长江三角洲地区地面沉降监测与风险管理.pdf

长江三角洲地区地面沉降监测与风险管理长江三角洲地区地面沉降监测与风险管理 1 概述 概述 为配合国土资源部在长江三角洲地区地面沉降防治工作的统一部署 在以往 地面沉降调查与监测工作并取得丰富成果的基础上 2006 年中国地调局水环部 下达 长江三角洲地区地面沉降监测与风险管理 计划项目 任务书编号 水 2006 19 项目编码 1212010641200 为实现长江三角洲全区地面沉降综合防 治提供决策依据 该计划项目分别由 上海市地面沉降监测与风险管理 苏锡常地区地面沉 降监测与风险管理 杭嘉湖平原地面沉降监测与风险管理 等工作项目中组成 计划项目实施单位为上海市地质调查研究院 工作项目分别由江浙沪地调院 环 境站承担 工作年限为 2006 2008 年 1 1 项目目标 在已建成的长江三角洲地区地面沉降监测网基础上 继续实施国家级区域地 面沉降监测网监测 动态掌握区域地面沉降发展趋势 为制定地面沉降控制措施 提供基础数据 结合长江三角洲地区区域社会经济发展战略布局 开展地面沉降 危险性区划与地面沉降风险管理区划 研究制定地面沉降分区控制目标和管制措 施 合理规划区域地下水资源利用与管理 为建立长江三角洲区域地面沉降防治 联动机制 实现长江三角洲全区地面沉降综合防治提供决策依据 1 2 主要任务 开展长江三角洲地区地面沉降 GPS 一级网监测 对比以往测量结果 分析 地面沉降发展变化趋势 开展长江三角洲地区地面沉降分层标 基岩标及控制性剖面测量 掌握区域 地面沉降发展动态 为地面沉降防治专题研究提供基础数据 开展长江三角洲地区地面沉降易发区评价及地面沉降风险管理区划 为研究 制定地面沉降分区控制目标和管理措施提供依据 进一步开展新理论 新技术在地面沉降监测防治中的应用研究 为地面沉降 防治管理以及评价地面沉降防治效果提供技术支持 1 1 3 工作区概况 长江三角洲地区地处中国沿海和沿江经济带的 交汇点 是我国经济最发 达 人口最为密集的地区之一 作为世界六大 都市圈 之一 也是世界上少数 最具经济活力的地区之一 图 1 长江三角洲地区地面沉降监测与风险管理工作区图 1 长江三角洲地区地面沉降监测与风险管理工作区 据国家统计局报告显示 2005 年 二省一市 实现 GDP 为 40781 亿元 财 政收入为 7220 6 亿元 未含浙江省 其中 上海市完成国内生产总值近 9144 亿元 财政收入近 4096 亿元 江苏省实现国内生产总值 18272 亿元 财政收入 2 近 3125 亿元 浙江省实现国内生产总值 13365 亿元 2002 年财政收入 731 亿元 至 2002 年中国经济实力最强的 35 个城市中的 10 个 综合实力百强县的一半位 于长江三角洲 因此 长江三角洲各项综合经济指数列居全国领先地位 是国内 经济繁荣发展速度最快的地区之一 但是 本地区资源相当贫乏 人口密集 因而导致快速推进的城市化进程 高强度的国土资源开发与脆弱地质环境的矛盾日益突出 尤其是结构松软的第四 纪厚覆盖层 受自然和人类因素影响 以令人难以察觉的压密变形 严重危害着 本地区社会经济的可持续发展 1 4 工作区地面沉降灾害概况 地面沉降是目前长三角平原区规模最大 持续影响时间最长 也是国内最早 发现的同类地质灾害 长江三角洲是我国发生地面沉降现象最具典型意义的地区之一 因开采地下 水所导致的地面沉降最早发生于上世纪廿年代初的上海市区 并在五 六十年代 造成严重的灾害 六十年代起 长江三角洲平原地区各主要城市相继产生地面沉 降 尤其是江苏苏锡常 浙江杭嘉湖地区地面沉降日益严重 并以各主要城市为 中心不断向整个区域扩展 九十年代末 苏锡常 杭嘉湖及上海市累积沉降超 200 mm 范围已达 1 3 面积近 10000 km2 地面沉降并已连成一片 上海地区自 1921 年发现地面沉降现象以来 中心城区平均累计地面沉降约为 1 96 米 最大 累计沉降约为 2 