地面沉降

地面沉降

地面沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經濟活動影響下,由於地下鬆散地層固結壓縮,導致地殼表面標高降低的一種局部的下降運動(或工程地質現象)。截至2011年12月,中國有50餘個城市出現地面沉降,長三角地區、華北平原和汾渭盆地已成重災區。地面升降與經濟上升有關,在2012年2月,中國首部地面沉降防治規劃獲得國務院批覆。

基本信息

現象介紹

地面沉降(Ground precipitation),可以被簡單地稱作“地陷”,在中國《地質災害防治條例》中,它被定義為“緩變性地質災害”。地球表面的海拔標高在一定時期內不斷降低的環境地質現象稱為地面沉降,是地層形變的一種形式。在中國《地質災害防治條例》中,被定義為“緩變性地質災害”。[2]

世界上地面沉降問題的發現,約始於20世紀初。最強烈的地面沉降發生於美國長灘市威爾明頓油田,其最大累積沉降量達9米。中國的上海、天津、西安、常州等城市也先後發現地面沉降。[1]

形成原因

地面沉降有自然的地面沉降和人為的地面沉降。

自然因素

1、在地表鬆散或半鬆散的沉積層在重力的作用下,由鬆散到細密的成岩過程;

2、由於地質構造運動、地震等引起的地面沉降。

3、海平面上升將導致地面的相對下降,如義大利威尼斯市海平面上升速度為1.27毫米/年,所引起的地面相對下沉約占該地區年平均沉降量的40%。另外全球氣候的轉暖,氣溫上升,必加速冰川消融,從而使海平面上升,地面相對下沉,而引起地面沉降。 

人為因素
地面沉降 大量抽取地下水
雖然某些天然因素可以造成地面沉降,但地面沉降的主要原因還是人為的:地下水、石油、天然氣、地熱等資源的過度開採;城市建築;重大工程造成地基土體發生緩慢變形。

1、過量開採地下液體或氣體,致使貯存這些液、氣體的沉積層的孔隙壓力發生趨勢性的降低,有效應力相應增大,從而導致地層的壓密。

2、大面積地面堆載的影響:分布有巨厚的高壓性淤泥和淤泥質土的低洼地區,隨經濟建設的開發,需在窪地上大面積堆填。其軟土在堆載(填土)荷重的作用下,產生一維壓縮固結,可形成地區性的地面沉降。此類沉降,受場地軟土的工程特性,層厚和堆載大小的控制,是構成濱海平原城市總地面沉降的一個組成部分。如天津市占地40平方千米的塘沽開發區及保稅區,在鹽池和灘涂上堆填1~2米厚填土,因堆載荷重的影響,地面沉降量可達十餘厘米。

3、地面上的人為振動作用(大型機械、機動車輛等及爆破等引起的地面振動)在一定條件下也可引起土體的壓密變形。 

4、由於在建築工程中對地基處理不當,即地基勘探不周。   

5、密集建築群的工程效應:沿海軟土地區大規模開發,超密集建築群的湧現加上捷運越江隧道等建設使土體的工程擾動現象相當嚴重,由於工程環境效應誘發的地面沉降問題也日趨明顯。

類型

上海縣地面沉降圖 上海縣地面沉降圖
構造沉降:由 地殼的構造運動和地表土壤的自然壓實,造成地面下沉現象;
抽水沉降:由於過量抽汲地下水(或油、氣)引起水位(或油、氣壓)下降,在欠固結或半固結土層分布區,土層固結壓密而造成的大面積地面下沉現象;
采空沉降:因地下大面積采空引起頂板岩(土)體下沉而造成的地面碟狀窪地現象。

模式

按發生地面沉降的地質環境可分為三種模式:

現代沖積平原模式:如中國的幾大 平原
三角洲平原模式:尤其是在現代沖積三角洲平原地區,如 長江三角洲就屬於這種類型。常州、 無錫蘇州、嘉興、肖山的地面沉降均發生在這種地質環境中。
斷陷盆地模式:它又可分為近海式和內陸式兩類。近海式指濱海平原,如寧波;而內陸式則為湖沖積平原,如 西安市、大同市的地面沉降可作為代表。  

產生影響

地面沉降的危害主要有:

