太原市地面沉降發(fā)展概況及其危害

周艷萍

摘 要：首先通過收集大量的歷史資料，總結(jié)太原市地面沉降的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，將其劃分為五個階段：1956—1981年為地面沉降中心初步形成階段，1982—1989年為快速發(fā)展階段，1990—2000年為持續(xù)急劇擴展階段，2001—2004為緩慢發(fā)展階段，2004年至今為治理階段。最后，分析太原市地面沉降對城市規(guī)劃、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及人民生活及城市的可持續(xù)發(fā)展造成的影響。

關(guān)鍵詞：地面沉降；發(fā)展歷史；危害

中圖分類號：P642.26 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2017）30-0190-03

近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市化進程日漸加快，人類對環(huán)境和資源的開發(fā)與利用也越來越深入，從而引發(fā)了一些人為地質(zhì)災害，嚴重制約了社會與經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，并造成了巨大的損失。地面沉降是地質(zhì)災害中的一個主要災種，它是由于地下支撐物（多孔介質(zhì)骨架）的垂向壓縮而導致的地面標高損失，一般是通過測量水準點的高程變化而發(fā)現(xiàn)的。具體而言，它是在自然和人為因素作用下，由于地殼表層土體壓縮而導致區(qū)域性地面標高降低的一種累進性的緩變地質(zhì)災害[1～5]。

太原市是山西省政治、經(jīng)濟、文化中心，在我國中西部開發(fā)戰(zhàn)略中起著重要的作用。但近年來，隨著人口的增加和城市建設的飛速發(fā)展，水資源短缺的瓶頸越來越明顯，地下水開采量逐年上升；同時，由于超采地下水引發(fā)的地面沉降也愈演愈烈，沉降范圍和幅度逐年擴大。目前，太原市已形成了五個沉降漏斗區(qū)，最大累計沉降量達3 122mm，成為我國地面沉降較嚴重的城市之一，地面沉降給太原市的城市建設和人民生活帶來了諸多危害[6～9]。

一、太原市地面沉降發(fā)展歷史

根據(jù)多年來監(jiān)測資料分析，不同時期地面沉降的沉降范圍、面積、沉降量以及速率等均不相同，根據(jù)這些特征可將太原市地面沉降的發(fā)展歷史劃分為四個階段，即初步形成階段、快速發(fā)展階段、持續(xù)急劇擴展階段和緩慢發(fā)展階段。

1. 1956—1981年地面沉降概況。1956—1981年為地面沉降中心初步形成階段，其中，1965年以前無明顯地面沉降現(xiàn)象；1965—1970年是緩慢沉降時期；1970—1981年是地面沉降不均勻發(fā)展時期。從中可以看出，截至1981年，外圍閉合線為20mm，沉降范圍為：北起下薛村，南至西草寨，西起晉源鎮(zhèn)，東至西溫莊；南北長約36km，東西寬約10km，沉降面積358km2。在此期間形成了吳家堡沉降中心，形狀似西瓜狀，長軸為北東——南西向，外閉合線為200mm，內(nèi)閉合線為800mm，沉降漏斗面積為52.5km2。

2. 1982—1989年地面沉降概況。1982—1989年為地面沉降快速發(fā)展階段，從中可以看出，1989年外圍半閉合線已擴展至50mm，南北長約37km，東西寬約12km，沉降面積為441.8km2；西部向南寒沖洪積扇區(qū)及黃土臺塬區(qū)延伸，南部50～200mm沉降等值線已撇開呈喇叭形，向盆地區(qū)伸延。在此期間形成了2處沉降區(qū)和4個沉降漏斗中心，西張沉降中心：呈橢圓狀，長軸為北西——南東向，外閉合線為300mm，內(nèi)閉合線為400mm，沉降漏斗面積為16.47km2。城區(qū)沉降區(qū)外圍閉合線為300mm，沉降范圍為：北至小東流，南至武家寨，長軸為北西——南西向，南北長約23km，東西寬約8km，沉降漏斗面積153.14km2。其中，3個沉降中心為：（1）萬柏林沉降中心，外閉合線400mm，沉降漏斗面積為2.14km2；（2）下元沉降中心，呈葫蘆狀，南北寬約2km，東西長約4.5km，外閉合線500mm，沉降漏斗面積為7.49km2；（3）吳家堡沉降中心，長軸為北東——南東向，南北長約11km，東西寬約6.5km，外閉合線500mm，沉降漏斗面積為55.12km2。

3. 1990—2000年地面沉降概況。1990—2000年為地面沉降持續(xù)急劇擴展階段，到2000年為止，外圍半閉合線已擴展至100mm，南北長約38km，東西寬約12.5km，沉降面積為453.3km2。西部50mm輔助線已延伸至黃土臺塬風聲河——西銘，東部100～200mm沉降等值線已撇開呈喇叭形，向榆次方向延伸，南部100～500mm沉降等值線也已撇開，急劇向盆地延伸。在此期間4個沉降漏斗的面積均迅速擴展。西張沉降中心，形狀似圓狀，外閉合線400mm，內(nèi)閉合線600mm，沉降漏斗面積為28.6km2。城區(qū)沉降區(qū)已擴展至400mm半閉合線，沉降范圍北至新村，南部撇開呈喇叭狀，南北長約28km，東西寬約9km，沉降漏斗面積為232.28km2。其中，3個沉降漏斗中心的具體情況如下：（1）萬柏林沉降中心，呈圓狀，外閉合線為700mm，內(nèi)閉合線為900mm，沉降漏斗面積為7.2km2；（2）下元沉降中心，呈橄欖狀，南北長約1.8km，東西寬約4km，外閉合線為900mm，內(nèi)閉合線為1 400mm，沉降漏斗面積為5.81km2；（3）吳家堡沉降中心，呈密網(wǎng)狀，長軸為北東——南西向，外閉合線為1 000mm，內(nèi)閉合線為2 800mm，沉降漏斗面積為46.82km2，漏斗中心有向東移的趨勢。

