2016年04月22日星期五

地质灾害--地面沉降

来源:中国地质环境信息网发布时间:2015-05-20

　　地面沉降又称为地面下沉或地陷。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(或工程地质现象)。

　　我国出现的地面沉降的城市较多。按发生地面沉降的地质环境可分为三种模式:

　　1、现代冲积平原模式,如我国的几大平原。

　　2、三角洲平原模式,尤其是在现代冲积三角洲平原地区,如长江三角洲就属于这种类型。常州、无锡、苏州、嘉兴、肖山的地面沉降均发生在这种地质环境中。

　　3、断陷盆地模式,它又可分为近海式和内陆式两类。近海式指滨海平原,如宁波;而内陆式则为湖冲积平原,如西安市、大同市的地面沉降可作为代表。

　　不同地质环境模式的地面沉降具有不同的规律和特点,在研究方法和预测模型方面也应有所不同。

　　另外,根据地面沉降发生的原因还可分为:(1)抽汲地下水引起的地面沉降;(2)采掘固体矿产引起的地面沉降;(3)开采石油、天然气引起的地面沉降;(4)抽汲卤水引起的地面沉降。

　　我国已经陆续发现具有不同程度的区域性地面沉降的城市有30多座。可能还有一些城市虽已发生沉降,但因没有进行全国性的全面的城市精密测量,所以不能给出沉降城市的准确数字。以下简要介绍几座地面沉降较严重的城市。

　　1、上海市从1921年发现地面下沉开始,到1965年止,最大的累计沉降量已达2.63米,影响范围达400平方公里。有关部门采取了综合治理措施后,市区地面沉降已基本上得到控制。从1966—1987年22年间。累计沉降量36.7毫米,年平均沉降量为1.7毫米。

　　2、天津市从1959—1982年间最大累计沉降量为2.15米。1982年测得市区的平均沉降速率为94毫米。目前,最大累计沉降量已达2.5米,沉降量100毫米以上的范围已达900平方公里。

　　3、北京市自从70年代以来,北京的地下水位平均每年下降1—2米,最严重的地区水位下降可达3—5米。地下水位的持续下降导致了地面沉降。有的地区(如东北部)沉降量590毫米。沉降总面积超过600平方公里。而北京城区面积仅440平方公里,所以,沉降范围已波及到郊区。

　　4、西安市地面沉降发现于1959年、1971年后随着过量开采地下水而逐渐加剧。1972—1983年,最大累计沉降量777毫米,年平均沉降量30—70毫米的沉降中心有5处。1983年后,西安市地面沉降趋于稳定发展,部分地区还有减缓的趋势。到1988年最大累计沉降量已达1.34米,沉降量100毫米的范围达200平方公里。

　　5、太原市经1979年、1980年、1982年三次在市区600平方公里范围的测量,发现沉降量大于200毫米的面积有254平方公里,大于1000毫米的沉降区面积达7.1平方公里。最严重的是吴家堡,其次是小店。吴家堡水准点的累计沉降量:1980年是819毫米,1982年是1232毫米,到1987年累计沉降量达1380毫米。

　　此外,还有宁波市、常州市、苏州市、无锡市、嘉兴市、杭州市、台湾的屏东、彰化、云林、嘉义、台中和台北等6个县(市),均发生了不同程度的地面沉降。

　　产生地面沉降虽然与许多因素有关,但导致地面沉降灾害的主要原因是人类工程经济活动。这个问题已经具有世界性的普遍意义。人类工程和经济活动的作用有两个方面:一是有可能加剧地面沉降;二是也能减缓地面沉降的速率与强度。人类活动加剧地面沉降,主要表现在以下几个方面:

　　1、大量开采地下水、地下水溶性气体或石油等活动,已被公认为人类活动中造成大幅度、急剧地面沉降的最主要原因;

　　2、开采地下固体矿藏特别是沉积矿床,如煤矿、铁矿,将形成大面积的地下采空区,导致地面变形(下沉);

　　3、重大的工程建筑物对地基施加的静荷载,使地基土体发生变形;

　　4、即使是在低荷载的持续作用下,土体的蠕变也可引起地基土的缓慢变形。地面上的动荷载(振动作用)在一定条件下也将引起土体的压密变形。

　 人类活动可以减缓(或控制)已经发生的地面沉降,这在我国的许多城市中已得到证实。主要表现在以下几个方面:

　　1、减少地下水的开采量。如上海市、天津市采取了这种措施。由于实施了控制沉降量的工程和措施,天津市区和塘沽区年平均沉降量从1985年的86毫米和100毫米减至1988年的24毫米和29毫米。年平均沉降值降低了60%以上。

　 2、调整地下水的开采层次。可将开采上部含水层的层次转向下部含水层。这对地面沉降有一定的缓和作用。

　　3、人工回灌地下水含水层。以提高地下水位,达到缓和地面沉降的效果。

　　由上可见,人类不仅能够认识自然,而且能够改造自然,使之为人类服务。

　　地面沉降使区域性地面标高降低,因而会导致一些次生灾害发生。在我国各地区,地面沉降的危害性表现稍有不同。下面举例说明之。

　　天津市地面沉降引发的次生灾害

　　1、地面标高降低,导致海水上岸,防潮堤必须相应加高。滨海还原潜水位抬高,加重土壤的次生盐渍化、沼泽化;

　　2、海河泄洪能力降低,如遇较大洪水,市区有淹没之险;

　　3、河道纵坡降变形(沉降不均),航运受阻。码头运输产生困难;

　　4、改变了排水管道的原始状态,影响排水,部分地段水管破损,污水溢出,造成地下水水质污染。市区出现雨后积水点44处;

　　5、井管普遍相对上升,输水管受影响;

　　6、塘沽区地面强烈下沉后,实际高程在1—3米间,将有被海水淹没的危险。

　　北京市地面沉降引发的次生灾害。

　　1、地面裂缝两侧不均匀下沉,破坏建筑物及道路工程;

　　2、损坏井管,排水管道功能降低;

　　3、城市地面水准高程变化;

　　4、河水倒灌;

　　5、淡水含水层咸化。

　　过量地抽汲地下水(或其他液态流矿体、气体)是导致地面沉降的主要原因,这种事实已被国内外学者所公认。因此,减轻地面沉降灾害的措施中最主要的是人为控制地下水的开采量。国内普遍采用的措施有以下几种:

　　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。

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