浅析水文地质特征对城镇地面沉降的影响

张爱甲

摘要：地面沉降作为21世纪全世界城市所面临的一项主要地质灾害，因为其牵涉到环境、资源、经济社会等多个方面，影响到了全球部分城市和地区的可持续发展，在我国则是严重制约了经济社会的可持续发展。本文通过对引起地面沉降因素的机理探讨，深刻剖析了水文地质特征对地面沉降的影响，由此来对城镇地面沉降提出自己的一些见解，为做好城镇地面沉降的预防和治理提供帮助。

关键词：水文地质特征；城镇；地面沉降；影响

中图分类号： P345 文献标识码： A 文章编号：

一、地面沉降的机理概述

地面沉降在我国很早就有记载，它指的是在一定地表面积内出现地面水平面降低的现象。引起城镇地面沉降的因素很多，地质条件就是其中很重要的一个。然而，现如今的城镇越来越严重的地面沉降，还有一个很重要的人文因素，那就是随着城镇经济的不断发展，大量人口的涌入使得城镇的人口密度大幅度上升，如上海、天津、西安、北京等大城市的人口密集程度已经接近于城市所能容纳的最大量。在分析自然和人文条件时，我们发现后者已经远远超过了前者，人文因素对于地面沉降的影响尤其严重。

我们所说的自然因素主要指的是地质因素：地球表面受地球重力的影响，不断地向下沉积、压紧，时间长了就会形成更加紧致或者坚硬的岩石，使得地球表面的厚度不断减小，地面沉降塌陷现象频繁发生。有的地方由于地球构造运动所形成的地面凹凸现象，也是形成地面沉降的重要原因。此外，地下的波动所引起的地震，由于要开口释放巨大的能量也造成了地面的沉降。

除却自然因素，我们看到世界上众多地面沉降现象的发生，受人类活动的影响愈发严重。一些容易导致地面沉降的人类活动有对地下资源，诸如天然气、固体矿产、地下水、石油等的过度开采。在我国的城镇地区，由于过高的人口密度和地下水需求量，使得城镇的地下水开采量急剧增加，这也就是人口越密集城市地面沉降越严重的原因。此外，海水入侵也成为部分沿海城市地面沉降的原因之一。

地面沉降的危害主要是对地下设施和地表建筑物的破坏。据不完全统计，地面沉降每年给我国带来的直接经济损失就高达数亿元人民币，这还不包括相应的间接影响。巨大的损失也引起了地方政府的高度重视，许多地区出台了包括限制城镇人口数量、对人口进行疏导分流、严格地下水和矿产开采等诸多措施来减缓地面沉降现象的发生。

地面沉降需要一定土层地质的水文地质条件和应力转变条件。从水文地质条件来说，水量丰富的适于长期开采的承压含水层，往往存在于含水体系较疏松的体系中。在此开采层一定的范围内，如果它的顶部和底板有较为厚实的欠固结或正常固结的粘性土层，是十分有利于地面沉降产生的。从土层内的应力转变看，承压水位波动式的大幅度降低，则成为地面沉降扩大的基本前提。

二、水文地质特征对地面沉降的影响

作为与地表水系共同构成影响水文地质条件的主要因素，地下水系包括了上层潜水、承压水和滞水。地下水系对于城市地下空间的使用产生了较为严重的障碍，减小了城市地下空间容量，比如使得地下空间的开发利用难度上升、岩体及结构面的强降下降、地下工程及支衬结构遭到破坏、开发地下空间的成本大幅度提高等。同时我们也要看到，地表水系对于地下水系的工程造价和施工方式的产生着直接的影响。地下水水质、地下水赋存形态、地表水域等是影响水文地质开发和利用的重要因素，现对其一一评述：

1、地下水水质

地下水的水质会对地下原有岩石或者地下建筑物的耐久抗腐蚀性产生较大的影响，比如HCO3-Ca.Mg和HCO3-C1.Ca型是淡水区水质，C1-Na型是咸水区水质，不同水质类型对地下填充物的影响也有差异。淡水区水质对岩石或者钢筋混凝土的腐蚀性较弱，而咸水区水质则具有中等偏强的腐蚀性。因此我们在进行地下空间的利用时，要对地上地下的各类填充物和建筑物采取适当保护措施，对各类水质也要严格要求。