4. 2001—2004年地面沉降概況。2001—2004年為地面沉降緩慢發(fā)展階段。其中，西張沉降中心向西擴展，但沉降速率減緩；吳家堡沉降中心向小店鎮(zhèn)方向發(fā)展，外閉合線為1 100mm，內(nèi)閉合線為3 000mm；下元沉降中心有向西移動的趨勢；萬柏林和下元沉降中心已逐漸連成一片；小店附近形成新的沉降中心。

二、2004年以來地面沉降表現(xiàn)出的新特征

2004年以來為地面沉降治理階段。鑒于太原市地下水資源的極度缺乏和地面沉降的嚴重現(xiàn)狀，市政府長期以來投入巨資致力于引黃入晉工程建設。2002年12月19日引黃河水入太原市，2003年11月引黃入并首期40萬m3/d供水能力系統(tǒng)建成，同月又發(fā)出了《太原市人民政府關(guān)于引黃供水關(guān)井壓采的通告》，一場關(guān)井壓采工作全面展開。截至2006年6月8日，共關(guān)閉了130個單位的地下水開采自備井245眼，壓縮地下水開采量25萬m3/d。正是由于采取了這些有效的控制措施，據(jù)最新觀測資料顯示，2004—2006年間地面沉降已經(jīng)趨于緩和，各沉降區(qū)呈現(xiàn)出如下特征：西張沉降區(qū)，個別觀測點出現(xiàn)反彈，反彈量10～20mm；城區(qū)沉降區(qū)，總體地面沉降向南延伸。下元沉降中心繼續(xù)西移，中心位置在閆家溝附近，沉降速率90mm/a；吳家堡沉降中心的沉降速率較2004年以前趨緩，年均沉降速率為65mm/a；小店區(qū)附近新的沉降中心沉降速率最大點位于孫家寨，年均沉降速率為100mm/a。endprint

三、太原市地面沉降造成的危害

太原市地面沉降發(fā)生時間較早，歷史較長，目前已成為本市主要的地質(zhì)災害之一，對城市規(guī)劃、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及人民生活均造成了很大的影響，在某種程度上已經(jīng)制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。它所引發(fā)的災害與環(huán)境影響主要有以下幾個方面：

1.雨季積水嚴重，造成房屋開裂，甚至倒塌。太原市地面沉降的首要危害是雨季積水、房屋倒塌現(xiàn)象嚴重，其中最嚴重的地方是南郊武家莊村。武家莊村地處晉陽湖北畔，曾是一個遠近聞名的富裕村；然而，近二十年來，由于地面沉降的發(fā)生，群眾生活水平及農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)下滑。武家莊村地面沉降區(qū)呈鍋狀，深度約3m，居民區(qū)正處于鍋底中央。周圍約5km2范圍的降水及廢水向這里匯集，導致該村一年中有多半時間浸泡在泥水中。農(nóng)田水利設施全部毀壞，1 800畝耕地荒蕪；全村50處老宅院全部倒塌，90%的新房成為危房；村民的車輛、家具、家電等均遭損壞；糧食受潮；村民常年生活在潮濕環(huán)境中，免疫力下降，發(fā)病率增高。以上各種損失粗略估算為2.194億元。

2.地面水準點失準。地面水準點在太原市城市建設中起著重要的作用，是城市規(guī)劃和建設的主要依據(jù)，但由于地面沉降的發(fā)生，造成部分水準點數(shù)據(jù)損失，給相關(guān)工作帶來了嚴重的影響和干擾，浪費了極大的人力、物力和財力。據(jù)粗略統(tǒng)計，1981—2004年間，因地面沉降而導致的測量標志和測量成果的損失達6 000多萬元。

3.基礎下沉，地裂縫頻頻發(fā)生。由于地面不均勻下沉，太原市南內(nèi)環(huán)橋自1988年建成以來，橋上下錯動達10cm，并出現(xiàn)多處裂縫；舊迎澤大橋出現(xiàn)橋墩下陷、橋面開裂現(xiàn)象。此外，吳家堡村所遭受的危害也十分嚴重，地基下沉達1.5～2.5m。

4.城市管網(wǎng)安全受到威脅。一些城市管網(wǎng)隨地面不均勻沉降發(fā)生彎曲變形，導致管道漏水、漏氣甚至折斷，直接影響了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及市民生活。例如武家寨地區(qū)，由于地面沉降引起排水不暢、管道倒流，給水、煤氣、熱力等管線都受到了嚴重威脅。

5.井管上升。迎新街觀測站J34孔的井管座落在深部基巖上，自1984年以來，由于地面沉降井管相對升高了330mm。

6.含水層結(jié)構(gòu)損失。據(jù)太原市地面沉降分層標監(jiān)測資料顯示，黏性土的失水壓密是地面沉降的主要原因。由于黏性土層發(fā)生非彈性壓縮，所以即使地下水位得到恢復，黏性土含水層也不會發(fā)生反彈，這樣就導致了地下水存貯空間減少，儲藏能力降低，含水層結(jié)構(gòu)損失。

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[責任編輯 李春蓮]endprint