杭嘉湖平原地面沉降水准监测实施与成果分析*

李 柏，刘云波，胡小伍

( 浙江省测绘大队，浙江 杭州 310030)

0 引言

地面沉降是指在自然因素或人为作用下造成的区域性地面标高损失的环境地质现象，具有形成缓慢、持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大等特点，是一种对资源利用、环境保护、经济发展、城市建设和人民生活构成严重威胁的地质灾害。近几十年来，中国社会经济快速发展、城市化建设进程的加快和人口的增加，促使过度开采地下水、油气、固体矿产等资源，导致地面沉降大面积发生和发展，危害也在不断增大，持续性地面沉降问题愈益显著，已成为制约可持续发展的重要因素。为了解地面沉降程度和影响范围，需要以足够的精度对地表进行定期监测，为工程建设和运行管理提供现势性较强的高程依据和基础数据。为此，本文对杭嘉湖平原地面沉降水准监测的实施方法进行了介绍，并对成果进行了分析，以便为该地区经济建设、地面沉降机理研究提供可靠数据保证。

1 杭嘉湖平原自然地理概况

1．1 自然地理

杭嘉湖平原位于浙江省东北部、长江三角洲南翼，为浙江省内最大的堆积平原。东临大海，南倚钱塘江和杭州湾，北负太湖，西接天目之水，大运河纵贯境内。地势极为低平，平均海拔3 m左右，河网密布，地势形成东、南高起而向西、北降低的以太湖为中心的浅碟形洼地。该地区处北亚热带南缘，属东亚季风区，冬夏季风交替，四季分明，气温适中，雨水丰沛，日照充足，具有春湿、夏热、秋燥、冬冷的特点，年平均气温15．9 ℃，年平均降水量1 168．6 mm。

1．2 地质概况

杭嘉湖平原为第四纪沉积区，绝大部分地区均为第四系所覆盖，第四系由西南往东北逐渐增厚，厚度60 ～300 余米，中、下更新统均系陆相沉积，上更新统、全新统为河、湖、滨海、三角洲及浅海相沉积。晚更新世以来经受了3 次海侵，分别形成了3层海相地层。除东部沿海地带有小面积连续分布的基岩山区外，其余均为零星的孤丘露头［1］。地下水类型有第四系孔隙水、碳酸盐岩岩溶水和基岩裂隙水。后二类分布零星、面积小，水量不丰富，供水意义不大。第四系孔隙水含水层组主要由冲积相粉细砂、中粗砂、砂砾石等组成。主要开采的地下水为第四系孔隙承压水［2］。

2 地面沉降机理、现状及危害

长期地下水超量开采即含水层地下水被大量开采，使该地区地下水位下降，相邻各粘土层孔隙水向含水层释水，粘土层中孔隙水压力降低，浮托力锐减，有效应力急剧增大，颗粒间的水膜被挤薄。同时水体流动、渗透力作用及重力场发生变化，土粒间以及扁平土粒在压力下扰动变形，粘土层产生固结压缩。抽水作用使砂砾石含水层颗粒排列紧密，间隙减小，产生弹性形变，形成了地下水位降落漏斗，诱发地面沉降［3］。

杭嘉湖平原的地面沉降起始于1964 年前后，1991 -2003年，随着深层地下水的大规模开采，地面沉降的范围随之扩大，为地面沉降急剧发展时期，形成了多个地面沉降漏斗。截止2004 年，地面累计沉降量大于100 mm，沉降面积超3 000 km2，中心累计沉降量达860 mm。

地面沉降的危害主要表现在使防洪排涝能力降低，严重影响城市规划和市政建设，降低内河航运能力，加剧耕地渍害等。

3 地面沉降一等水准监测网的实施

3．1 监测网的构成

为了获取杭嘉湖平原重点沉降地区地面沉降的沉降量、沉降速度及变化情况，客观、实际地反映地面沉降的规律，为城市建设、国土、规划、预防地质灾害、水利工程、防洪工程等提供最基础的测绘保障，同时也为政府相关部门宏观决策提供依据。地面沉降监测实施单位结合当地地质资料并顾及监测重点区域，先后布设了491 个水准监测点，组成地面沉降一等水准监测网。自2007 年起，该地区地面沉降监测网监测点增补与每年一等水准复测工作由浙江省测绘大队负责。为加强监测网强度在原监测网基础上增加监测点187 个，基岩点10 个，水准监测点平均间距约2．3 km，部署了16 条Ⅰ等水准测量路线，地面沉降监测控制范围约3 300 km2，每年施测一等水准路线约为760 km。地面沉降监测点分布情况，见图1。

3．2 外业观测与成果计算

地面水准监测网的高程系统为1985 国家高程基准，按照GB/T 12897—2006《国家一、二等水准测量规范》和DZ/T 0154-95《地面沉降水准测量规范》的要求进行监测网一等水准测量。复测时间为每年7 月～9 月。复测路线与历年一等水准线路保持一致，新增的监测点并入观测路线，对遭破坏监测点进行补埋，待下年度再施测。