(1)毀壞建築物和生產設施;

(2)不利於建設事業和資源開發。發生地面沉降的地區屬於地層不穩定的地帶,在進行城市建設和資源開發時,需要更多的建設投資,而且生產能力也受到限制;

(3)造成海水倒灌。地面沉降區多出現在沿海地帶。地面沉降到接近海面時,會發生海水倒灌,使土壤和地下水鹽鹼化

嚴重地區

截至2009年,中國累計地面沉降量超過200毫米的地區達到7.9萬平方公里,發生地面沉降的城市超過50個,分布於北京、天津、河北、山西、內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、上海、江蘇、浙江、安徽、福建、山東、河南、湖北、廣東、海南、陝西、新疆等20多個省(區、市)。其中地面沉降的重災區主要是長江三角洲地區,華北平原和汾渭盆地。

1921-2011年上海地面沉降示意圖 1921-2011年上海地面沉降示意圖
中國現狀
2011年12月的研究顯示,地面沉陷這一問題已經遍布全國。
“目前,中國在19個省份中超過50個城市發生了不同程度的地面沉降,累計沉降量超過200毫米的總面積超過7.9萬平方公里。”2011年12月,國土資源部地質環境司副司長陶慶法表示,“地面沉降的重災區主要是長江三角洲地區、華北平原和汾渭盆地這三個區域。”
中國地質調查局公布的《華北平原地面沉降調查與監測綜合研究》及《中國地下水資源與環境調查》顯示:華北平原不同區域的沉降中心有連成一片的趨勢;長江區最近30多年累計沉降超過200毫米的面積近1萬平方公里,占區域總面積的1/3。其中,上海市、江蘇省的蘇錫常三市開始出現地裂縫等地質災害。
以下簡要介紹幾座地面沉降較嚴重的城市。
1、上海市從1921年發現地面下沉開始,到1965年止,最大的累計沉降量已達2.63米,影響範圍達400平方公里。有關部門採取了綜合治理措施後,市區地面沉降已基本上得到控制。從1966—1987年22年間。累計沉降量36.7毫米,年平均沉降量為1.7毫米。
2、天津市從1959—1982年間最大累計沉降量為2.15米。1982年測得市區的平均沉降速率為94毫米。目前,最大累計沉降量已達2.5米,沉降量100毫米以上的範圍已達900平方公里。
3、北京市 自從70年代以來,北京的地下水位平均每年下降1—2米,最嚴重的地區水位下降可達3—5米。地下水位的持續下降導致了地面沉降。有的地區(如東北部)沉降量590毫米。沉降總面積超過600平方公里。而北京城區面積僅440平方公里,所以,沉降範圍已波及到郊區。
4、西安市地面沉降發現於1959年、1971年後隨著過量開採地下水而逐漸加劇。1972—1983年,最大累計沉降量777毫米,年平均沉降量30—70毫米的沉降中心有5處。1983年後,西安市地面沉降趨於穩定發展,部分地區還有減緩的趨勢。到1988年最大累計沉降量已達1.34米,沉降量100毫米的範圍達200平方公里。
5、太原市經1979年、1980年、1982年三次在市區600平方公里範圍的測量,發現沉降量大於200毫米的面積有254平方公里,大於1000毫米的沉降區面積達7.1平方公里。最嚴重的是吳家堡,其次是小店。吳家堡水準點的累計沉降量:1980年是819毫米,1982年是1232毫米,到1987年累計沉降量達1380毫米。
此外,還有寧波市、常州市、蘇州市、無錫市、嘉興市、杭州市、台灣的屏東、彰化、雲林、嘉義、台中和台北等6個縣(市),均發生了不同程度的地面沉降。
6、滄州市地面沉降從上世紀70年代至今,滄州大約沉降了2.4米。地面沉降已成為滄州市的主要地質災害之一其危害最為典型、最為嚴重。滄州地區內有多條重大交通幹線,由於地面沉降也受到嚴重威脅。從滄州市地面沉降中心穿過的京滬鐵路,由於地面沉降碎石路基一再加高,在地面沉降中心附近鐵軌下的墊石比原墊石層加厚了500毫米,不僅增加了維護成本而且影響鐵路運行安全。京滬高速鐵路也面臨新的考驗。
7、深圳5年37次地陷,據深圳新聞網深圳論壇發布的《深圳市2001年以來地面塌陷事故地圖》,深圳自2001年以來共發生39次路面坍塌事故。
世界上地面沉降問題的發現,約始於20世紀初。有關上海地面沉降的報導最早見於1921年,到1965年在市區已形成了一個碟形窪地,其中心處的最大沉降量達2.63米。
然而,無論是媒體的統計,還是民間的地陷地圖都難以真正對未來可能的地陷以及生命的消逝起到足夠的預防作用。這些統計和地圖只是一種民間的記憶,表達一種事後的或懷念,或憤怒的複雜情感。銘記災難,講述災難是為了明天活得更好,更安全,然而應對莫名其妙的地陷,有心的民間人士亦感乏力,除了記錄,他們對於明天的地陷也沒有更好的辦法。
美國現狀
美國的大部分地區都發生了地面沉降,有些地區還相當嚴重。美國已經有遍及45個州超過44030平方公里的土地受到了地面沉降的影響,由此造成的經濟損失更是驚人。僅在美國聖克拉拉山谷,由地面沉降所造成的直接經濟損失,在1979年大約為1.31億美元,而到了1998年則高達3億美元。造成這一災害的主要原因是由於含水層的壓實、有機質土壤的疏乾排水、地下採礦、自然壓實、溶坑以及永凍土的解凍等。
最強烈的地面沉降發生於美國長灘市威爾明頓油田,其最大累積沉降量達9米。
其他國外地面沉降情況
據統計,目前世界上已有150多個國家和地區發生地面沉降,如美國、中國、日本、墨西哥、義大利、泰國、英國、俄羅斯、委內瑞拉、荷蘭、越南、匈牙利、德國、印度尼西亞、紐西蘭、比利時、南非等。
現有文獻資料表明,1891年墨西哥城最早記錄地面沉降現象,但當時由於地面沉降量不大,危害也不明顯,所以並未引起人們的重視。日本於1898年在新潟最早發生地面沉降,產生嚴重地面沉降的城市或地區還有東京、大阪和佐賀縣平原等。 [4]

