雄安新区建设与地面沉降防治对策分析

文/张西春

雄安新区的设立，是以习近平同志为核心的党中央作出的历史性重大决策，是千年大计，国家大事。雄安新区规划选址地处华北腹地，地势相对平缓低洼，第四系沉积层厚度巨大、含水层丰富，浅层地层孔隙大、松软、可压缩性强。新区的设立与持续发展，需要完成巨大的基础建设以及地下水资源综合开发利用，势必会带来地面沉降灾害发生的风险。本文结合天津、沧州等地区地面沉降实例，就雄安新区建设与发展中如何防治地面沉降问题进行初步探讨，以期为新区建设与发展建言献策，以期千年大计永固。

2017年4月1日，是一个值得永远记住的日子。以习近平同志为核心的党中央，经过深入调研、精心谋划，宣布在华北腹地的雄县、安新县、容城白洋淀一带成立国家级雄安新区。雄安新区的设立，是千年大计、国家大事。新区的设立与持续发展，需要众多行业、众多企业，巨大的基本建设投资来完成，而基本建设以及地下水开发利用，必然会带来当地工程地质、水文地质的重大影响与变化。

多年来，由于自然地理因素、地下水过度开采以及基本建设引起的地面沉降问题，在京津冀、珠三角、长三角等经济发达的平原地带较为严重，也造成了一定程度的内涝、建筑受损、交通受限等灾害，给经济建设及人民日常生活带来不便。雄安新区属海河流域，为冲积平原，地势相对平缓低洼，水文及工程地质条件较复杂；第四系沉积层厚度大、含水层丰富，浅层地层孔隙大、松软、可压缩性强，如地下水开采过量，可能导致地面沉降问题的发生。前车之鉴，雄安新区建设不能再走先开发再谋求治理的老路，必须在新区建设之初，就明确建设、开发基本理念，借鉴其他地区的经验教训，从源头上预防地面沉降灾害的发生。本文结合天津、廊坊、沧州等地区地面沉降发生、发展及治理情况，就雄安新区建设与发展过程中如何防治地面沉降问题进行初步探讨，以期为新区建设与发展建言献策。

一、天津、廊坊、沧州等周边地带地面沉降现状

地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下，由于松散地层固结压缩，导致地面高程在一定范围内降低的工程地质现象。上世纪70年代以前，由于平原地区多是“靠天吃饭”，地下水的抽取只是局部的、少量的，地面沉降主因是地层的正常固结压缩，其沉降速率非常小。70年代以后，随着工业化进程的飞速发展，地下水的利用直线上升，而地下水水位的飞速下降，造成地面沉降漏斗不断扩大，并叠加连为一体，成为平原区主要地质灾害之一。截至目前，中国已有50多个城市出现地面沉降，长三角地区、华北平原和汾渭盆地已成重灾区。其中靠近雄安新区、地层地质条件较为接近的天津、廊坊、沧州等周边城市，是地面沉降的重点区域。近十余年来，国家对地面沉降这一地质灾害加大了防治力度，制定了《全国地面沉降防治规划》，部分大、中城市对地下水开采采取了严控措施，已经取得了较为明显效果，地面沉降速率明显减缓。

（一）河北省廊坊、沧州地面沉降情况

河北省平原区地面沉降在全国来讲也是非常严重的，其中廊坊、沧州等地尤为严重。

到1998年廊坊沉降中心累计沉降量已达548.23mm。虽然近年来对地下水开采采取了一定限制措施，沉降趋势渐缓，但沉降范围逐年扩大，已与霸州沉降区连成一体，沉降量大于300mm的面积将近2000平方公里，廊坊市城区附近沉降量大于500mm的面积已达60多平方公里。

沧州地区主要沉降中心在沧州市区和青县城区内，至2001年累计沉降量为2236mm。城区西北部沧州市大化水厂，沉降量约为每年100mm～140mm之间，1983-2005年累计沉降量最大为1887mm。沉降大于600mm的面积相继增加，说明地面沉降情况越来越严重。

（二）天津市地面沉降情况

天津市是我国沿海地区地面沉降最严重的地区之一，市内有不同程度地地面沉降，南部地区尤为严重，并与河北省沉降区连成一片。天津西站一带是天津市严重的沉降中心之一，1959—2003年累计沉降量已达2.89m，武清区杨村镇已近2.0m，西青区杨柳青镇也已超过1.0m。近年来，天津市加大对地下水开采的控制，通过引滦入津、南水北调等工程，在很大程度上减少了地下水开采，地面沉降在一定程度上得到了有效遏制。

