當前位置:股票大全官網 - 資訊咨詢 - 中國地面沈降及其防治的現狀和存在的問題

中國地面沈降及其防治的現狀和存在的問題

8.1.1的狀態

據不完全統計,目前我國已有96個城市和地區發生了地面沈降,約80%的地面沈降分布在東部地區。從南方的海口到東北的哈爾濱都發生了地面沈降。累計地面沈降在460 ~ 2780mm之間,地面沈降速度為10 ~ 56 mm/a..根據長期監測和研究,地面沈降主要是由於不合理開采地下水造成的,而由地殼活動、地表動(靜)載、工程建設和自然作用等其他因素造成的地面沈降僅占總沈降量的5% ~ 20%。目前,長江三角洲、華北平原、關中平原、淮北平原和松嫩平原的大部分城市正在大面積發生和發展地面沈降。特別是在長江三角洲和華北平原,地面沈降的發生和發展速度已經引起了全世界的關註,造成了巨大的經濟損失。

(1)長江三角洲

長江三角洲是中國地面沈降最典型的地區之壹。其中,上海是全國地面沈降現象最早、影響最大、危害最深的城市,江蘇的蘇錫常、浙江的杭嘉湖、寧邵等地也曾發生過地面沈降災害。20世紀90年代末,蘇州、無錫、常州、杭嘉湖、上海累計沈降量超過200mm,占面積的1/3,面積近1,000 km2,並有區域相連的趨勢。以上海市區、江蘇蘇錫常、浙江嘉興為代表的沈降中心區最大累計沈降分別達到2.63米、2.80米、0.82米。

1990之後,蘇州、無錫、常州出現了壹種獨特的地質災害——地裂縫。目前已發現地裂縫災害20余起,大面積形成長幾公裏、寬幾十米的地裂縫帶,都與過量開采地下水造成的地面不均勻沈降有關。

長江三角洲的地面沈降主要是由地下水的開發利用引起的。20世紀70年代以前,城市地區紡織工業發達,但能源短缺。因此,大量地下水被密集開采,用於紡織廠的空調和冷卻,導致城市地區嚴重的地面沈降。20世紀80年代以來,隨著改革開放城市周邊鄉鎮企業的興起,不僅大量開采利用地下水,而且不斷向地表河流排放汙水,導致水資源極其豐富的三角洲水網地區地表水水質普遍下降,整個地區成為缺水地區,加劇了廣大農村居民的缺水狀況。 促使地下水開采量急劇增加,並產生了區域性地下水位下降漏鬥,所以由此產生的地面沈降現在已經成為以城市為中心的區域性地質災害。

長江三角洲是我國最早開展地面沈降調查、監測和研究的地區。自1961以來,為調查上海市地面沈降情況,系統建立了區域地下水監測網,建設或利用現有地面水準點監測城區地面沈降,逐步建立了基巖標和分層標,監測不同土層的變形特征。蘇錫常及杭嘉湖平原地下水監測網始建於20世紀80年代初,隨著各種水力環境調查評價的開展,不斷得到補充。同時,在嘉興、常州、蘇州等城市地區,水準測量用於定期或不定期的地面沈降監測,通過收集水利、城建、交通等部門根據各自用途在不同時間、不同區域進行的水準測量數據,以及進行實地踏勘,進壹步開展地面沈降調查。

自1999以來,中國地質調查局部署的長江三角洲(江南)地面沈降監測網工程進行了調整和進壹步建設,基本構成了該地區地面沈降監測網的格局。

目前,長三角地下水監測網已覆蓋全區,部分重要城市和地面沈降嚴重地區的地面精密水準監測網、基巖標和地下不同深度分層標組成的立體監測體系初步形成。隨著新技術、新方法的引入,GPS、自動監測和信息技術已應用於該地區的地面沈降監測。

