浅析水文地质特征对城镇地面沉降的影响

2013-09-19马玲

地球 2013年6期

马玲

浅析水文地质特征对城镇地面沉降的影响

马玲

地面沉降影响着城镇地区交通设施、建筑物地面管道的安全，带来较大的财产损失。地面沉降现已经成为了21世纪全世界所要面临的主要地质灾害之一，在我国，地面沉降严重的影响了经济社会可持续发展。针对这个问题，本文对地面沉降产生的原因进行调查，根据城镇地面沉降提出了相应的解决办法。

水文地质；特征；城镇；地面沉降；影响

一、造成地面沉降的原因

造成城镇地面沉降的原因有很多，地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降一般由于地层本身在重力的作用下，由固结成岩以及地质构造运动、地震等影响下，地面发生沉降。人为的地面沉降主要有两方面原因，随着经济的飞速发展，城镇人口密度迅速增长，需在浅海、滩涂、沼泽等地进行开发建设以及大量抽取地下水。比如广州、珠海等地主要由于大面积在浅海及滩涂地上堆填，其软土在堆载(填土)荷重的作用下，产生一维压缩固结，形成地区性的地面沉降。而北京、天津、湛江等地区发生的地面沉降主要是由于人类大量集中开采地下水，引起地下水水位逐年下降，含水层的水头压力减小，使得土层固结压缩，从而导致地面标高降低的一种局部的地面下降运动。

二、地面沉降的危害

据相关统计，截止到2011年10月，中国华北平原地面沉降量超过200mm的区域已达6万多km2，占华北平原面积的近一半，北京、天津、沧州等地沉降最严重。水文地质问题往往只被认为是象征性的工作，在很多的报告中大多只是简单地对天然状态下的水文地质条件作一般性评价。在一些水文地质条件较复杂的地区，由于对水文地质问题研究不够深入，导致经常发生由地下水引发的各种问题，地面沉降则是其中一种。地面沉降的危害对象主要为交通设施、桥梁、地下设施及底表建筑物等。不完全统计，地面沉降对我国每年造成的经济损失高达数亿，还不包括间接的影响。在经济方面巨大的损失，引来了地方政府高度的重视，在许多地区相继出台了严格控制地下水及矿产的开采等多种措施用来缓解地面沉降的问题。

三、水文地质特征对城镇地面沉降的影响

水文地质特征对城镇地面沉降的影响主要体现在水质及以不合理方式开采地下水方面。地表水及地下水的水质对地下岩石或地下建筑物在耐久抗腐蚀性上都产生了较大影响。不同的水质对地下填充物在影响上也存在差异，其中淡水区的水质对岩石腐蚀性较弱，但咸水区与淡水区相比腐蚀性则是中等偏强。因此，我们在地下的空间利用时，应该对地上或地下各种的填充物及建筑物采取一定的保护措施，在各类水质的问题上要严格要求。

地面的沉降需要一定的土层地质中的水文地质条件及应力的转变。从水文地质上来讲，水量丰富且适合长期开采，往往都存在于含水体系相对疏松的体系中。在这样的开采层范围内，如果顶部和底部有比较好厚实的欠固结或者正常固结上的粘性土层，这种条件下十分利于地面的沉降。根据土层的应力转变看，承压的水位波动大幅度的降低，是形成地面沉降并且进一步扩大的基本前提。目前水文地质方面对地面沉降的影响主要体现在地下水的过量开采，形成降落漏斗，使得地层发生变化，引起地面沉降。根据广东省地质局水文工程地质一大队多年监测资料，湛江市沉降范围和沉降量的大小基本上与区域水位降落漏斗大小相对应，见表1。

1956年湛江市开采地下水水量由为0.13万m3/d，到1984年的19.60万m3/d，同年，首次在湛江市发现了地面沉降，最大累积沉降量为102mm（潜水学校）。1956～1984年，最大平均沉降速率为3.64mm/a。1990年，开采量达到了27.86万m3/d，到1995年开采量达到最大的36.28万m3/d，1990～1995年，最大平均沉降速率为7.60mm/a。此后，地下水开采量逐渐降低时候，最大平均沉降速率亦逐渐降低至3.6mm/a。目前，湛江市已经形成了以霞山区潜水学校和赤坎沙湾为中心的局部地面沉降，均属承压水集中开采区。从其沉降特点来看，其沉降范围和沉降量的大小基本上与区域水位降落漏斗相对应，区域水位下降中心与地面沉降中心较为吻合。

四、城镇地面沉降监测及防治措施

现在全世界都有地面沉降的问题，其已经严重的影响了当地经济的可持续发展，必须对地面沉降进行监测以及防治。

（一）城镇地面沉降监测

目前人工监测地面沉降的方法主要使用同精度数字水准仪来进行一、二等水准测量及重力测定，同时进行同一闭合环的观测及往返观测法。目前北京、天津等地方地面沉降较严重的地方已经建立自动监测站，地面沉降监测站一般包括地下设施工程和地面建筑工程及配套工程等。地下设施建设主要包括：基岩标、分层标及地下水位观测井、孔隙水压力观测井等各种标孔的建设。地面建筑工程及配套工程包括标房、管理中心用房及其配套设施、GPS连续运行监测站、角反射器等工程。自动监测站监测所得的数据都是实时的，并且有可比性，不像人工监测的数据，一定面积的数据测量时间跨度较大，但是自动监测站相比人工监测来说，建设成本较高，建设难度较大。

（二）地面沉降防治措施

地面沉降的防治，应先从地下水检测系统的完善上开始进行，并对地下水的水质及水量等有一个具体反应情况的动态类追踪分析，从而达到对地下水的利用及地面沉降发生进行提前预测，并提出合理利于地下水的建议及保护措施，如建立起采集地下水取水的许可制度。然后，在地下水检测的水平上应不断的增加仪器的现代化。现在许多的地区，采取地下水的检测仍然使用人工观测，但是这种方式不能及时的跟新地下水动态信息，这样导致了我们所检测到的数据不是最新且不能够快速的发布出去，同时也无法达到及时应用在成果中的目的。在提高检测的水平上，井网的设置上要科学合理，并学习掌握现代高科技的处理方式，同时要配备最先进的科学仪器，以便达到检测上的现代话及科学化。另外要从多方位获得地面的沉降信息，为更好、更迅速的预测及处理地面沉降、提高问题的紧急处理能力做准备。