大沉降速率每年达48.8mm。表8.2 河北平原主要地面沉降区沉降面积统计由于地下水的长期超量开采,华北平原现已成为世界上超采地下水最严重的地区之一,也是地下水水位降落漏斗面积最大,地面沉降面积最大、类型
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