(2)華北平原

華北平原包括北京、天津、河北、山東、河南省(市)的平原地區,面積654.38+40萬平方公裏。北京、天津、河北、山東出現地面沈降。華北平原地面沈降的原因可分為自然因素和人為因素。自然因素包括構造活動、軟土層的自密實固結、海平面上升等。人為因素包括地下水、地下熱水、油氣資源的過度開采和大型工程建設。根據地震資料,本區構造活動引起的地面沈降速率僅為1~2mm/a..所以就這個地區而言,人為因素,尤其是深層地下水的過度開采,是地面沈降的主要原因。

華北平原地面沈降的發生發展過程與地下水開采過程基本同步或略滯後。地面沈降量與地下水位下降呈正相關。其分布範圍與地下水位下降漏鬥基本壹致。

由於開采地下水,北京早在1935就出現了地面沈降。當時其範圍僅為西單至東單,1935 ~ 1952,局部地面沈降最大值僅為58毫米,自20世紀50年代以來,隨著北京地下水開采量的不斷增加,逐漸形成了以東郊工業區為中心的區域性地下水位降落漏鬥。到1983年5月,北京東郊地面沈降面積已達600km2,其中累計地面沈降大於100mm的面積已達190 km2;;沈降超過200mm的面積約為42km2。1966至1983,北部來廣營中心區下沈約277mm;南部大郊亭地面沈降中心區累計沈降約532 mm..1987以後,北京地面沈降面積迅速增加,擴展到1800 km2以上,其中沈降大於200mm的面積達到350km2。

天津地下水資源開發利用始於1923。根據歷史基準數據,隨著地下水的開發,地面沈降也相應發生。由於當時開采量較小,年沈降量只有幾毫米。新中國成立後,隨著工農業的發展,地下水開采量逐年增加,地面沈降越來越嚴重。1950 ~ 1957的沈降速率為7 ~ 12.0 mm/a,1958 ~ 1966的沈降速率為30 ~ 46 mm/a,沈降中心逐漸形成。1967 ~ 1985年,沈降速率達到80 ~ 100 mm/a,沈降發展迅速。1986後進入沈降控制階段,大部分地區沈降明顯減緩,城區沈降速率降至10 ~ 15 mm/a。

目前,寶坻城關以南的廣大平原地區都出現了不同程度的地面沈降,面積達8800km2。其中累計沈降超過1000mm的面積為4080km2。該區南部及沿海地面沈降尤為明顯,並與河北省沈降區相連。在此範圍內,形成了市區、塘沽區、漢沽區、大港區、海河下遊工業區等聚居中心(表8.1)。

表8.1天津市地面沈降現狀

河北平原深層地下水位降落漏鬥形成於中東平原的城市集中礦區和農業集中礦區,主要有吉兆亨漏鬥、滄州漏鬥、寧河唐海漏鬥、廊坊漏鬥、青縣漏鬥和霸州漏鬥。深層地下水位降落漏鬥面積為43915km2。隨著深層地下水的進壹步開采,地下水位下降的範圍不斷擴大,每個漏鬥的範圍也不斷擴大,形成壹個覆蓋整個中東部平原、天津和冀東平原部分地區的巨大復合漏鬥,面積達7萬km2(地下水位0m線以下)。

隨著地下水開采量的增加,地下水位的下降和地下水位降落漏鬥的形成,地層的巖土平衡被破壞,河北平原逐漸形成了滄州、保定、衡水、任丘、南宮、霸州、大城、曲周、唐海九大主要地面沈降區。

截止1998年底,河北平原地面沈降面積48,550 km2,300mm以上面積1872 km2,500mm以上面積6430km2,1000mm以上面積755km2(表8.2)。

山東省德州市地面沈降影響面積已達2037.5km2,累計沈降150 ~ 387mm,沈降中心沈降300~387mm,年均沈降25 ~ 32.25mm..自1989以來,濟寧市區累計沈降208.9mm,沈降超過60mm的面積近90km2,每年中心最大沈降速率達到48.8mm。

