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The city ground subsidence cause analysis and control countermeasures
(Chen Shenglin hubei geological environment station 430051)
摘要:针对国内外城市地面沉降的现状及造成的严重危害,从影响因素方面出发，阐明地面沉降的原因 ,并相应采取防治措施,从而控制城市地面沉降的深度发展。
关键词:地面沉降,成因分析,影响因素,防治措施
Abstract: aiming at the city ground at home and abroad and the present condition of the subsidence caused serious harm, from the aspects of influencing factors, expounds the cause of ground subsidence, and take corresponding prevention and control measures, so as to control the city ground settlement depth development.
Key words: the ground settlement, cause analysis, influence factors, prevention and control measures
中图分类号：P642.26文献标识码：A 文章编号：
地面沉降又称为地陷。在我国《地质灾害防治条例》中，它被定义为“缓变性地质灾害”。它的影响因素可分为自然地质因素和人为因素，在城市中，随着城市建设的步伐加快，城市地面沉降是一种受城市经济活动影响的人为地质灾害。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），只要人们找准原因，采用合理的控制手段，城市地面沉降是完全可以控制的。
1、国内外城市地面沉降的现状与危害
1.1、现状
据资料记载，1891年墨西哥最早发生地面沉降，首都墨西哥城座落在高山谷地冲击平原上，现在该城市已形成世界上罕见的大面积沉降区，城市地面大约下陷9米。
美国路易斯安那州的新奥尔良，自1978年以来，地面下沉4.5米，是全美下降速度最快的地方，被称为“下陷之城”。
日本的地表沉降面积约8450平方公里，占全国陆地总面积2.23%。其中，年下降2厘米以上的为624平方公里，在海平面以下的为1125平方公里。1898 年，在新泻发生地面沉降 ,是日本最早的地面沉降，至1958年地面沉降速率达530 mm/a ,1952-1956年新泻是日本地面沉降最严重的地区。
泰国首都曼谷以每年1.5厘米至5.3厘米的速度下沉，直到现在城区已经有一大部分处于海平面之下。2011年曼谷洪水泛滥的原因 ，除了气候，就是地面沉降，导致海水回灌进曼谷。
1.2、危害
（1）造成建筑物的下沉及破坏。地面沉降造成建筑物的整体下沉,影响了原建筑物的正常使用,局部地段地面不均匀下沉至使大型建筑物开裂、破坏。
（2）破坏了市政设施。地面沉降威胁着煤气、供水等市政管线的安全。
（3）加剧了洪涝灾害。地面沉降也影响了城市防洪。除因下水道等原因造成大面积积水,地面沉降还造成防汛墙失去作用,河流泄洪能力减弱。
2、城市地面沉降的原因分析
2.1、自然地质因素
（1）土壤的自然压缩：即土壤中的有机物会慢慢分解，在自然重力作用下，原来的松散
层或半松散地层变成致密、坚硬或半坚硬岩层，地层厚度变小而发生沉降。
（2）地壳近期的断陷下降运动。虽运动速率较低,但具有长时期的持续性。在某些新构造运动活跃的地质构造单元中,如断陷盆地或沉降带内,沉降速率可达到每年数毫米,这种下降速率对跨越不同地质构造单元的大型线性工程的稳定性会产生不良影响。断陷下降运动主要控制沉积环境,其构造下沉的影响是大区域的,是人类活动诱发地面下沉的前提条件。
（3）地震、火山活动及滑坡。引起暂时性的地面垂直或水平位移,但不会导致长时期的持续下降。
2.2、人类工程经济活动因素
（1）大量开采地下水资源。当开采量超过含水系统补给资源范围内而长期动用其存储资源时,区域地下水位将不断下降,并产生等效附加应力作用。此时,含水层本身除产生弹性变形外,还存在一定的塑性变形。前者可随地下水储量的可能恢复而复原,后者不能恢复。
（2）建筑物静动荷载，随着城市建筑高层化、密集化的趋势，对城市地表沉降影响有限，破坏性是局部的。
3、城市地面沉降的防治
人类不仅能够认识自然,也能够利用自然的规律与自然协调,进而为人类服务。与滑坡、崩塌、泥石流等突变型地质灾害不同,地面沉降是一种渐进的、累积的缓变型地质灾害。它的缓变,正好给了人类充分的时间来从容应对。实践表明,只要人类深入研究其机理,逐步认识其规律,由政府发挥主导作用,通过政策、法律、技术等多种手段加以综合防治,地面沉降完全可以得到控制。防治的措施可以歸纳如下几点：