二、平原地区地面沉降主要成因及机理

地面沉降可以分为自然地面沉降和人为原因地面沉降。自然的地面沉降主要分为两类：一类是地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下，由松散到致密的成岩过程;另一类是由于地质构造运动、地震等引起的地面沉降。人为的地表沉降主要是大量抽取地下水，加之地面大量构筑物增加上覆压力，导致松散土体排水固结，孔隙度变小，从而引起地面下沉。还有一类就是采矿等原因造成的地面下沉、塌陷。

三、雄安新区主要工程及水文地质概况

雄安新区规划建设，起步区面积约100平方公里，中期发展区面积约200平方公里，远期控制区面积约2000平方公里。新区地处北京、天津、保定腹地。说起雄安必然会提到白洋淀，对于搞地质的人来说，第一反应是：水！地表水、地下水开发利用与保护；第二反应是：地势低洼、土质松软！大规模的开发利用和工程建设带来地面沉降的可能性极高，必须采取强有力的措施严格控制。

（一）地形地貌及主要气象、水系

雄安新区属海河流域冲积平原，地形平坦、低洼，地势开阔，地面高程一般在10米以下，是海河流域重要的蓄滞洪区。沿线属暖温带亚湿润区，四季分明，夏季炎热多雨，冬季干冷，降雨量季节性差异大。年降雨量约500mm左右，年蒸发量约1500 mm左右。

白洋淀地势低洼，为天然湖泊，汇集了上游发源于太行山麓的唐河、萍河、漕河、清水河、孝义河、龙河等九条河流之水，是河北省第一大内陆湖，总面积约366平方公里。上游河流大部分河流常年流水，流量受季节影响明显，旱季流量小，甚至断流，雨季流量较大。上游水库有王快水库、西大洋水库、安格庄水库、龙门水库、瀑河水库等。由于近年来降雨量偏少，地下水抽取量加大地下水水位降低等原因，白洋淀曾一度干涸，为确保白洋淀这个璀璨的“华北明珠”再度星光闪闪，政府采取了多项措施，引水入白洋淀。

（二）工程地质及水文地质情况

该区域地层属华北地层系，第四系地层厚度巨大，约400-500米。表层为第四系全新统冲积层，部分冲湖积层，多为粉土、粉质黏土、黏土及粉细砂层，呈互层或透镜体状，局部夹有淤泥质土，该层厚度一般40m左右，偶见钙质结核，该层土体尤其是上部，土质松软，可压缩性强，部分呈欠固结状态；其下为第四系上更新统冲积层，黏土、粉质黏土、粉土、粉细砂为主，含不规则钙质结核和铁锰结核，局部钙质结核层富集，厚度可达30cm～40cm，该层厚大于50m。其下为中新更统、下更新统地层，以粘土、粉质粘土、粉土为主，厚度约350m左右。

新区地下水资源相对较丰富，地下水绝大部分是淡水，主要为第四系孔隙潜水，赋存于第四系松散堆积层中，局部具承压性，其中砂类土层为主要含水层，含水层厚度变化较大，浅层地下水埋藏一般为1m～15m，第四系地层中主要有4-5个主要含水层，分布于不同深度。地下水主要靠大气降水及地表水补给，以蒸发排泄为主。

（三）地下水开发利用现状及规划

雄安新区规划范围内，以农业为主，旅游、工业、水产养殖为辅。地下水的利用主要有：农耕灌溉为主，工业用水、少量的地热开发为辅，区域内尚未形成大规模开采地下水的局面。新区蕴藏的地热资源储藏广泛，达数百亿吨，且埋藏浅、水温高、水质好、自喷力强。地热目前有部分开发，将来新区开发也将地热资源利用作为其中一项重大的措施。