表8.2河北平原主要地面沈降區沈降面積統計表

由於地下水長期超采,華北平原已成為世界上地下水超采最嚴重的地區之壹,也是地下水位降落漏鬥面積最大、地面沈降面積最大、類型最復雜的地區之壹,其中京津冀魯地區最為突出。大規模地面沈降對當地人民生命財產安全構成嚴重威脅,已成為制約當地經濟可持續發展的重要因素。

地面沈降直接導致華北平原沿海低平原區地面高程資源喪失,進而導致鐵路路基下沈,風暴潮災害加重。由於泄洪影響,地面長時間積水,廠房被淹,經濟損失嚴重。由於地面不均勻沈降,造成建築物損壞,大型市政基礎設施破壞;由於地面沈降,引發了地面塌陷、地裂縫等諸多地質災害,直接威脅著人民的生命財產安全。而且隨著本地區經濟的發展,災害損失越大,制約了社會經濟的可持續發展。同時,壹百多年的世界工業化進程導致全球氣溫上升,海平面變化疊加地面沈降,壹直威脅著人類在河口和沿海地區,包括華北平原低海拔地區的生存。

華北平原地面沈降的調查和監測程度相對較低。除天津外,沒有專門的地面沈降監測網絡和監測系統,也沒有全面系統的地面沈降研究成果。區域地面沈降數據主要來自國家地震局布設的京津唐地面形變區域網,但其測量密度小,測量頻率低,遠不能控制華北平原的地面沈降範圍。而且華北平原地面沈降的調查和監測受條件限制,行政分割,缺乏統壹的技術標準和規劃。調查和監測在時間和空間上布局不盡合理,獲得的調查和監測數據不具有可比性,遠不能滿足國家防災減災的需要。因此,開展華北平原地面沈降調查與監測具有重要的社會和經濟意義。

(3)關中平原地區

關中平原地下水的過度開采造成了大面積的地面沈降,尤其是Xi安地區。Xi安郊區承壓含水層為細砂,礫石層與粘土層不等厚互層,含水層厚度自西向東、自北向南逐漸減小,粘土層厚度逐漸增大。這種結構有利於大量開采承壓水導致承壓水位大幅降低時,粘性土層結合水的排出。

Xi安地下水開采初期,承壓水埋深僅為25 ~ 35m。上世紀七八十年代,由於大量開采承壓水,水位急劇下降。到20世紀90年代初,Xi安市的承壓水井數量增加到530多口,年產量超過65438+4億m3。承壓水水位下降60~100米,降落漏鬥面積200km2。東南郊大面積承壓水位降至含水層頂板以下,水位埋深降至90 ~ 130 m,承壓水位的大幅下降意味著孔隙水壓力降低,粘性土層中的水向含水層釋放,進而導致粘性土層壓力釋放,地面沈降。

Xi安地面沈降現象發現於1959。從1972到1983,Xi市區最大累計地面沈降量為777mm,有5個沈降中心,年平均沈降量為30 ~ 70 mm..截止到1988,最大累計沈降已達1.34m,沈降100mm的面積為200km2,沈降超過500mm的面積為48km2。20世紀90年代地面沈降範圍擴大,累計沈降超過200mm的面積約為150km2,東南郊累計沈降超過600mm,42km2的面積超過1000mm。沈降中心增加到7個,累計沈降量超過2,000mm,最大累計沈降量達到2,600mm,比以前有所加快。建於明代的Xi安鐘樓下沈了395毫米,有1300多年歷史的大雁塔也下沈了1198毫米..

