雄安新區建設與地面沉降防治對策分析

文/張西春

雄安新區的設立，是以習近平同志為核心的黨中央作出的歷史性重大決策，是千年大計，國家大事。雄安新區規劃選址地處華北腹地，地勢相對平緩低洼，第四系沉積層厚度巨大、含水層豐富，淺層地層孔隙大、松軟、可壓縮性強。新區的設立與持續發展，需要完成巨大的基礎建設以及地下水資源綜合開發利用，勢必會帶來地面沉降災害發生的風險。本文結合天津、滄州等地區地面沉降實例，就雄安新區建設與發展中如何防治地面沉降問題進行初步探討，以期為新區建設與發展建言獻策，以期千年大計永固。

2017年4月1日，是一個值得永遠記住的日子。以習近平同志為核心的黨中央，經過深入調研、精心謀劃，宣布在華北腹地的雄縣、安新縣、容城白洋淀一帶成立國家級雄安新區。雄安新區的設立，是千年大計、國家大事。新區的設立與持續發展，需要眾多行業、眾多企業，巨大的基本建設投資來完成，而基本建設以及地下水開發利用，必然會帶來當地工程地質、水文地質的重大影響與變化。

多年來，由于自然地理因素、地下水過度開采以及基本建設引起的地面沉降問題，在京津冀、珠三角、長三角等經濟發達的平原地帶較為嚴重，也造成了一定程度的內澇、建筑受損、交通受限等災害，給經濟建設及人民日常生活帶來不便。雄安新區屬海河流域，為沖積平原，地勢相對平緩低洼，水文及工程地質條件較復雜；第四系沉積層厚度大、含水層豐富，淺層地層孔隙大、松軟、可壓縮性強，如地下水開采過量，可能導致地面沉降問題的發生。前車之鑒，雄安新區建設不能再走先開發再謀求治理的老路，必須在新區建設之初，就明確建設、開發基本理念，借鑒其他地區的經驗教訓，從源頭上預防地面沉降災害的發生。本文結合天津、廊坊、滄州等地區地面沉降發生、發展及治理情況，就雄安新區建設與發展過程中如何防治地面沉降問題進行初步探討，以期為新區建設與發展建言獻策。

一、天津、廊坊、滄州等周邊地帶地面沉降現狀

地面沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經濟活動影響下，由于松散地層固結壓縮，導致地面高程在一定范圍內降低的工程地質現象。上世紀70年代以前，由于平原地區多是“靠天吃飯”，地下水的抽取只是局部的、少量的，地面沉降主因是地層的正常固結壓縮，其沉降速率非常小。70年代以后，隨著工業化進程的飛速發展，地下水的利用直線上升，而地下水水位的飛速下降，造成地面沉降漏斗不斷擴大，并疊加連為一體，成為平原區主要地質災害之一。截至目前，中國已有50多個城市出現地面沉降，長三角地區、華北平原和汾渭盆地已成重災區。其中靠近雄安新區、地層地質條件較為接近的天津、廊坊、滄州等周邊城市，是地面沉降的重點區域。近十余年來，國家對地面沉降這一地質災害加大了防治力度，制定了《全國地面沉降防治規劃》，部分大、中城市對地下水開采采取了嚴控措施，已經取得了較為明顯效果，地面沉降速率明顯減緩。

（一）河北省廊坊、滄州地面沉降情況

河北省平原區地面沉降在全國來講也是非常嚴重的，其中廊坊、滄州等地尤為嚴重。

到1998年廊坊沉降中心累計沉降量已達548.23mm。雖然近年來對地下水開采采取了一定限制措施，沉降趨勢漸緩，但沉降范圍逐年擴大，已與霸州沉降區連成一體，沉降量大于300mm的面積將近2000平方公里，廊坊市城區附近沉降量大于500mm的面積已達60多平方公里。

滄州地區主要沉降中心在滄州市區和青縣城區內，至2001年累計沉降量為2236mm。城區西北部滄州市大化水廠，沉降量約為每年100mm～140mm之間，1983-2005年累計沉降量最大為1887mm。沉降大于600mm的面積相繼增加，說明地面沉降情況越來越嚴重。

（二）天津市地面沉降情況

天津市是我國沿海地區地面沉降最嚴重的地區之一，市內有不同程度地地面沉降，南部地區尤為嚴重，并與河北省沉降區連成一片。天津西站一帶是天津市嚴重的沉降中心之一，1959—2003年累計沉降量已達2.89m，武清區楊村鎮已近2.0m，西青區楊柳青鎮也已超過1.0m。近年來，天津市加大對地下水開采的控制，通過引灤入津、南水北調等工程，在很大程度上減少了地下水開采，地面沉降在一定程度上得到了有效遏制。

