我國地面沉降的嚴峻性以及長久防治對策的初探

黃敬恒桂林理工大學

我國地面沉降的嚴峻性以及長久防治對策的初探

黃敬恒
桂林理工大學

最近幾年由于人類的劇烈活動，地下水被過度開采，工業活動導致氣候嚴峻變化，我國某些地方已經開始出現了不同程度的氣候反常現象，具體常常表現為降水過分集中，量大時間段；某些區域又極度干旱，終年不雨。此外建筑工程的基坑工程通常需要大量的排水，也造成了地下水位的下降，諸多因素都在一定程度上破壞了地下水的儲存和循環，本文從引起地面沉降最主要因素（地下水的過度開采）和次要因素來分析和研究目前嚴峻形勢的控制和長久計劃。并提出一些建議供科技工作者參考。

地面沉降；防治建議

一、地面沉降簡介

地面沉降是一種可由多種因素引起的地面標高緩慢降低的環境地質現象，嚴重時會成為一種地質災害。主要原因是由于地質作用和人為作用，地下水的過度開采是最主要的原因。由于誘發地面沉降的因素在地下，并且和疲勞斷裂有相似之處，破壞通常突然發生，沒有明顯的征兆，地面沉降過大甚至會引起一系列的地質災害，引起整個區域地質條件的突變。

從地域分布來看，地面沉降主要分布在下列地區:1）長江三角洲，2）黃淮海平原和松嫩平原，3）東南沿海平原4）河谷平原和山間盆地。我國目前地下水分布態勢呈南多北少的區域，在缺水的北方，地下水顯得尤其重要。

地面沉降引起的損失是巨大的，1）地面水準點將無法正常使用，需重新校正2）沿江沿海的地面沉降地區通常形成低于海平面的凹地，沿海地區的防洪防潮堤壩安全性降低，一旦大面積降雨，將形成內澇，長江三角洲地帶是我國的農業發達地區，一旦形成內澇，將造成糧食的嚴重減產，并且土質趨于惡化。3）我國人口眾多，建筑密度大，地面沉降引起的地基不均勻沉降會嚴重危害建筑物的安全性。

二、地面沉降的原因

近年來不少學者和專家都明確指出人為過度開采地下水是地面沉降的主要原因，此外有一些共同作用的隱蔽原因也是不容忽視的。

上圖是中國地殼斷裂帶的分布圖，不難發現地面沉降的重災區都無一例外的集中在了斷裂帶上，其中尤其嚴重的天津正處于我國著名的華北平原地震帶上。我國目前污染嚴重，部分地方淺層地下水已經無法作為正常飲用水，甚至一些區域的開采深度已達千米。斷裂帶的地層活躍，一旦地下水開采到一定程度，將會使地層之間加劇裂開，引發更大的地質災害。

氣候原因：2016年1月，北極氣溫有記錄以來第二次在冬季上升到了零攝氏度以上；印度半島等地頻遭暴雨，發生嚴重的洪澇災害；印度尼西亞和菲律賓等東南亞國家經歷了20年來最嚴重旱災，導致森林和農田大火頻發；受厄爾尼諾事件的影響，2015夏季我國南方大部分地區降水異常偏多，而北方大部分地區降水偏少，呈現“南多北少”的降水分布特征。入秋以后，南方地區降水比常年同期偏多，特別是11月份廣西、湖南和江西等地出現罕見“冬汛”。去年冬季，全國平均降水量較常年同期偏多五成以上，創歷史最高紀錄。降雨量不大的地區，干旱月份多，降雨量大的地區一旦降水，降水速度反常的快，降水過度集中，地表水無法及時滲入地下，最后流入江河和大海。

三、目前控制地面沉降的方法

目前各地區已經采取了一系列措施在控制地面沉降，產生了一些成效，但地面沉降的大趨勢還在繼續。公路塌陷，天坑現象近年來普遍發生。目前采取的防治方法主要有1）嚴格限制地下水的開采2）地下水人工回灌以及含水層修復。該薦技術主要是通過深井或坑洞、古河道等將地表水灌入地下含水層，抬高地下水位，以達到控制地面沉降，修復含水層的目的。以上海為例，1966年開始到2016年據不完全統計回灌了7億五千立方米）此法充分利用了資源，目前已取得良好的效果。3）地面填高和防汛墻工程，將地面凹陷部分填高，以減少洪澇災害。上海市區自20世紀20年代以來，在黃浦江兩岸3次加高了防汛墻，使防汛標準由只能抵御不足百年一遇的高水位提高到千年一遇的水平，形成了抵御臺風、暴雨、天文高潮位和來自太湖流域的洪水的侵襲的屏障。

四、地下沉降防治待驗證的猜想和未來應該注意的問題

地層沉降與地下水位近年來的研究表明兩者并不是線性關系，短期內回灌地下水，無法嚴格控制地面沉降，有必要采取進一步的措施控制地面沉降重災區。地面沉降發生條件之一是地面荷載足以使得地面沉降。1）下圖是建筑地基工程常用的端承摩擦樁，能夠有效的減少地基沉降，特別是在類似與上海的軟土地區。在地面沉降大的地區打入一定密度的樁基至第四含水層此項措施面臨投資大，樁基難以穿透的問題。2），地下水是有限的，除嚴格限制地下水開采外，可建立固定的地下水回灌點，缺點是投資和工程量大，但是一旦穩定下來，將會減少很多由地面沉降引起的損失，處于地震斷裂帶的地區應禁止或部分禁止地下水開采。3）大氣環境變化一定程度上擾亂了地下水循環，保護環境勢在必行。4）建立嚴格的監測機制，實現全國數據連通，進行大數據分析。5）淺層地下水污染嚴重，環境保護是恢復水質的唯一辦法，淺層地下水開采危害遠比開采深層地下水下。6）采礦和采氣對地下沉降的影響也是不容忽視的，開采前務必最好調查工作。

地下沉降的治理工作進度是緩慢的，從長遠來看，積少成多，及時采取必要的防范措施是非常有必要的。

［1］薛禹群.中國地面沉降及其需要解決的幾個問題.第四級研究.2003

［2］段永侯.我國地面沉降研究現狀與21世紀可持續發展.中國地質災害預防治學報，1998，9（2）:1～5

［3］Forterre Y，Pouliquen O.Flows of dense granular media.Annu?al Review of Fluid Mechanics，2008，40（1）:1-24