Xi安地面沈降具有以下特點:①沈降與承壓水開采密切相關;②地面沈降的不均勻性和差異性。

Xi安地面沈降的危害主要是足以加劇地裂縫的活動性,導致地裂縫的垂直活動性大大增加。由於市區各區域塌陷發育不均勻,已出現11條明顯地裂縫,總長76.68km,每年以垂直方向5 ~ 3~4mm,水平方向3~4mm的速度發展。東南郊地裂縫的垂直活動速率為30 ~ 50毫米/年。

地裂縫造成附近建築物地基不均勻沈降,導致建築物開裂,地下管線錯位,城市道路破壞。據不完全統計,1996年,170多棟樓房、57家工廠和作坊、近2000戶民房被毀,74條道路受損,供水供氣管道破裂40余次。此外,由於井管上升,數十口深井報廢,危及許多文物古跡的安全。2004年底,大雁塔向西北方向傾斜了60°。據統計,地裂縫造成的直接經濟損失累計達6543.8億元。

(4)淮北平原地區

淮北平原的阜陽市屬於缺水城市。20世紀80年代以前,城市飲用水是泉水的地表水。但80年代以後,隨著工業的發展和人口的增長,泉河變成了汙水溝,城市工業和生活用水不得不改為地下水。據調查,阜陽市地下水,特別是深度約250m的中深層地下水,水質良好,水量豐富。這使得中深層地下水成為富陽自來水廠、自備井和工業企業開采的對象,取水量逐年增加。目前,阜陽市建成區有200多口深度超過200 m的深井,密度超過5眼/km2。雖然中深層地下水允許開采量為6.8萬m3/日,但實際開采量已達1.4萬m3/日,超過開采量1倍以上。導致中深層地下水位持續下降,年均下降1.62m,形成1.200 km2的地下水位降落漏鬥。

由於上述情況,阜陽市地面沈降最大值已達1.4m,居全國第五位,並以每年40 ~ 50 mm的速度持續下沈。由此引發了壹系列環境地質問題,如汛期公路橋梁和大型建築不均勻沈降、排水管道斷裂、深井報廢等。位於沈降中心、用於調節何英河水流量的滏陽閘也多處開裂,造成閘墩錯位,影響防洪能力。

(5)松嫩平原區

除了松嫩平原大規模開采地下水,以大慶地區為主的油氣開發也造成了地面沈降。

松嫩平原大慶油氣開發區位於小興安嶺-內蒙古地槽褶皺區、小興安嶺-松嫩地塊、松嫩坳陷(斷層)帶中西部斷陷區,即松嫩盆地(平原)的中西部,地貌類型單壹。總的地形是北高南低。壹般地面標高在130m以上,自然坡度約為0.14‰。受地質構造控制,侏羅系以來沈積了厚度約6000米的含油層系。有侏羅紀,白堊紀,第三紀,第四紀。白堊系為內陸湖盆沈積的泥岸巖和砂巖,厚度近3000m,是石油和地下熱水的主要儲集構造和開采層位,開采深度壹般在1000 ~ 3000 m之間,新近系砂巖、砂礫巖和第四系沖積層是大慶地區的主要供水層位,地下水可開采量為2.3億m3/a,但目前開采量為3.9億m3/a,嚴重超采。其中,每年用於采油技術的地下水開采量為3億m3,幾乎占地下水開采量的80%。地下水形成了壹個巨大的下降漏鬥,漏鬥中心水位下降到50m,漏鬥面積達到5560km2,幾乎覆蓋了大慶市,並向毗鄰大慶的周邊縣(市)擴散。每年都有很多井因為地下水開采量減少而被抽幹抽幹,然後報廢。據不完全統計,由於多年采油和不合理開采地下水,大慶市及周邊地區地下水位下降了16 ~ 19m。地下水位急劇下降是引起地面變形的主要原因,但由於目前尚未開展油氣開發區地面沈降監測,具體的沈降數據還是空白。

8.1.2中的問題

由於各地地面沈降的發展過程不同、程度不同、危害不同,各地采取的監測和防治措施也不同,已發生地面沈降的地區大多沒有采取監測和防治措施。普遍存在的問題是缺乏統壹的區域規劃和信息溝通,主要儀器設備技術陳舊落後,不適應區域地面沈降的發展趨勢和國內外監測技術的不斷更新。

