地面沉降

2010年,在我国的许多地方都惊现“大坑”,例如四川宜宾硐底镇从今年4月27日凌晨开始连续出现地层塌陷,相继产生26个“天坑”。今年6月4日,浙江衢州高速公路出现大圆巨坑,直径8.3米深6米。与浙江高速突现大坑同一天,6月4日,南昌市路面突然塌陷,一辆过路小轿车被卡在洞口处。今年6月3日,广西来宾市良江镇吉利村的大山头下因塌陷形成4个大坑,当地137户615位村民被迫转移。

这么多的“大坑”来自何方?其实这就是所说的地面沉降,又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程和经济活动影响下,由于地下比较松散的地层受到压缩,导致地面上部分范围内的地面下陷现象。

      

   (图片来源:http://www.chinanews.com.cn/tp/news/2009/06-16/1736097.shtml

地面沉降的形成原因

造成地面沉降的自然因素是地壳的构造运动和地表土壤的自然压实;人为的地面沉降广泛见于一些大量开采地下水的大城市和石油或天然气开采区。不同地质环境模式的地面沉降具有不同的规律和特点,在研究方法和预测模型方面也应有所不同。

另外,根据地面沉降发生的原因还可分为:(1)抽汲地下水引起的地面沉降;(2)采掘固体矿产引起的地面沉降;(3)开采石油、天然气引起的地面沉降;(4)抽汲卤水引起的地面沉降。

(图片来源:http://local.china.com.cn/2010-06/08/content_20207100.htm

地面沉降造成的危害

地面沉降的危害主要有:

 (1)毁坏建筑物和生产设施;

 (2)不利于建设事业和资源开发。发生地面沉降的地区属于地层不稳定的地带,在进行城市建设和资源开发时,需要更多的建设投资,而且生产能力也受到限制;

 (3)造成海水倒灌。地面沉降区多出现在沿海地带。地面沉降到接近海面时,会发生海水倒灌,使土壤和地下水盐碱化。对地面沉降的预防主要是针对地面沉降的不同原因而采取相应的工程措施。

地面沉降会对地表或地下构筑物造成危害;在沿海地区还能引起海水入侵、港湾设施失效等不良后果。人为的地面沉降主要是过量开采地下液体或气体,致使贮存这些液、气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低,有效应力相应增大,从而导致地层的压密。基于上述机制,上海于1965年以后,采用人工回灌方法,使地下水位回升、地面部分回弹,比较成功地控制了地面沉降。

 

地面沉降的防治

(1)多种措施防止地面沉降

地面沉降在经济发达地区可能导致严重的财产和基础下部建筑的损失。最具有代表性的地面沉降是由人为造成的,由于人为抽取地下水而导致含水层系统受压缩而产生地面沉降。针对这种情况必须采取措施减少地下水的使用量,增加地面水补给。因此,随时正确监测地面和地下水位沉降,并提供标准的数据对于预测和预报地面沉降工作至关重要。美国地质调查局的研究人员根据地面沉降的特点以及实际情况,对其采用以下几种方法来减缓地面沉降的速度,以及修复地面沉降,把损失降到最低。

(2)含水层存储和修复技术

为了满足供水和改善水质的要求,含水层存储和修复技术在美国各州得以广泛应用。在圣克拉拉山谷,目前需水量仍然很大,但由于地表水的引入,回灌得以实施,使得地下水抽汲量减少,从而防止了地下水位继续下降。另外,该区水资源管理局在当地的河流上建立了5个蓄水坝以收集雨水,这样增加了河水对流经区的地下水的补给。这个地区是美国第一个被发现也是第一个采取有效措施并在1969年前后终止了沉降地区。同样的情况还有亚利桑那州的中南部,通过引入科罗拉多河的河水,减少了地下水的需求强度,从而缓解了地面沉降。

(3)改变土地使用类型

为了防止地面沉降,将土地使用由农业用地型向城市用地型转变,以降低需水强度,防止地下水位的进一步下降。佛罗里达州的泥沼区使用这种方法可以防止有机土的进一步分解,减缓有机质氧化的速度,使地面发生沉降的速度降低,地基更加稳定。

(4)节水

利用含水层组贮藏和运输地下水,要优于造价高昴的地表蓄水和输水系统。美国的研究人员采用先进和合理的地下水运输方法,作出地下水使用的远景规划。节水是制止沉降的一项重要措施。例如在圣琼斯地区,目前人均用水量只有1920年的1/5,远低于过去作为农业用地时的用水量。因此即便是在1976年~1977年和1987年~1991年期间,这两个州的主要旱期里,水位还是保持在历史最低水位以上。

(5)加固堤防

对沿海城市进行海岸加固,建造堤防防止洪水泛滥和海水入侵。例如在加利福尼亚州境内三角洲地区,大面积的人工堤坝及人工岛有效地保护了这个三角洲,使之免遭海水的入侵,同时维持了有利的淡水坡度,保护了淡水源。

(6)立法保护地下水

美国对地下水的使用进行立法,使水资源有一个合理的使用环境。如在圣拉拉山谷成立一个专门的水资源管理机构来管理该区的用水,使地表水和地下水得到了长期有效的综合利用。美国许多地区甚至采取法制措施来防治地面沉降。例如1980年通过了《亚利桑那地下水管理法案》。其基本目标是加强对已衰竭含水层组的管理,把有限的地下水资源进行最合理的分配,开发新的水资源供应来增加亚利桑那的地下水资源。

(7)减少落水洞产生的影响

美国已有的案例表明,落水洞的活动与地下水的抽取有直接关系,控制地下水位的波动可以防止落水洞的形成。如美国佛罗里达西南水资源管理区与其他水资源机构通力合作,设立了佛罗里达中西部地下水的临界水位。最低水位的提出将会改良一些诱发条件,减少落水洞产生的影响。

(图片来源http://news.sina.com.cn/c/2009-06-12/075515777172s.shtml

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