李 柏，劉云波，胡小伍

( 浙江省測繪大隊(duì)，浙江 杭州 310030)

0 引言

地面沉降是指在自然因素或人為作用下造成的區(qū)域性地面標(biāo)高損失的環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象，具有形成緩慢、持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣、成因機(jī)制復(fù)雜和防治難度大等特點(diǎn)，是一種對資源利用、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)和人民生活構(gòu)成嚴(yán)重威脅的地質(zhì)災(zāi)害。近幾十年來，中國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市化建設(shè)進(jìn)程的加快和人口的增加，促使過度開采地下水、油氣、固體礦產(chǎn)等資源，導(dǎo)致地面沉降大面積發(fā)生和發(fā)展，危害也在不斷增大，持續(xù)性地面沉降問題愈益顯著，已成為制約可持續(xù)發(fā)展的重要因素。為了解地面沉降程度和影響范圍，需要以足夠的精度對地表進(jìn)行定期監(jiān)測，為工程建設(shè)和運(yùn)行管理提供現(xiàn)勢性較強(qiáng)的高程依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為此，本文對杭嘉湖平原地面沉降水準(zhǔn)監(jiān)測的實(shí)施方法進(jìn)行了介紹，并對成果進(jìn)行了分析，以便為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、地面沉降機(jī)理研究提供可靠數(shù)據(jù)保證。

1 杭嘉湖平原自然地理概況

1．1 自然地理

杭嘉湖平原位于浙江省東北部、長江三角洲南翼，為浙江省內(nèi)最大的堆積平原。東臨大海，南倚錢塘江和杭州灣，北負(fù)太湖，西接天目之水，大運(yùn)河縱貫境內(nèi)。地勢極為低平，平均海拔3 m左右，河網(wǎng)密布，地勢形成東、南高起而向西、北降低的以太湖為中心的淺碟形洼地。該地區(qū)處北亞熱帶南緣，屬東亞季風(fēng)區(qū)，冬夏季風(fēng)交替，四季分明，氣溫適中，雨水豐沛，日照充足，具有春濕、夏熱、秋燥、冬冷的特點(diǎn)，年平均氣溫15．9 ℃，年平均降水量1 168．6 mm。

1．2 地質(zhì)概況

杭嘉湖平原為第四紀(jì)沉積區(qū)，絕大部分地區(qū)均為第四系所覆蓋，第四系由西南往東北逐漸增厚，厚度60 ～300 余米，中、下更新統(tǒng)均系陸相沉積，上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)為河、湖、濱海、三角洲及淺海相沉積。晚更新世以來經(jīng)受了3 次海侵，分別形成了3層海相地層。除東部沿海地帶有小面積連續(xù)分布的基巖山區(qū)外，其余均為零星的孤丘露頭［1］。地下水類型有第四系孔隙水、碳酸鹽巖巖溶水和基巖裂隙水。后二類分布零星、面積小，水量不豐富，供水意義不大。第四系孔隙水含水層組主要由沖積相粉細(xì)砂、中粗砂、砂礫石等組成。主要開采的地下水為第四系孔隙承壓水［2］。

2 地面沉降機(jī)理、現(xiàn)狀及危害

長期地下水超量開采即含水層地下水被大量開采，使該地區(qū)地下水位下降，相鄰各粘土層孔隙水向含水層釋水，粘土層中孔隙水壓力降低，浮托力銳減，有效應(yīng)力急劇增大，顆粒間的水膜被擠薄。同時(shí)水體流動、滲透力作用及重力場發(fā)生變化，土粒間以及扁平土粒在壓力下擾動變形，粘土層產(chǎn)生固結(jié)壓縮。抽水作用使砂礫石含水層顆粒排列緊密，間隙減小，產(chǎn)生彈性形變，形成了地下水位降落漏斗，誘發(fā)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，隨著深層地下水的大規(guī)模開采，地面沉降的范圍隨之?dāng)U大，為地面沉降急劇發(fā)展時(shí)期，形成了多個(gè)地面沉降漏斗。截止2004 年，地面累計(jì)沉降量大于100 mm，沉降面積超3 000 km2，中心累計(jì)沉降量達(dá)860 mm。