(1)長江三角洲

1)過去地面沈降監測網是按照城市等局部地區首先發生地面沈降的情況來布設的,沒有建立統壹的地面沈降監測網。隨著整個地區地面沈降的擴大,監測工作未能及時跟上,其局限性日益突出。

2)地面沈降監測網絡受行政管轄的限制,缺乏區域統壹規劃,各地監測極不平衡。特別是長江以北和杭州灣南岸(寧波除外),監測工作空白,地面沈降情況不明,很可能走上重災後整治的老路,應引起有關部門的重視。

3)目前監測方法和標準,包括網絡密度和頻率,還不統壹。如上海市區壹般精度為1:50000,局部精度達到1:1:000,進行壹、二級水準測量。頻率是壹個月三次,1次,也有壹年四次,兩次,1次。江蘇省僅在常州市設置了兩條地面沈降監測水準測線,每月監測次數為1次。杭嘉湖現有的專用於監測地面沈降的水準網分布在主要公路沿線。近幾年控制範圍可達3500km2,壹年監測1次。但受資金影響,監測頻率無法保證。此外,上海郊區主要收集測繪部門,蘇州、無錫、常州主要收集城建、水利部門不同時期的三、四等水準測量數據,調查地面沈降。因此,地面水準測量數據分屬不同部門,來源復雜,分布不均勻,數據參考系的壹致性無法保證,重合點少,可靠性差,測量時間不壹,難以系統、全面、及時、可靠地掌握區域地面沈降的分布和發展規律。

4)基巖標和分層標上海比較健全,杭嘉湖地區有壹個,蘇錫常地區基本完成,蘇北幾乎沒有。因此,對地面沈降的垂直分布和成因的研究比較薄弱,難以提出有針對性的控制地面沈降的建議。

5)區域內雖已建立地下水監測網,但監測井分布不均,精度不壹。近年來,監測點多次遭到破壞,個別含水層在相當多的地區缺乏控制監測設施,包括工作區周邊地區。

6)目前地面沈降監測采用的技術手段普遍落後,效率低、建設周期長的問題依然存在,難以及時客觀反映不斷擴大的監測網絡的需求。雖然引進了壹些新技術、新方法,但還不成熟、不完善,在實施過程中也沒有可執行的技術標準或規定。

7)差異地面沈降引起的地裂縫是該區新的地質災害,但現有監測網密度明顯不足。仍然需要加密布局,以準確記錄其發展變化過程,提高數據監測和分析質量。

(2)華北平原

華北平原的問題如表8.3所示。

由於華北平原各省(市)受行政區劃限制,在各自區域工作,提交相關地面沈降等值線圖。綜合相關圖件後,得到華北平原地面沈降等值線圖。從圖中可以看出,由於監測標準和監測方法不同,提交的地面沈降等值線年份不同,很多地方的沈降量只是推斷出來的,在同壹個地方得出不同的地面沈降量,顯然不能完全反映現實。因此,目前華北平原各地的地面沈降。

(3)關中平原、淮北平原、松嫩平原。

這三個平原均為河流沖積平原,地下水超采和油氣開采導致的地面沈降嚴重影響了生態環境和經濟可持續發展,但迄今為止尚未在這些地區開展系統的地面沈降專項調查和監測。

表8.3華北平原地面沈降監測設施存在的問題

針對以上問題,未來地面沈降監測網需要在統壹規劃設計、統壹技術標準、統壹數據平臺的基礎上,建立空間布局合理、技術先進可行的地面沈降監測網。在傳統測量的基礎上,應用先進的GPS、InSAR、LIDAR技術相互監測、相互校正,獲得精確的地面沈降,為整個社會經濟的可持續發展和城市建設規劃提供可靠的地面沈降數據依據。