图1 地面沉降监测点分布图Fig．1 Distribution map of land subsidence monitoring points

外业观测使用经检定合格的Trimble DiNi 数字水准仪及其配套的铟瓦金属条码标尺，采用单路线往返观测进行一等水准观测。数据观测成果采用软件读取内存数据自动进行处理，经过审核确保数据准确可靠后，计算测段往返较差与偶然中误差。地面沉降一等水准监测网以3 个基岩点作为起算点，一等水准观测高差进行正常水准面不平行、重力异常、标尺长度误差、标尺温度改正和日月引力改正。采用武汉大学科傻平差软件(COSA)以观测高差为元素，按测站数倒数定权，进行全网严密平差。

4 地面沉降监测成果分析

横向对比2008 -2013 年的地面沉降水准监测网成果，选取相邻年度具有可比性的监测点成果进行分析计算，得到表1 地面沉降监测点年沉降速率和表2 地面沉降监测网年均沉降量。为了确定地面沉降漏斗的位置、范围、沉降速率的大小以及扩张过程，选取114 个连续七年具有一等水准成果的监测点，并计算监测点的年沉降量、累积量，绘制2008-2013 年地面沉降等值线图。

表1 地面沉降监测点年沉降速率Tab．1 The annual subsidence rates of land subsidence monitoring points

表1 ( 续) 地面沉降监测点年沉降速率

表2 地面沉降监测网年均沉降量Tab．2 The average annual subsidence amount of land subsidence monitoring network

从表1 可以看出，虽然每年进行一等水准测量地面沉降监测点的数量不同，但具有可比性的监测点的年沉降速率在［0，10)mm 区间逐年增加，从2008 年的占比17．32%到2013 年占比65．88%，至2013 年止年沉降量在-40 mm以下的监测点已不存在。表2 中地面沉降监测点年均沉降量从2008 年的-39 mm，到2013 年的3 mm，年均沉降量逐年减缓。表1、表2的数据表明，除个别监测点的沉降量比较明显外，该地区地面沉降总体趋于稳定，并呈上升趋势。部分监测点年沉降量统计，见表3。2008 -2013 年地面沉降等值线图，见图2。

表3 部分监测点年沉降量统计表Tab．3 The annual subsidence amount statistics of some monitoring points

从图2 中可看出，在A 地区存在狭长的地面沉降漏斗，沉降漏斗中心最大沉降量为-106 mm。B 地区的三角范围内呈上升趋势，累积上升25 mm。在D 地区存在E、F 两个累积沉降量为-76 mm、-65 mm的沉降漏斗。累积沉降量最大的地区为C地区，G、H 两地为C 地区沉降漏斗中两个次级漏斗，中心累积沉降量分别为-99 mm、-122 mm。图2 表明该重点监测地区的地面沉降中心已由老城区转移至周边地区，并在主要乡镇、重点建成区等地形成次一级的地面沉降漏斗。

图2 2008 -2013 年地面沉降等值线图Fig．2 Contour map of land subsidence form 2008 to 2013

杭嘉湖平原地区于2002 年开始采取大规模封深井行动，到2010 年已全面禁止开采深层地下水。通过封井、回灌地下水等治理措施，该地区地下水位逐年回升，各县市区地面沉降速率均有不同程度的减缓，而禁采地下水较早的市县尤为显著。地面沉降形成的沉降漏斗基本都处于城镇建成区或其附近，与地下水位下降区在空间分布上基本对应，与地下水下降区位置或开采集中区在平面上大致重合，可见大范围地下水位的变化对地面沉降的影响最直接，是造成地面沉降明显的主要原因。

5 结束语

通过对杭嘉湖平原重点沉降区域地面沉降监测网多年的一等水准测量成果进行分析，初步查明了该地区地面沉降的规模、范围及沉降速率，为地面沉降机理性研究提供可靠数据保证，进一步验证了地下水位对地面沉降的影响，明确了控制地面沉降必须禁采地下水。建议采取建立机制、强化管理、合理配置、有效保护和涵养地下水资源等综合治理措施，遏制地下水超采，实现地下水逐步回升，改善生态与环境，实现地下水资源的可持续利用，促进经济社会的可持续发展。

［1］ 江丹．浙江省杭嘉湖平原地面沉降分析［J］． 测绘通报，2008(7):13 -15．

［2］ 方旭峰．杭嘉湖地区地面沉降特征及沉降量预测方法比较［J］．西部探矿工程，2012(12):142 -143．

［3］ 赵建康，吴孟杰，刘思秀．浙江省杭嘉湖平原地面沉降及监测网络研究［J］．地质灾害与环境保护，2004，15(1):16 -20．