地面沉降的危害主要表現(xiàn)在使防洪排澇能力降低，嚴(yán)重影響城市規(guī)劃和市政建設(shè)，降低內(nèi)河航運(yùn)能力，加劇耕地漬害等。

3 地面沉降一等水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)的實(shí)施

3．1 監(jiān)測網(wǎng)的構(gòu)成

為了獲取杭嘉湖平原重點(diǎn)沉降地區(qū)地面沉降的沉降量、沉降速度及變化情況，客觀、實(shí)際地反映地面沉降的規(guī)律，為城市建設(shè)、國土、規(guī)劃、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害、水利工程、防洪工程等提供最基礎(chǔ)的測繪保障，同時(shí)也為政府相關(guān)部門宏觀決策提供依據(jù)。地面沉降監(jiān)測實(shí)施單位結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)資料并顧及監(jiān)測重點(diǎn)區(qū)域，先后布設(shè)了491 個(gè)水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)，組成地面沉降一等水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)。自2007 年起，該地區(qū)地面沉降監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)增補(bǔ)與每年一等水準(zhǔn)復(fù)測工作由浙江省測繪大隊(duì)負(fù)責(zé)。為加強(qiáng)監(jiān)測網(wǎng)強(qiáng)度在原監(jiān)測網(wǎng)基礎(chǔ)上增加監(jiān)測點(diǎn)187 個(gè)，基巖點(diǎn)10 個(gè)，水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)平均間距約2．3 km，部署了16 條Ⅰ等水準(zhǔn)測量路線，地面沉降監(jiān)測控制范圍約3 300 km2，每年施測一等水準(zhǔn)路線約為760 km。地面沉降監(jiān)測點(diǎn)分布情況，見圖1。

3．2 外業(yè)觀測與成果計(jì)算

地面水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)的高程系統(tǒng)為1985 國家高程基準(zhǔn)，按照GB/T 12897—2006《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》和DZ/T 0154-95《地面沉降水準(zhǔn)測量規(guī)范》的要求進(jìn)行監(jiān)測網(wǎng)一等水準(zhǔn)測量。復(fù)測時(shí)間為每年7 月～9 月。復(fù)測路線與歷年一等水準(zhǔn)線路保持一致，新增的監(jiān)測點(diǎn)并入觀測路線，對遭破壞監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)埋，待下年度再施測。

圖1 地面沉降監(jiān)測點(diǎn)分布圖Fig．1 Distribution map of land subsidence monitoring points

外業(yè)觀測使用經(jīng)檢定合格的Trimble DiNi 數(shù)字水準(zhǔn)儀及其配套的銦瓦金屬條碼標(biāo)尺，采用單路線往返觀測進(jìn)行一等水準(zhǔn)觀測。數(shù)據(jù)觀測成果采用軟件讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)自動進(jìn)行處理，經(jīng)過審核確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠后，計(jì)算測段往返較差與偶然中誤差。地面沉降一等水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)以3 個(gè)基巖點(diǎn)作為起算點(diǎn)，一等水準(zhǔn)觀測高差進(jìn)行正常水準(zhǔn)面不平行、重力異常、標(biāo)尺長度誤差、標(biāo)尺溫度改正和日月引力改正。采用武漢大學(xué)科傻平差軟件(COSA)以觀測高差為元素，按測站數(shù)倒數(shù)定權(quán)，進(jìn)行全網(wǎng)嚴(yán)密平差。

4 地面沉降監(jiān)測成果分析

橫向?qū)Ρ?008 -2013 年的地面沉降水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)成果，選取相鄰年度具有可比性的監(jiān)測點(diǎn)成果進(jìn)行分析計(jì)算，得到表1 地面沉降監(jiān)測點(diǎn)年沉降速率和表2 地面沉降監(jiān)測網(wǎng)年均沉降量。為了確定地面沉降漏斗的位置、范圍、沉降速率的大小以及擴(kuò)張過程，選取114 個(gè)連續(xù)七年具有一等水準(zhǔn)成果的監(jiān)測點(diǎn)，并計(jì)算監(jiān)測點(diǎn)的年沉降量、累積量，繪制2008-2013 年地面沉降等值線圖。