2、地下水赋存形态

对于地下空间在进行开发时，首先要做的就是要对隧道和基坑进行开发。而如果要进行开发，则应该采取相应的排水措施，措施类型则由地下水类型来决定。对于基岩裂隙水这类含水量较大、压力较大的地下水，如果修建排水井则排水井的适宜性就比较差，另外排水井施工花费也较多，所以这种地下水不适宜采用排水井的方法。而对于一些松散岩类孔隙水，因为其含水量中等，则我们就可以选择适宜性较好的旋喷或井点降水、注浆等技术措施。对于那些缺乏松散岩类孔隙水或含水量较少的，用明排水这种处理方法就可以，其适宜性也好。

3、地表水域影响

地表水的渗漏使得地下空间(尤其是浅层)开发较为困难，它既影响基坑的疏干，又使得隧道排水困难，增加了工程的难度。影响地表水渗漏的众多原因中，水域和沟渠的缓冲距离是最为重要的因素，将水域和沟渠分别缓冲30m、10m和50m、20m，这样就形成了若干影响程度有差异的区。采用截断—排干法处理沟渠，可以大大增强其缓冲适宜性。沟渠缓冲10m或者水域缓冲20m之内，地下空间开发适宜性就比较差。在沟渠缓冲10～30m或者水域缓冲20～50m之内，地下空间受到地面水体的影响就会减小，当然，如果还比这个范围大，那在实际运用中就不需要考虑地面水体的影响，且适宜性好。

乡镇工业的快速发展和人口数量的急剧增加，开采的地下水量也大大增加，超过了其适宜的开采量。超量开采已经造成众多城镇地区地下水疏干开采、地面沉降等诸多地质环境问题，生态系统遭到了严重的破坏。我们看到，现如今如果不加强地下水管理，实施有计划的开采管理，继续放任对地下水的超量开采，那最终会给我们整个社会造成难以挽回的损失。我们既要认识到地质环境的重要性，一旦破坏难以恢复，更要认识到地质环境破坏的危害和治理的长期艰巨，强化管理，使地下水开采量控制在合理允许的范围内，实现水资源的可持续利用。

三、简述对地面沉降的预测和防治

1、地面沉降的预测和防治经验

地面沉降分布在世界众多地区，已经严重影响到了当地城镇的可持续发展，这也引起了专家学者们的注意，纷纷将研究重点放到了灾害的预测和防治工作上。我国由于幅员辽阔，不同地区地面沉降的原因各不相同，为此我们要根据不同地区不同原因采取更具有针对性的方法来防止地面沉降的进一步发生，如控制地下水开采、人工补给地下水等方法。

上海曾经每年地面沉降高达110mm，为了控制这一现象，采取控制地下水开采和人工回灌地下水这两大措施，使上海地面沉降量降到目前的年均10mm左右。控制地下水开采，人工回灌地下水，夏天灌入，冬季使用，开采深层地下水。上海过去地下水开采点众多，现在只有800个左右。地下水年开采量也从过去的2亿立方米下降到近年的9000万立方米以下。

2、防治地面沉降的措施

地面沉降的防治应该先从完善地下水的检测系统开始，对地下水水质、水量等具体情况有一个动态的追踪分析，从而对地下水利用和地面沉降的发生进行预测，提出可持续利用地下水的建议和保护措施，比如采取的地下水取水许可制度。其次，不断增进地下水检测水平的现代化。现在许多地区采取的地下水监测措施仍然是人工观测，然而这种方式对地下水的动态信息更新较慢，这样就让我们检测到的数据信息得不到快速的发布，也无法及时应用到成果中来。为了提高检测水平，除了设置井网要科学合理，掌握诸如合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)、GIS、RS、GPS等高科技方式外，还要配备更加先进的科学仪器，加快监测的现代化。另外，多方位获取地面沉降信息，为更好的预测和处理地面沉降、提高应急能力做好准备。

四、结论

形成地面沉降的原因多种多样，文中主要探讨了水文地质特征对地面沉降的影响。地下水、地表水和地下水赋存形态影响着地下空间的利用，也间接影响到了地面沉降的速度和方式。我们面对地面沉降，合理分析其形成机理，采取恰当的措施，一定能把其控制在合理的范围内，为经济社会的可持续发展打好基础。

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