二、平原地區地面沉降主要成因及機理

地面沉降可以分為自然地面沉降和人為原因地面沉降。自然的地面沉降主要分為兩類：一類是地表松散或半松散的沉積層在重力的作用下，由松散到致密的成巖過程;另一類是由于地質構造運動、地震等引起的地面沉降。人為的地表沉降主要是大量抽取地下水，加之地面大量構筑物增加上覆壓力，導致松散土體排水固結，孔隙度變小，從而引起地面下沉。還有一類就是采礦等原因造成的地面下沉、塌陷。

三、雄安新區主要工程及水文地質概況

雄安新區規劃建設，起步區面積約100平方公里，中期發展區面積約200平方公里，遠期控制區面積約2000平方公里。新區地處北京、天津、保定腹地。說起雄安必然會提到白洋淀，對于搞地質的人來說，第一反應是：水！地表水、地下水開發利用與保護；第二反應是：地勢低洼、土質松軟！大規模的開發利用和工程建設帶來地面沉降的可能性極高，必須采取強有力的措施嚴格控制。

（一）地形地貌及主要氣象、水系

雄安新區屬海河流域沖積平原，地形平坦、低洼，地勢開闊，地面高程一般在10米以下，是海河流域重要的蓄滯洪區。沿線屬暖溫帶亞濕潤區，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季干冷，降雨量季節性差異大。年降雨量約500mm左右，年蒸發量約1500 mm左右。

白洋淀地勢低洼，為天然湖泊，匯集了上游發源于太行山麓的唐河、萍河、漕河、清水河、孝義河、龍河等九條河流之水，是河北省第一大內陸湖，總面積約366平方公里。上游河流大部分河流常年流水，流量受季節影響明顯，旱季流量小，甚至斷流，雨季流量較大。上游水庫有王快水庫、西大洋水庫、安格莊水庫、龍門水庫、瀑河水庫等。由于近年來降雨量偏少，地下水抽取量加大地下水水位降低等原因，白洋淀曾一度干涸，為確保白洋淀這個璀璨的“華北明珠”再度星光閃閃，政府采取了多項措施，引水入白洋淀。

（二）工程地質及水文地質情況

該區域地層屬華北地層系，第四系地層厚度巨大，約400-500米。表層為第四系全新統沖積層，部分沖湖積層，多為粉土、粉質黏土、黏土及粉細砂層，呈互層或透鏡體狀，局部夾有淤泥質土，該層厚度一般40m左右，偶見鈣質結核，該層土體尤其是上部，土質松軟，可壓縮性強，部分呈欠固結狀態；其下為第四系上更新統沖積層，黏土、粉質黏土、粉土、粉細砂為主，含不規則鈣質結核和鐵錳結核，局部鈣質結核層富集，厚度可達30cm～40cm，該層厚大于50m。其下為中新更統、下更新統地層，以粘土、粉質粘土、粉土為主，厚度約350m左右。

新區地下水資源相對較豐富，地下水絕大部分是淡水，主要為第四系孔隙潛水，賦存于第四系松散堆積層中，局部具承壓性，其中砂類土層為主要含水層，含水層厚度變化較大，淺層地下水埋藏一般為1m～15m，第四系地層中主要有4-5個主要含水層，分布于不同深度。地下水主要靠大氣降水及地表水補給，以蒸發排泄為主。

（三）地下水開發利用現狀及規劃

雄安新區規劃范圍內，以農業為主，旅游、工業、水產養殖為輔。地下水的利用主要有：農耕灌溉為主，工業用水、少量的地熱開發為輔，區域內尚未形成大規模開采地下水的局面。新區蘊藏的地熱資源儲藏廣泛，達數百億噸，且埋藏淺、水溫高、水質好、自噴力強。地熱目前有部分開發，將來新區開發也將地熱資源利用作為其中一項重大的措施。