表1 地面沉降監(jiān)測點(diǎn)年沉降速率Tab．1 The annual subsidence rates of land subsidence monitoring points

表1 ( 續(xù)) 地面沉降監(jiān)測點(diǎn)年沉降速率

表2 地面沉降監(jiān)測網(wǎng)年均沉降量Tab．2 The average annual subsidence amount of land subsidence monitoring network

從表1 可以看出，雖然每年進(jìn)行一等水準(zhǔn)測量地面沉降監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量不同，但具有可比性的監(jiān)測點(diǎn)的年沉降速率在［0，10)mm 區(qū)間逐年增加，從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以下的監(jiān)測點(diǎn)已不存在。表2 中地面沉降監(jiān)測點(diǎn)年均沉降量從2008 年的-39 mm，到2013 年的3 mm，年均沉降量逐年減緩。表1、表2的數(shù)據(jù)表明，除個(gè)別監(jiān)測點(diǎn)的沉降量比較明顯外，該地區(qū)地面沉降總體趨于穩(wěn)定，并呈上升趨勢。部分監(jiān)測點(diǎn)年沉降量統(tǒng)計(jì)，見表3。2008 -2013 年地面沉降等值線圖，見圖2。

表3 部分監(jiān)測點(diǎn)年沉降量統(tǒng)計(jì)表Tab．3 The annual subsidence amount statistics of some monitoring points

從圖2 中可看出，在A 地區(qū)存在狹長的地面沉降漏斗，沉降漏斗中心最大沉降量為-106 mm。B 地區(qū)的三角范圍內(nèi)呈上升趨勢，累積上升25 mm。在D 地區(qū)存在E、F 兩個(gè)累積沉降量為-76 mm、-65 mm的沉降漏斗。累積沉降量最大的地區(qū)為C地區(qū)，G、H 兩地為C 地區(qū)沉降漏斗中兩個(gè)次級漏斗，中心累積沉降量分別為-99 mm、-122 mm。圖2 表明該重點(diǎn)監(jiān)測地區(qū)的地面沉降中心已由老城區(qū)轉(zhuǎn)移至周邊地區(qū)，并在主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)、重點(diǎn)建成區(qū)等地形成次一級的地面沉降漏斗。

圖2 2008 -2013 年地面沉降等值線圖Fig．2 Contour map of land subsidence form 2008 to 2013

杭嘉湖平原地區(qū)于2002 年開始采取大規(guī)模封深井行動，到2010 年已全面禁止開采深層地下水。通過封井、回灌地下水等治理措施，該地區(qū)地下水位逐年回升，各縣市區(qū)地面沉降速率均有不同程度的減緩，而禁采地下水較早的市縣尤為顯著。地面沉降形成的沉降漏斗基本都處于城鎮(zhèn)建成區(qū)或其附近，與地下水位下降區(qū)在空間分布上基本對應(yīng)，與地下水下降區(qū)位置或開采集中區(qū)在平面上大致重合，可見大范圍地下水位的變化對地面沉降的影響最直接，是造成地面沉降明顯的主要原因。

5 結(jié)束語

通過對杭嘉湖平原重點(diǎn)沉降區(qū)域地面沉降監(jiān)測網(wǎng)多年的一等水準(zhǔn)測量成果進(jìn)行分析，初步查明了該地區(qū)地面沉降的規(guī)模、范圍及沉降速率，為地面沉降機(jī)理性研究提供可靠數(shù)據(jù)保證，進(jìn)一步驗(yàn)證了地下水位對地面沉降的影響，明確了控制地面沉降必須禁采地下水。建議采取建立機(jī)制、強(qiáng)化管理、合理配置、有效保護(hù)和涵養(yǎng)地下水資源等綜合治理措施，遏制地下水超采，實(shí)現(xiàn)地下水逐步回升，改善生態(tài)與環(huán)境，實(shí)現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

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

［2］ 方旭峰．杭嘉湖地區(qū)地面沉降特征及沉降量預(yù)測方法比較［J］．西部探礦工程，2012(12):142 -143．

［3］ 趙建康，吳孟杰，劉思秀．浙江省杭嘉湖平原地面沉降及監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)研究［J］．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2004，15(1):16 -20．