最近地陷事件

2013年1月28日16時40分左右,廣州市荔灣區康王南路與杉木欄路交界處臨街商鋪發生塌陷。事發地點位於捷運六號線文化公園站施工工地旁,廣州捷運官方微博發布訊息稱,事發前施工單位在巡査中發現該地段地質有異常,判斷有塌陷可能,隨即聯同街道通知疏散現場人員,疏散完畢後出現了塌陷,消防局趕赴現場搜救,並用生命探測儀偵測,確認無發現人員傷亡。 地面沉降有自然的地面沉降和人為的地面沉降。自然的地面沉降一種是在地表鬆散或半鬆散的沉積層在重力的作用下,由鬆散到細密的成岩過程;另一種是由於地質構造運動、地震等引起的地面沉降。 地面沉降的危害主要有: (1)毀壞建築物和生產設施; (2)不利於建設事業和資源開發。發生地面沉降的地區屬於地層不穩定的地帶,在進行城市建設和資源開發時,需要更多的建設投資,而且生產能力也受到限制; (3)造成海水倒灌。地面沉降區多出現在沿海地帶。地面沉降到接近海面時,會發生海水倒灌,使土壤和地下水鹽鹼化。
2013年3月26日17時20分許,深圳福田區商報東路景洲大廈小區過道發生地陷,路面出現直徑5米的大坑,約四層樓深。一名保全掉入坑中,被救出後搶救無效死亡。事發地2米遠處是深圳報業集團的一在建工地。
2015年8月13日8點左右,莞惠城軌常平段,聯邦廣場露天停車場旁,發生塌陷事故。至少有一輛白色轎車陷入坑內,事故造成地下水管和燃氣管道損壞,目前,水管和燃氣管道已經關閉。
塌陷的具體位置離聯邦廣場紐澳花園入口處約20米。上午8點20分左右,從地下湧出的水,已經淹到紐澳花園門口。新南路也再次遭遇水浸,所幸沒有淹入店鋪。莞惠城軌施工人員在距離塌陷處約50米處,就開始拉起警戒線。

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