98 米 北京路西藏路路口 苏锡常地区自上世纪 60 年代以来 的累计最大沉降量出现在锡西地区 约 2 8 米 常州和苏州市区的累计最大沉降 量也均在 1 6 米以上 浙江的嘉兴地区最大沉降量在 0 8 米以上 因不均匀沉降 目前江苏已发生 20 余处地裂缝灾害 发育规模较大地区已形成长数千米 宽数 十米不等的地裂缝带 地面沉降是一种累进性地质灾害 一旦形成便难以恢复 其发展过程是不可 逆的 影响是持久的 加上本地区大多属于湖沼低洼和沿海低标高平原 大部分 原始地面标高不足 3 5 米 即所谓 高程资源 极其有限 地面沉降会降低防洪 防汛设施的防御能力 增大城市的排水成本 对现行的基础设施 如轨道交通 高架道路 天然气管网等 也会造成严重的安全隐患 增大维护成本 经济损失 巨大 经过对本地区地面沉降灾害经济损失的初步评估 到 2000 年 苏锡常地 3 区达 840 余亿元人民币 嘉兴市 85 亿元 而上海市市区自 50 年代以来的经济损 失高达 2900 余亿元 以 2000 年价格计 这也反映了经济容量越是集中 其灾 害损失愈加严重 本地区地面沉降的危害主要表现为以下几个方面 1 洪涝及风暴潮灾害加剧 由于地势低平 历史上水灾一直是本地区的一大隐患之一 解放后随着大兴 水利工程 水灾的发生一度得到遏制 但地面沉降使地面标高不断降低 相对水 位上升 因而导致已建的水利设施的防洪防汛功能降低 城市和农村的排涝能力 下降 设施维护和建设成本增加 内陆洪灾和沿海潮灾无论是受灾频率还是成灾 规模及范围均趋于加剧 严重时城市交通瘫痪 生产停顿 农作物减产甚至绝收 人民财产受损 由于地势低洼 造成地表水流不畅 污染物聚集 长江口海潮流 量增加 咸潮上疏范围扩大 地表水水质更趋恶化 危害当地群众身体建康 局 部地区生态质量下降 2 建筑受损 危及生命 由于地面不均匀沉降 常导致深基础高层建筑底部抬升及深井井管抬升受 损 脱裂 甚至倾斜 部分建筑墙体开裂 建筑被毁 尤其是地裂缝所到之处地 面开裂 建筑受损 其灾难怵目惊心 据最初统计资料 仅锡西地裂缝就造成 24 间房屋倒塌 22 间严重开裂 54 户受灾 几乎全村迁移 地裂缝被认为是地 面沉降在特殊地区的极端表现 所造成的危害具有显著性 更易引起社会的恐慌 3 线型工程基础变形 运营成本提高 由于地面沉降的不均匀性 使地铁轨道变形 轮轨磨损严重 隧道上覆瓦片 开裂 引起渗水漏砂 又进一步加剧沉降 大跨度悬索桥桥墩的差异沉降将危及 桥梁安全 4 内河航运受阻 本地区水网密布 桥梁众多 历史上因水路交通便利 带动了地区经济和商 贸的繁荣 地面沉降却使河网水位抬升 桥梁净空减少 通航能力降低 尤其是 汛期高潮位 船只已经难以通行 由于沿岸码头随地面下沉 进而影响货物装卸 更使驳岸积水 仓库受淹 5 地面水准点失效 地面水准点对城市建设与管理 防洪防潮调度起着很重要的作用 由于地面 4 沉降导致水准点失稳失效 使城市规划 工程建设项目失去依据 需要重新校核 水文站 验潮站的水位 潮位标高的失真 影响防洪防潮决策 6 加剧了农田的渍害 土质趋于恶化 地面沉降造成了局部农田低洼 常年积水 土壤的墒情改变 原有渍害治理 难度加大 农作物产量下降 因此 地面沉降对农业潜在的威胁是十分严重的问 题 总之 除了不均匀地面沉降直接导致建筑物受损外 百余年来的海平面的变 化迭加上地面沉降 时刻威胁着河口滨海地区包括长江三角洲地区的人类生存 2 工作进展与成果应用 工作进展与成果应用 本项目是自 1999 年以来地调局分别部署开展 长江三角洲地区地下水资源 与地质灾害调查评价 和 长江三角洲地区地面沉降调查与监测 项目的基础上 重点开展地面沉降防治研究 即通过调查 建网 监测到控制管理等举措以查明 地面沉降分布规律 针对其成因采取控沉措施和管理对策 达到有效控制并减缓 地面沉降灾害的系统工程 2 1 地面沉降基础地质调查工作有所加强 通过加强区域调查及多项专题研究 