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浅谈地面沉降的原因与控制措施

摘要：目前，经济的发展与环境的保护已成为不可调和的矛盾，特别是城市经济的发展对地下水的开采量不断增加，这导致了地下水过度开采而使地面沉降，制约了经济的发展，地面沉降也由此成为环境地质研究的主要内容之一。

关键词：地面沉降地下水人为因素自然因素

引言：地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象。我国地面沉降主要集中在中部和东部沿海城市，对这些经济高速发展的地区危害极大。从我国地面沉降的特点来看，地下水的过度开采时主要原因，另外还包括地质的变形等自然因素。本文分析了我国地面沉降的基本状况，从自然因素和人为因素阐述了地面沉降出现的原因，并提出了解决地面沉降的方法。

一、我国地面沉降的基本状况

地面沉降形成的主要原因是人类的活动和地质作用，而地下水的过度开采是主要原因。从地面沉降的基本状况而言，地面沉降的地区范围大，过程比较缓慢，因此早期不易发现沉降问题所在。一般发生在中东部大中城市，对人们生活影响极大，成为一种严重的环境地质灾害。

从地域分布情况看，地面沉降主要分布在三角洲和平原上，以及山间的盆地，这三种类型的地质是地面沉降发生的主要区。另外，随着地面沉降的出现，与其相关的地裂缝也同时出现了。在地面沉降频繁发生的地区中，上海是最为突出的列子。地处长江三角洲，至今沉降面积已达1000平方公里。对比之前的环境可以看出，伴随着乡镇工业和城市经济的发展，地表水被污染，开始大量开采地下水，地下水位迅速下降，形成区域性的漏斗，逐渐出现地面下沉。

地面沉降的危害范围广，主要体现在：危害地面高程，洪涝加剧，比如上海由于高程的损失，城市面临着严峻的防洪压力，某些沿海地区在防风暴的能力方面也不足，风暴潮频发；其次地面沉降导致地面承重压力不均，破坏建筑物地基，影响建筑的使用功能和危害人的生命财产。

二、关于地面沉降的成因

地面沉降的主要原因是长期过度的开采地下水，使得承压含水层水头降低，上部高压缩软土层中孔隙水压力降低，内有压力增加，从而产生内外压力失衡。

1、地面沉降形成的自然因素

首先，新构造运动可使地面随基底面升降,以垂直升降为主的新构造运动可使地面随基底而升降。中国天津、西安和大同等城市的地面沉降均受到新构造运动的影响。例如，天津处于新华夏构造体系华北沉降带，长期以来缓慢下沉。其次，强烈地震对地面沉降的影响，强烈地震是新构造运动的一种突发事件，在短期内可引起变幅较大的区域性地面垂直变形。同时，强震使软土地基震陷和古河道新近沉积土液化，也可造成局部地区的地面下沉。第三，地表松散底层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生沉降，以及地质结构的作用下，地面凹陷也会发生沉降。第四，海平面上升将导致地面的相对下降，如意大利威尼斯市海平面上升速度为1.27mm／年，所引起的地面相对下沉约占该地区年平均沉降量的40％。另外全球气候的转暖，气温上升，必加速冰川消融，从而使海平面上升，地面相对下沉而引起地面沉降。

2、地面沉降形成的人为因素

（1）地下水的过度开采

地面沉降的主因是过量采取地下水导致地下水位降低，地面下沉。此外，某些地区的地面沉降还与石油开采、地热利用、高层建筑等有关。比如大庆石油、西藏的羊八井地热、上

海等地密集搞建筑群等。当一个地区的地下水被开采后，附近的透水层随之会补充，其地下水层发生萎缩，最终使得地表下沉。地下水是流动的，一个区域的地下水被开采，就会带动一片区域的地下水位下降，从而引起成片的地面沉降。

（2）开采地热引起地面沉降

因各种目的而进行的浅层疏干排水和抽取深层的气、液体，使地层内的气、液压降低，土粒间有效应力增加，地层压密，形成区域性碟形洼地。这种因抽取地下水而形成的地面沉降，是地面沉降现象中发育最普遍，危害性最严重的一类。

沿海有些地区蕴藏着丰富的地热资源，地下热水开采量逐渐增加，对地下热水的过量抽取，导致水位下降，产生如同采取地下水位后的地层内孔隙压力减少有效应力增加的现象，最终引起地层进一步压实而使地面沉降。

（3）开采油气资源引起地面沉降

纵观我国东部沿海油气田区，开采油气资源也出现了地面沉降的现象，就大港油田的统计资料显示：2500以下深度普遍出现了欠压密地层，油气资源开发后，流体的压力必将降低，固体有效应力增加，使地层进一步固结压密，从而引起地面沉降。

（4）地表负荷引起地面沉降

城市大规模扩大，高大建筑物不断增加，以及铁路等交通设施与运输负荷的影响，地表荷载加大，加速了地面的沉降。除此之外，大面积地面堆载也会对其有影响，分布有巨厚的高压性淤泥和淤泥质土的低洼地区，随经济建设的开发，需在洼地上大面积堆填。其软土在堆载(填土)荷重的作用下，产生一维压缩固结，可形成地区性的地面沉降。此类沉降，受场地软土的工程特性，层厚和堆载大小的控制，是构成滨海平原城市总地面沉降的一个组成部分，不可忽视。如天津市占地40km2的塘沽开发区及保税区，在盐池和滩涂上堆填1～2m 厚填土，因堆载荷重的影响，地面沉降量可达十余厘米。

三、控制地面沉降的措施

虽然我国目前针对地面沉降采取了某些措施，并取得了很多成果，但总的来说，地面沉降的现象仍在不断持续，形势相当严峻。比如一些地区采用削减地下水开采量和人工回灌等措施控制沉降的速率，但至今沉降范围仍在扩大。因此，控制措施可以从以下方面做起

1、加强监测预测

目前全国应该建立一个统一的区域性地面沉降监测网，以掌握整体变化的规律。加强地面沉降的调查与监测工作，设置分层标、水准点、水动态监测点、海平面观测点等。定期进行水准测量。重点监测地面沉降中心及海岸带，预测地面沉降速度、幅度及范围，建立完善地面沉降监测网络系统，提出地面沉降监测网优方案及复合地区状况的监测技术。

2、综合防治与区域性防治相结合

地面沉降是一个区域性现象，紧靠一个地区是难以解决问题的，诸如东部沿海三角洲地区的地面沉降，要从全局出发，考虑制定地面沉降的规划和有效的措施，多区域结合起来此案呢过较好的解决问题。

3、地面沉降的技术措施

限制或减少地下水开采量，可以用地表水资源代替地下水资源，以人工之水设备代替地下水资源，实行一水多用，充分利用地下水。同时，采用地表水人工补给地下水，对于已经明显的沉降区域要采取合理的措施使地面沉降量减少，恢复沉降地面，通过这种方法，抬升地下水位，从而使地面回升。

4、调整地下水开采层次，合理支配开采时间，可以有效的控制地面沉降。对于沿海城市，还要做到预防为主，加固海堤，建造堤防防止洪水泛滥和海水入侵。沿海地区海水倒灌严重，加固提防的同时要支持截流、截潜工程，增加地表蓄水量，增强地下水补给量，让淡水资源最大程度在内陆消化。在此基础上，可以改变土地使用类型，将土地使用由农业用地