四、雄安新區建設特點以及地面沉降防控措施

（一）新區建設的幾個顯著特點

從雄安新區的定位，可以看出，新區未來的發展主要是疏解北京非首都功能，從建設、發展來講，首都北京除了政治這個純粹的功能，其他諸如各類企業、高等教育、文化娛樂、金融機構都有可能搬遷到新區。以此分析，新區基本建設主要可以歸類為以下幾種：一是外部的交通建設類，比如高速鐵路、城際鐵路、高速公路、機場；二是城市交通建設類，比如地鐵、輕軌、懸掛式單軌列車以及綜合交通樞紐等；三是商場、廠房、辦公樓、學校等各類建筑建設施工；四是綜合管廊及城市道路；五是地熱開發設施建設及利用。雄安新區作為國家千年大計，必然有著周密的宏觀規劃與詳細建設規劃，從建設板塊上、從建設時序上、從預防為主的理念上都會有著較為周密的安排。在整個建設過程中，有以下幾個較為突出的特點：

1.主城區建設周期相對較短

雄安新區首期建設100平方公里，就目前的形勢來看，這100平方公里的建設，應該是快速的、集中的，重點的工程將在首期建設之中迅速拔地而起。

2.階段性與區域性

雄安新區規劃建設已分三期開展。也就是說，先中心地帶，再逐步向外擴展，形成三個建設階段。相對來講，第一個建設階段相對集中，相應的基礎建設、各種構筑物會較為密集，成為新區的中心、主城區；第二個階段從時長上會較第一階段略為延長，成為主城區環狀帶；第三個階段，則是一個相對漫長的階段，相應的基礎建設、各種構筑物較之中心城區，會形成相對松散的片狀或衛星狀。

3.空前的地下開發

雄安新區的建設，是在一個還沒有深度開發利用的“處女地”進行，結合國內外多年來的城市建設經驗，向地下要空間勢必成為主流，地鐵、地下商場、地下停車場等將會規模化發展。

（二）雄安新區建設發展過程中會引起地面沉降的主要因素

從新區建設開發工程來講，不外乎是在開發地上空間的基礎上，大力開發地下空間，開發潔凈能源。從新區工程建設特點、工程地質及水文地質情況分析，地面沉降是開發建設及發展過程中最需要重視的、最有可能發生的最主要的地質災害。雄安新區，未來可能引起地面沉降的主要因素是：超量開采第四系地層地下水，地下空間建設過程中基坑抽水，以及地熱水的開發利用。

（三）地面沉降給雄安新區開發、發展帶來的問題

雄安新區第四系地層厚度巨大，其表層40米以上地層較為松軟，部分為欠固結狀態，地層中含水層開發利用尚未大規模開展，地面沉降尚未形成規模，具備了由于地下水開采引起地面沉降的工程及水文地質條件。因此，如果地下水抽取不能得到嚴格管控、建筑規模不能有所控制以及建筑程序顛倒造成反復拆建等，就會引起地面沉降地質災害的發生。而一旦發生地面沉降，和天津、廊坊、保定以及上海等平原地區城市地面沉降帶來的危害一樣，造成大部分區域的地面高程損失，將影響到基礎設施的穩固以及建筑物的安全與使用，引起城市排水不暢、河道排洪能力下降等次生效應，從而給人民財產安全帶來隱患，給社會民生帶來不可估量的損失。

（四）地面沉降主要預防整治措施

從既有地面沉降預防和治理措施和經驗來看，預防和整治地面沉降主要是從管理對策上著手，從技術對策上控制。鑒于大范圍地面沉降不可逆性，所有的對策都應該是貫穿預防措施為主、治理措施為輔的理念。

1.管理對策

一是可以參照天津市的做法，構建新區地面沉降管理機構及管理網絡，相關部門明確責任義務，實現地面沉降控制與地下水開發利用、節水統一管理。二是在制定新區地表水、地下水水資源開發利用等規劃時，將沉降控制作為重要指標，統一實施、綜合管理。全面規范取水許可審批制度，嚴格實行地下水項目控制、地面沉降一票否決制度。

2.技術對策

（1）建立嚴密的、精確地測控網

就目前來講，新區規劃范圍內，尚未建成精密控測網。在新區建設之初，就應該將建立精密控測網作為一項重要舉措，為后續新區開發建設提供有力支撐。只有形成嚴密的測控系統，才能夠及時了解區域沉降程度，及時采取相應防范和處理措施，避免造成災害性的結果。