3.1、控制地下水开采量
自2003年起，为缓解地面沉降的压力，上海开始继续减少地下水开采量，据上海市政府网站发布的2009年和2010年水资源公告显示，2009年上海市地下水实际开采总量为2553万立方米，比2008年减少632万立方米；地下水人工回灌总量为1755万立方米。2010年，上海地下水开采量已压缩到2000万立方米，是建国以来上海地下水开采量的最低点，仅仅是1963年开采量的十分之一。
3.2、人工补给地下水
人工补给地下水,实际上是用人工采用地表水回灌方法补充地下水量,以抬高地下水位,达到缓和沉降速率的效果，从而达到了基本上控制地面沉降的目的。我国上海最先运用人工回灌的方法控制地面沉降,并在此基础上发展了冬灌夏用和夏灌冬用等一整套完整的方法。自1966年以来,上海的地面沉降已基本得到缓解，实现了使地下水位上升以达到控制地面继续沉降的目的。此方法值得沉降地区借鉴。
3.3、调整地下水开采层次
对开采量过于集中的层次减少其开采量,将这部分开采量挪到其它层次。这样可以减缓地区的地面下沉。如上海市,第二、三含水层严重超采,而第四、五层水层的开采量相对较少。根据深部土层的单位变形量明显小于浅部土层,用等量开采第四、五层含水层地下水产生较小的地面沉降量,来代替开采第二、三含水层产生较大的地面沉降,达到控制地面沉降的目的。
3.4、政府行政手段方面
(1) 健全法制，加强管理，规范地下水的开采活动。城市地下水资源开发利用必须充分体现保护自然资源和生态环境持续利用的生态观、促进区域经济增长的发展观和确保地区社会进步的文明观,使得资源利用、环境保护、经济发展和社会进步达到有机协调,确保地区经济和社会可持续发展。而这些地区经济和社会可持续发展的体现，需要政府健全有关法制，规范开采水资源制度。
(2) 政府应将地面沉降监测研究、防治与城市规划、建设与管理各方面相结合考虑,形成“重视成本效益”的地面沉降监测与防治社会决策体系,及时了解城市在规划、建设与管理过程中所需要的地质信息与服务。建立地面沉降预警预报体系,以系统的地面沉降监测网为依托,以地面沉降预测预报为基础,以地理信息系统为支撑,及时地对不同空间的地面沉降速率及对防汛、重大市政工程的影响做出警示。
参考文献：
1、 罗国煜，李生林.《工程地质学》，地质出版社1982.326
2、 万艳华.《城市防灾学》，北京：中国建筑工业出版社，2003.67
3、 刘起霞，李清波.《环境工程地质》，郑州：黄河水利出版社，2001.59
(Chen Shenglin hubei geological environment station 430051)
摘要:针对国内外城市地面沉降的现状及造成的严重危害,从影响因素方面出发，阐明地面沉降的原因 ,并相应采取防治措施,从而控制城市地面沉降的深度发展。
关键词:地面沉降,成因分析,影响因素,防治措施
Abstract: aiming at the city ground at home and abroad and the present condition of the subsidence caused serious harm, from the aspects of influencing factors, expounds the cause of ground subsidence, and take corresponding prevention and control measures, so as to control the city ground settlement depth development.
Key words: the ground settlement, cause analysis, influence factors, prevention and control measures
中图分类号：P642.26文献标识码：A 文章编号：
地面沉降又称为地陷。在我国《地质灾害防治条例》中，它被定义为“缓变性地质灾害”。它的影响因素可分为自然地质因素和人为因素，在城市中，随着城市建设的步伐加快，城市地面沉降是一种受城市经济活动影响的人为地质灾害。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），只要人们找准原因，采用合理的控制手段，城市地面沉降是完全可以控制的。
1、国内外城市地面沉降的现状与危害
1.1、现状
据资料记载，1891年墨西哥最早发生地面沉降，首都墨西哥城座落在高山谷地冲击平原上，现在该城市已形成世界上罕见的大面积沉降区，城市地面大约下陷9米。
美国路易斯安那州的新奥尔良，自1978年以来，地面下沉4.5米，是全美下降速度最快的地方，被称为“下陷之城”。