四、雄安新区建设特点以及地面沉降防控措施

（一）新区建设的几个显著特点

从雄安新区的定位，可以看出，新区未来的发展主要是疏解北京非首都功能，从建设、发展来讲，首都北京除了政治这个纯粹的功能，其他诸如各类企业、高等教育、文化娱乐、金融机构都有可能搬迁到新区。以此分析，新区基本建设主要可以归类为以下几种：一是外部的交通建设类，比如高速铁路、城际铁路、高速公路、机场；二是城市交通建设类，比如地铁、轻轨、悬挂式单轨列车以及综合交通枢纽等；三是商场、厂房、办公楼、学校等各类建筑建设施工；四是综合管廊及城市道路；五是地热开发设施建设及利用。雄安新区作为国家千年大计，必然有着周密的宏观规划与详细建设规划，从建设板块上、从建设时序上、从预防为主的理念上都会有着较为周密的安排。在整个建设过程中，有以下几个较为突出的特点：

1.主城区建设周期相对较短

雄安新区首期建设100平方公里，就目前的形势来看，这100平方公里的建设，应该是快速的、集中的，重点的工程将在首期建设之中迅速拔地而起。

2.阶段性与区域性

雄安新区规划建设已分三期开展。也就是说，先中心地带，再逐步向外扩展，形成三个建设阶段。相对来讲，第一个建设阶段相对集中，相应的基础建设、各种构筑物会较为密集，成为新区的中心、主城区；第二个阶段从时长上会较第一阶段略为延长，成为主城区环状带；第三个阶段，则是一个相对漫长的阶段，相应的基础建设、各种构筑物较之中心城区，会形成相对松散的片状或卫星状。

3.空前的地下开发

雄安新区的建设，是在一个还没有深度开发利用的“处女地”进行，结合国内外多年来的城市建设经验，向地下要空间势必成为主流，地铁、地下商场、地下停车场等将会规模化发展。

（二）雄安新区建设发展过程中会引起地面沉降的主要因素

从新区建设开发工程来讲，不外乎是在开发地上空间的基础上，大力开发地下空间，开发洁净能源。从新区工程建设特点、工程地质及水文地质情况分析，地面沉降是开发建设及发展过程中最需要重视的、最有可能发生的最主要的地质灾害。雄安新区，未来可能引起地面沉降的主要因素是：超量开采第四系地层地下水，地下空间建设过程中基坑抽水，以及地热水的开发利用。

（三）地面沉降给雄安新区开发、发展带来的问题

雄安新区第四系地层厚度巨大，其表层40米以上地层较为松软，部分为欠固结状态，地层中含水层开发利用尚未大规模开展，地面沉降尚未形成规模，具备了由于地下水开采引起地面沉降的工程及水文地质条件。因此，如果地下水抽取不能得到严格管控、建筑规模不能有所控制以及建筑程序颠倒造成反复拆建等，就会引起地面沉降地质灾害的发生。而一旦发生地面沉降，和天津、廊坊、保定以及上海等平原地区城市地面沉降带来的危害一样，造成大部分区域的地面高程损失，将影响到基础设施的稳固以及建筑物的安全与使用，引起城市排水不畅、河道排洪能力下降等次生效应，从而给人民财产安全带来隐患，给社会民生带来不可估量的损失。

（四）地面沉降主要预防整治措施

从既有地面沉降预防和治理措施和经验来看，预防和整治地面沉降主要是从管理对策上着手，从技术对策上控制。鉴于大范围地面沉降不可逆性，所有的对策都应该是贯穿预防措施为主、治理措施为辅的理念。

1.管理对策

一是可以参照天津市的做法，构建新区地面沉降管理机构及管理网络，相关部门明确责任义务，实现地面沉降控制与地下水开发利用、节水统一管理。二是在制定新区地表水、地下水水资源开发利用等规划时，将沉降控制作为重要指标，统一实施、综合管理。全面规范取水许可审批制度，严格实行地下水项目控制、地面沉降一票否决制度。

2.技术对策

（1）建立严密的、精确地测控网

就目前来讲，新区规划范围内，尚未建成精密控测网。在新区建设之初，就应该将建立精密控测网作为一项重要举措，为后续新区开发建设提供有力支撑。只有形成严密的测控系统，才能够及时了解区域沉降程度，及时采取相应防范和处理措施，避免造成灾害性的结果。

