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“温水煮青蛙”式的地面沉降(2):防控对策

已有 4309 次阅读 2012-2-24 13:47 |个人分类:热点关注|系统分类:科普集锦| 地面沉降, 防控措施

我在上篇博文[1]中,谈到了地面沉降引起的地质灾害及环境、社会问题,这篇博文将着重谈地面沉降的防控措施。

根据学者们[2-7]多年的研究,影响地面沉降的因素包括:构造运动、区域性海平面上升、地热开采、石油开采、工程沉降、地下水开采等。在我国最严重的沉降地区(长江三角洲、华北平原和汾渭盆地),4项引起的沉降与后两项相比,前4项引起的沉降量很小,在研究地面沉降问题时基本不需考虑。

地面沉降控制是一项系统工程,区域性沉降由含水层系统弹性和蠕变变形引起,可通过禁采与限采约束沉降量与沉降速率,可通过回灌加以部分恢复;工程沉降以浅层软土固结为主,是不可逆的。因此,沉降控制必须解决好地下水开发模式软土固结控制两方面问题。

工程沉降主要以高层建筑工程为代表,包括基础施工期间和建成后引起的沉降两部分。基础施工期间造成局部地面沉降,如基坑开挖、降排水、沉桩等,其沉降量与建筑荷载引起的沉降量相比,总量较小。在有关部门采取限制施工降水措施后,降排水施工引起的沉降已得到有效控制。

城市建设造成的地面沉降与工程施工进度密切相关,沉降主要集中于浅部工程活动相对频繁和集中的地层中。建筑物施工后,建筑物荷重对其下部压缩性地层具有长期加载作用。所以局部沉降可以延续很长一段时间,而且难以恢复初始地面标高。刘毅等[2-3]认为,19921998年,上海市因工程建设导致的沉降量约占总沉降量的12左右,但各工程施工引起的局部地面沉降却十分惊人,累计沉降可达100mm之多。我们[7]对天津滨海新区的研究表明,集群式工程沉降约占总沉降量的10%,与上海地区的分析结果较为一致。

根据以上分析,控制地面沉降应聚焦于“地下水开采”模式上,如禁采地下水、削减地下水开采量、人工回灌、优化开采层次等。

有人说“禁采地下水不是可以一劳永逸地解决地面沉降问题吗?”这是一厢情愿的想法。人类要生存、城市要发展,都离不了“水”,水是生命之源,经济发展之本。我国的地表水(库水、河水、江水等)资源不够丰富,且水资源分布不均,大部分经济发达地区都依赖于地下水资源的开采。如华北平原以仅占全国1.7%的水资源量,维持了该区几十年的经济社会高速发展。目前华北平原地下水开采量为206亿m3/年,75%以上的用水需求靠地下水支撑(图1)。华北平原的地下水开采量占到整个供水量的75%80%,已经超采地下水1000多亿立方米。因此,除对个别地区外,禁采地下水方案不可行。

1 华北地区地下水与地表水的供水比例

消减地下水开采量可以减少地面沉降量,但必须保证基本的工业、农业及生活用水。解决之道是大力发展调水工程,如引滦入津、南水北调、辽宁大伙房调水工程等都在一定程度上缓解了缺水地区的地下水开采量,起到了一定的控制沉降作用。

一些地区采用削减地下水开采量、禁采地下水、人工回灌等措施后,水位逐步恢复,沉降速率趋缓可有所下降,但至今沉降范围仍在扩展。没有采取任何措施的地区,沉降会随着地下水开采量的增加而逐步加剧。地面沉降的发展过程在采取限制开采地下水措施前,一般大体上经历缓慢、显著、急剧沉降等几个阶段,并与同期地下水的少量、大量、超量开采等几个阶段相对应。采取限制开采措施后,随着水位下降速度的减缓、恢复,沉降速率会相应趋缓,如果进行人工回灌,有可能一段时间内出现地面回弹,如上海在19661971年,中心城区曾平均累计回弹18.1mm

调整开采层次作为一种辅助措施,在一定阶段有助于控制地面沉降。我们[7]对天津滨海新区的研究表明:同时开采第二、五含水层引起的地面沉降量最大,一年最大沉降量达到94.2mm,同时开采第三、五含水层引起的地面沉降量最小,一年最大沉降量仅为53.1mm

防治地面沉降的工作任重而道远,建议采取以下有效措施控制沉降:

1)建立地面沉降监测体系,以利于政府决策时可有的放矢。

2)通过健全法制、规范管理来加强地面沉降的综合防治。在这方面,可参考上海等城市的做法。上海等城市已制定了相应的如深井管理办法取水许可制度实施细则”、“地面沉降监测设施管理办法地面沉降防治管理办法”、“地面沉降灾害经济损失评估方法等行政法规。

3)大力发展跨区域调水工程,大大减少(甚至不采)地下水资源的开采量,这是“治本”的做法。

4探索一套以减少地下水开采、人工回灌、调整地下水主要开采层次等为主的综合防治措施来控制地面沉降。在天津、上海地区的初步实践证明行之有效,宜在完善的基础上在全国各地逐步推广。

5)建立大尺度的三维非线性沉降计算数学模型,进行数值模拟和预报,以达到防患于未然的作用。

参考

[1]秦四清,温水煮青蛙式的地面沉降(1):地质灾害及环境、社会问题

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=575926&do=blog&id=540479

[2]侯艳声,郑铣鑫,应玉飞,中国沿海地区可持续发展战略与地面沉降系统防治,中国地质灾害与防治学报,2000112):3033

[3]薛禹群,张云,叶淑君,李勤奋,中国地面沉降及其需要解决的几个问题,第四纪研究,2003236):585593

[4]陈梦熊,马凤山,中国地下水资源与环境,北京:地震出版社,2002

[5]薛禹群,我国地面沉降模拟现状及需要解决的问题,水文地质工程地质,2003,(5):14

[6]殷跃平,张作辰,张开军,我国地面沉降现状及防治对策研究,中国地质灾害与防治学报,2005162):18

[7]秦四清等,滨海城市工程建设与地质环境的相互作用机制研究,中国科学院知识创新工程重要方向项目验收总结报告,2010.

 

 



https://blog.sciencenet.cn/blog-575926-540897.html

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