地面沉降的原因以及地面沉降的危害(附監測方案)

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叫地面沉降。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地表松散或半松散的沉積層在重力的作用下，由松散到細密的成巖過程，另一種是由于地質構造運動、地震等引起的地面沉降。主要由自然因素和人為因素造成：

自然因素包括構造下沉、地震、火山活動、氣候變化、地應力變化及土體自然固結等。人為因素主要包括開發利用地下流體資源（地下水、石油、天然氣等）、開采固體礦產、巖溶塌陷、軟土地區與工程建設有關的固結沉降等。原因如下：

一是巖溶塌陷。中國是世界上巖溶最多的國家之一。隨著巖溶地區國民經濟的飛速發展，巖溶區土地資源、水資源和礦產資源開發不斷增強，由此引發的巖溶塌陷問題日益突出，已成為巖溶地區主要地質災害問題。

二是開發利用地下流體資源。由于抽取地下水，在許多國家和地區產生了地面沉降。20世紀20年代，我國上海、天津在市區集中開采地下水的地區發生地面沉降。華北平原地下水降落漏斗和地面沉降已經引起廣泛關注。

三是開采固體礦產。礦山塌陷多分布在礦山的采空區，以采煤塌陷最為突出。中國有約20個省區發生采空塌陷，以黑龍江、山西、安徽、山東、河南等省最為嚴重。

四是工程環境效應。密集高層建筑群等工程環境效應是近年來新的沉降制約因素，在地區城市化進程中不斷顯露，在部分地區的大規模城市改造建設中地面沉降效應明顯。

地面沉降的危害主要有：

1、毀壞建筑物和生產設施；

2、不利于建設事業和資源開發。發生地面沉降的地區屬于地層不穩定的地帶，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，使土壤和地下水鹽堿化。對地面沉降的預防主要是針對地面沉降的不同原因而采取相應的工程措施。

地面沉降會對地表或地下構筑物造成危害；在沿海地區還能引起海水入侵、港灣設施失效等不良后果。人為的地面沉降主要是過量開采地下液體或氣體，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。

地面沉降監測工作可分為以下幾個階段

1、收集資料與分析研究

主要收集城市1：1萬或1：5萬比例尺交通圖和地形圖，沉降區水文地質工程地質勘查資料、水資源管理方面的資料、市政現狀及遠景規劃資料、沉降區內國家水準網點資料、城市測量網點資料，井、泉點的歷史記錄及歷史水準點資料，研究沉降區水文地質工程地質條件，歷年水資源開采情況，已有的監測情況，地面沉降類型及沉降程度，分析地面沉降的原因、沉降機制，估算地面沉降的速率，劃分出沉降范圍及沉降中心，編制地面沉降現狀圖。作為監測網點布設的依據。

2、地面沉降調查

地面沉降主要危害表現為地面標高損失，其危害是多方面的。開展地面沉降調查主要包括調查城市基礎設施遭受地面沉降損失情況，比如年代比較久遠的構筑物地基下沉情況、深井井管上升和井臺破壞情況、橋墩不均勻下沉、自來水管彎裂漏水等；調查城市內澇情況，在發生地面沉降的市區，因地表標高的損失，在雨季就會發生積水現象；調查路基下沉情況，地面沉降區內如有重大交通干線通過，應調查路基的沉降情況，如穿過滄州市地面沉降中心的京滬鐵路，由于地面沉降致使路基下沉，碎石路基一再加高，在津德57號水準點附近鐵軌下的墊石比原墊石層加厚了約500mm。

3、地面沉降監測

對于初次開展地面沉降監測的區域，首先應該獲取工作區干涉雷達數據，對干涉雷達數據進行處理和分析，建立應用干涉雷達測量技術調查與監測地面沉降的技術流程與工作方法。查明工作區內主要地面沉降區域分布狀況。并查明地面沉降成因，在此基礎上有針對性地部署監測網絡。

根據地面沉降的分布狀況，在沉降中心地區，選擇沉降量較大的區域，按照土地使用狀況建立分層標和基巖標等監測設施，進行重點點位的地面沉降監測；區域上高精度的地面沉降監測主要通過建立精密水準網和GNSS網來進行監測，建立精密水準網的地區通過每年1次的精密水準測量，得出區域內比較精確的地面沉降量。由于GNSS具有全球性、全天候、高精度、實時性等特點，GNSS地面沉降監測已經被廣大發達國家所應用，因此在沉降比較嚴重的區域也可以建立GNSS網對區域內的地面沉降狀況通過GNSS來進行監測。

比如美國地質調查局在加利福尼亞州布設了GNSS監測點250個，在區域上每30km一個點，重點區域加密到3km一個點，監測精度達到1mm/a。為了分析研究地面沉降的成因和機理，在分層標和基巖標所在位置，以及有水準點和GNSS監測點覆蓋的位置可以建立地下水動態監測點來進行水位的監測，通過分析水位變化狀況及地面沉降量大小以及與時間的關系，研究區域內地面沉降的主要層位和沉降機理。

與地面沉降伴生的地裂縫會在地表產生開裂，造成災害，因此也需要監測。開展地裂縫監測是掌握地裂縫發展變化規律與制定防治對策的一種手段。監測的目的和任務是：
查明地裂縫的出露范圍，組合特征，成因類型及動態變化；
對多因素產生的地裂縫應判明控制性因素及誘發因素；
評價地裂縫對人類及工程建設的危害，并提出防治措施。

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