（2）保证充裕的地表水保有量

合理保有并利用地表水，是减少地下水资源超量开采的一个重要、关键因素。同时地表水、地下水具有一定的连通性，确保地表水的保有量，也是确保地下水补给源的保有。而该地区蒸发量远大于降雨量，因此要保证充裕的地表水保有量，雨水的合理收纳与利用是一个关键措施。仅宏观上就雄安地区地表水及地下水情况来看，维持2000平方公里的工业、农业生产的应用，是远远不够的，一个较为直接的方法就是充分利用既有南水北调工程，引长江之水以济新区发展，同时以海绵城市理念，建设新区，充分利用雨水资源。只有充分保有地表水资源，充分利用地表水，才有可能真正控制好地下水的开采。

（3）严格控制地下水的开发

地面沉降的主要因素是由于过量抽取地下水造成水位下降，引起土体压缩固结而形成。因此，在新区建设、开发的前提下，要严格控制地下水的开采量，避免形成沉降漏斗。

根据新区建设规划，制定相应的地下水利用规范、规定以及防治措施，规划出地下水控采、限采范围。采取严格的措施，禁采、限采，对地下水合理开发利用，有效预防和控制地面沉降问题的发生。

就目前所掌握的资料看，地面沉降多产生于中、浅层地下水的开采，对于深层地下水的开采对地面沉降的影响，尚无很系统的研究，但深层地下水过度开采，同样会引起地面沉降，这是毋庸置疑的。需要对深层地下水的开发加以重视，尤其是以地热资源丰富著称、而且还要进行深度开发的地热资源，更是要保护性开发利用。

（4）在地下施工过程中严格控制降水措施

无论是地铁施工、其他建筑物地下部分施工，都会在一定程度上采取定点降水的方式。因此需要对降水措施做好严格的计算、设计和控制，最大程度上避免建筑物周围土体的压缩固结造成的地面沉降。

（5）科学合理的建设工程的时序性

科学合理的建设工程的时序性，可以避免以往城市建设过程中拆了建、建了拆的弊端，也能够在一定程度上避免重复建设对地下水的抽取以及建筑物的影响，抑制地面沉降现象的发生和发展。在建设过程中以下几点需要注意：

一是交通类建设优先

区域性的建设，首先要做好交通设施的规划和建设。只有相关交通基础设施完备了，各类楼宇、工厂、学校等才能更好地陆续完成建设。交通建设要切实做好以下两点：一是地面交通优先，二是要做好相关交通设施的预留规划,如地铁、轻轨等，以避免在后期建设工程中过多地拆除和影响既有建筑、造成地下水下降引起地面沉降。

二是综合管廊优先

许多年以来，我国的城市建设总是在拆了建，建了拆的误区里，尤其是相关水、电、气、通信等管道，造成了城市道路始终是在挖沟与填沟中循环。因此，新区建设一定要吸取以往的经验教训，做好综合管廊设计，给马路安装好“拉锁”。

三是海绵城市规划优先

众所周知，中国是一个水资源缺乏国家，雄安新区所处区域也不例外，近年来提出的海绵城市建设理念，要切实应用到新区建设当中来，充分收集利用雨水资源，降低对地下水的开采，加强地表水对地下水的补给。

四是地面建筑规模控制

地层的压缩固结主要与两个方面有关系，一个是排水，一个是上覆压力，上覆压力愈大，则压缩固结程度越高，造成的沉降越大。因此，新区的建设在某种程度上，要对建筑物的规模、高度等采取一定的限制措施。

五是地下水的回灌

地下水的回灌，可以一定程度上补充由于地下水、气、油等造成的土体孔隙的不饱和，尤其是应用到地热开采、石油开采等方面，也是一个预防地面沉降行之有效的方式。

五、结语

雄安新区，是千年大计、国家大事，在开发建设的同时，必须要积极预防开发建设所带来的负面影响，绝不能走先开发，再治理的老路。作为地势相对低洼、第四系松散地层厚度大、含水层较多等特点的雄安新区，存在地下水开采控制不严等因素引发地面沉降问题的可能性，如不提前做好预防措施，将会对未来新区的建设、发展以及日常生活带来不可估量的损失，影响到经济、社会和谐发展。因此，要从源头抓起，切实做好地下流体资源（地下水、石油、地热等）开发利用，切不可盲目开发、过度开采。同时要做好密集高大建筑建设规划、基坑排水、油田注水等过程中地面沉降防治等工作，做好监测网的布设及测量实施，严控新的地面沉降诱因的发生，促进雄安新区的可持续、健康稳定发展。