（2）保證充裕的地表水保有量

合理保有并利用地表水，是減少地下水資源超量開采的一個重要、關鍵因素。同時地表水、地下水具有一定的連通性，確保地表水的保有量，也是確保地下水補給源的保有。而該地區蒸發量遠大于降雨量，因此要保證充裕的地表水保有量，雨水的合理收納與利用是一個關鍵措施。僅宏觀上就雄安地區地表水及地下水情況來看，維持2000平方公里的工業、農業生產的應用，是遠遠不夠的，一個較為直接的方法就是充分利用既有南水北調工程，引長江之水以濟新區發展，同時以海綿城市理念，建設新區，充分利用雨水資源。只有充分保有地表水資源，充分利用地表水，才有可能真正控制好地下水的開采。

（3）嚴格控制地下水的開發

地面沉降的主要因素是由于過量抽取地下水造成水位下降，引起土體壓縮固結而形成。因此，在新區建設、開發的前提下，要嚴格控制地下水的開采量，避免形成沉降漏斗。

根據新區建設規劃，制定相應的地下水利用規范、規定以及防治措施，規劃出地下水控采、限采范圍。采取嚴格的措施，禁采、限采，對地下水合理開發利用，有效預防和控制地面沉降問題的發生。

就目前所掌握的資料看，地面沉降多產生于中、淺層地下水的開采，對于深層地下水的開采對地面沉降的影響，尚無很系統的研究，但深層地下水過度開采，同樣會引起地面沉降，這是毋庸置疑的。需要對深層地下水的開發加以重視，尤其是以地熱資源豐富著稱、而且還要進行深度開發的地熱資源，更是要保護性開發利用。

（4）在地下施工過程中嚴格控制降水措施

無論是地鐵施工、其他建筑物地下部分施工，都會在一定程度上采取定點降水的方式。因此需要對降水措施做好嚴格的計算、設計和控制，最大程度上避免建筑物周圍土體的壓縮固結造成的地面沉降。

（5）科學合理的建設工程的時序性

科學合理的建設工程的時序性，可以避免以往城市建設過程中拆了建、建了拆的弊端，也能夠在一定程度上避免重復建設對地下水的抽取以及建筑物的影響，抑制地面沉降現象的發生和發展。在建設過程中以下幾點需要注意：

一是交通類建設優先

區域性的建設，首先要做好交通設施的規劃和建設。只有相關交通基礎設施完備了，各類樓宇、工廠、學校等才能更好地陸續完成建設。交通建設要切實做好以下兩點：一是地面交通優先，二是要做好相關交通設施的預留規劃,如地鐵、輕軌等，以避免在后期建設工程中過多地拆除和影響既有建筑、造成地下水下降引起地面沉降。

二是綜合管廊優先

許多年以來，我國的城市建設總是在拆了建，建了拆的誤區里，尤其是相關水、電、氣、通信等管道，造成了城市道路始終是在挖溝與填溝中循環。因此，新區建設一定要吸取以往的經驗教訓，做好綜合管廊設計，給馬路安裝好“拉鎖”。

三是海綿城市規劃優先

眾所周知，中國是一個水資源缺乏國家，雄安新區所處區域也不例外，近年來提出的海綿城市建設理念，要切實應用到新區建設當中來，充分收集利用雨水資源，降低對地下水的開采，加強地表水對地下水的補給。

四是地面建筑規模控制

地層的壓縮固結主要與兩個方面有關系，一個是排水，一個是上覆壓力，上覆壓力愈大，則壓縮固結程度越高，造成的沉降越大。因此，新區的建設在某種程度上，要對建筑物的規模、高度等采取一定的限制措施。

五是地下水的回灌

地下水的回灌，可以一定程度上補充由于地下水、氣、油等造成的土體孔隙的不飽和，尤其是應用到地熱開采、石油開采等方面，也是一個預防地面沉降行之有效的方式。

五、結語

雄安新區，是千年大計、國家大事，在開發建設的同時，必須要積極預防開發建設所帶來的負面影響，絕不能走先開發，再治理的老路。作為地勢相對低洼、第四系松散地層厚度大、含水層較多等特點的雄安新區，存在地下水開采控制不嚴等因素引發地面沉降問題的可能性，如不提前做好預防措施，將會對未來新區的建設、發展以及日常生活帶來不可估量的損失，影響到經濟、社會和諧發展。因此，要從源頭抓起，切實做好地下流體資源（地下水、石油、地熱等）開發利用，切不可盲目開發、過度開采。同時要做好密集高大建筑建設規劃、基坑排水、油田注水等過程中地面沉降防治等工作，做好監測網的布設及測量實施，嚴控新的地面沉降誘因的發生，促進雄安新區的可持續、健康穩定發展。