系统分析研究了基岩构造 海平面变化 对第四纪沉积的控制作用 图 修订了工作区的第四纪地层年代和层序 建立 了基岩构造格架 图 在深化对第四纪松散孔隙含水层组的形成 地下水流场 分布特征认识的基础上 建立了区域统一的地下水含水层结构 图 为地面沉 降研究提供了更为可靠的基础地质依据 图 2 长江三角洲 长江以南 地区第四纪地质剖面图 图 2 长江三角洲 长江以南 地区第四纪地质剖面图 5 图 3 长江三角洲 长江以南 地区全新世晚期岩相古地理图 图 3 长江三角洲 长江以南 地区全新世晚期岩相古地理图 图 4 长江三角洲 长江以南 地区基岩地质图 图 4 长江三角洲 长江以南 地区基岩地质图 6 通过系统分析区内地面沉降及地裂缝发展历史和现状 深入地研究了地面沉 降的形成机制和基本特征 全面分析评价了地面沉降对区内防汛工程 城市建筑 物 地下空间开发等的影响及所造成的经济损失 查明了地下水开采是地面沉降 的主要影响因素 软土地区大规模高密度工程建设活动和建筑荷载是地面沉降的 重要影响因素 为地面沉降机理分析 预测与防治提供了基本的资料依据 基本 查明了地裂缝产生的地质背景与人类工程活动的关系 初步划分了地裂缝三种成 因类型 圈定灾害潜在危险区范围 提出地裂缝灾害防治规划 2 2 初步建成长江三角洲地区地面沉降监测网络 根据 统一规划 统一设计 统一标准 的原则 通过制定 长江三角洲地 区地面沉降监测网建设和监测技术要求 和 长江三角洲地区地面沉降监测网建 设总体设计 初步建成长江三角洲地面沉降监测网络 目前 长江三角洲地区 地面沉降 GPS 监测网络和地下水动态监测网络已覆盖全区 控制面积达 4 万平 方公里 由城市精密水准监测网和地下不同深度的基岩标 分层标在重要城市及 地面沉降严重地区构成的立体自动化监测系统已经初具雏型 表 1 长江三角洲地区地面沉降监测网统计表 表 1 长江三角洲地区地面沉降监测网统计表 项 目 计量 单位 上海市苏锡常扬泰通杭嘉湖 合计合计 地面沉降GPS一级网点 点 36 33 34 21 127 地面沉降GPS二级网点 点 110 116 56 60 339 GPS固定站 座 4 1 5 水准点 点 450 30 480 地下水水位监测井 眼 326 89 100 515 地下水水质监测井 眼 574 73 36 106 基岩标 座 38 8 2 1 49 分层标 组 27 5 2 1 35 自动化监测站 座 12 8 1 21 1 上海市地面沉降监测网日趋完善 上海作为我国最早开展地面沉降监测工作的地区 1961 年开始系统地建立 区域地下水动态监测网和市区 近郊区地面沉降监测网 1996 年进一步组织实 施了 上海市地面沉降监测网络修建规划 基本建立了控制全市地面沉降的监 测网络 十五 期间在我部和上海市政府的持续关心下 随着新技术新方法的 引进 GPS 自动化监测以及信息技术已经开始在地面沉降监测中得到了应用 7 基本实现了预测预报功能 为地面沉降监控和治理奠定了基础 目前 上海地面 沉降监测主要有以下部分组成 图 5 长 江 三 角 洲 地 区 地 面 沉 降 监 测 网 络 分 布 图 图 5 长 江 三 角 洲 地 区 地 面 沉 降 监 测 网 络 分 布 图 地面沉降监测站 共 27 座 分布于全市 由基岩标 分层标组 地下水位观 测孔 孔隙水压力测头孔组成 每月监测垂向不同地层的变形 其中 12 座实现 了自动化连续监测 区域 GPS 地面沉降监测网 连续观测固定站 4 座 一级监测网点 36 个 二 级监测网点 108 个分布于全市 城市地面沉降水准监测网 以佘山 小闸基岩标为基准点 每年测量 1 次监 测中心城区 800 平方千米面积的地面沉降 区域地下水位动态监测网 共 330 口监测井 每月监测全市 6 个含水层地下 水位变化情况 2 苏锡常地区地面沉降监测网得到进一步扩展 8 经过近 5 年的努力 江苏省长三角地区地面沉降监测网络已成功拓展到全。