日本的地表沉降面积约8450平方公里，占全国陆地总面积2.23%。其中，年下降2厘米以上的为624平方公里，在海平面以下的为1125平方公里。1898 年，在新泻发生地面沉降 ,是日本最早的地面沉降，至1958年地面沉降速率达530 mm/a ,1952-1956年新泻是日本地面沉降最严重的地区。
泰国首都曼谷以每年1.5厘米至5.3厘米的速度下沉，直到现在城区已经有一大部分处于海平面之下。2011年曼谷洪水泛滥的原因 ，除了气候，就是地面沉降，导致海水回灌进曼谷。
1.2、危害
（1）造成建筑物的下沉及破坏。地面沉降造成建筑物的整体下沉,影响了原建筑物的正常使用,局部地段地面不均匀下沉至使大型建筑物开裂、破坏。
（2）破坏了市政设施。地面沉降威胁着煤气、供水等市政管线的安全。
（3）加剧了洪涝灾害。地面沉降也影响了城市防洪。除因下水道等原因造成大面积积水,地面沉降还造成防汛墙失去作用,河流泄洪能力减弱。
2、城市地面沉降的原因分析
2.1、自然地质因素
（1）土壤的自然压缩：即土壤中的有机物会慢慢分解，在自然重力作用下，原来的松散
层或半松散地层变成致密、坚硬或半坚硬岩层，地层厚度变小而发生沉降。
（2）地壳近期的断陷下降运动。虽运动速率较低,但具有长时期的持续性。在某些新构造运动活跃的地质构造单元中,如断陷盆地或沉降带内,沉降速率可达到每年数毫米,这种下降速率对跨越不同地质构造单元的大型线性工程的稳定性会产生不良影响。断陷下降运动主要控制沉积环境,其构造下沉的影响是大区域的,是人类活动诱发地面下沉的前提条件。
（3）地震、火山活动及滑坡。引起暂时性的地面垂直或水平位移,但不会导致长时期的持续下降。
2.2、人类工程经济活动因素
（1）大量开采地下水资源。当开采量超过含水系统补给资源范围内而长期动用其存储资源时,区域地下水位将不断下降,并产生等效附加应力作用。此时,含水层本身除产生弹性变形外,还存在一定的塑性变形。前者可随地下水储量的可能恢复而复原,后者不能恢复。
（2）建筑物静动荷载，随着城市建筑高层化、密集化的趋势，对城市地表沉降影响有限，破坏性是局部的。
3、城市地面沉降的防治
人类不仅能够认识自然,也能够利用自然的规律与自然协调,进而为人类服务。与滑坡、崩塌、泥石流等突变型地质灾害不同,地面沉降是一种渐进的、累积的缓变型地质灾害。它的缓变,正好给了人类充分的时间来从容应对。实践表明,只要人类深入研究其机理,逐步认识其规律,由政府发挥主导作用,通过政策、法律、技术等多种手段加以综合防治,地面沉降完全可以得到控制。防治的措施可以歸纳如下几点：
3.1、控制地下水开采量
自2003年起，为缓解地面沉降的压力，上海开始继续减少地下水开采量，据上海市政府网站发布的2009年和2010年水资源公告显示，2009年上海市地下水实际开采总量为2553万立方米，比2008年减少632万立方米；地下水人工回灌总量为1755万立方米。2010年，上海地下水开采量已压缩到2000万立方米，是建国以来上海地下水开采量的最低点，仅仅是1963年开采量的十分之一。
3.2、人工补给地下水
人工补给地下水,实际上是用人工采用地表水回灌方法补充地下水量,以抬高地下水位,达到缓和沉降速率的效果，从而达到了基本上控制地面沉降的目的。我国上海最先运用人工回灌的方法控制地面沉降,并在此基础上发展了冬灌夏用和夏灌冬用等一整套完整的方法。自1966年以来,上海的地面沉降已基本得到缓解，实现了使地下水位上升以达到控制地面继续沉降的目的。此方法值得沉降地区借鉴。
3.3、调整地下水开采层次
对开采量过于集中的层次减少其开采量,将这部分开采量挪到其它层次。这样可以减缓地区的地面下沉。如上海市,第二、三含水层严重超采,而第四、五层水层的开采量相对较少。根据深部土层的单位变形量明显小于浅部土层,用等量开采第四、五层含水层地下水产生较小的地面沉降量,来代替开采第二、三含水层产生较大的地面沉降,达到控制地面沉降的目的。
3.4、政府行政手段方面
(1) 健全法制，加强管理，规范地下水的开采活动。城市地下水资源开发利用必须充分体现保护自然资源和生态环境持续利用的生态观、促进区域经济增长的发展观和确保地区社会进步的文明观,使得资源利用、环境保护、经济发展和社会进步达到有机协调,确保地区经济和社会可持续发展。而这些地区经济和社会可持续发展的体现，需要政府健全有关法制，规范开采水资源制度。
(2) 政府应将地面沉降监测研究、防治与城市规划、建设与管理各方面相结合考虑,形成“重视成本效益”的地面沉降监测与防治社会决策体系,及时了解城市在规划、建设与管理过程中所需要的地质信息与服务。建立地面沉降预警预报体系,以系统的地面沉降监测网为依托,以地面沉降预测预报为基础,以地理信息系统为支撑,及时地对不同空间的地面沉降速率及对防汛、重大市政工程的影响做出警示。
参考文献：
1、 罗国煜，李生林.《工程地质学》，地质出版社1982.326
2、 万艳华.《城市防灾学》，北京：中国建筑工业出版社，2003.67
3、 刘起霞，李清波.《环境工程地质》，郑州：黄河水利出版社，2001.59