地面沉降的原因以及地面沉降的危害(附监测方案)

地球表面的海拔标高在一定时期内不断降低的环境地质现象叫地面沉降。地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降一种是地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下，由松散到细密的成岩过程，另一种是由于地质构造运动、地震等引起的地面沉降。主要由自然因素和人为因素造成：

自然因素包括构造下沉、地震、火山活动、气候变化、地应力变化及土体自然固结等。人为因素主要包括开发利用地下流体资源（地下水、石油、天然气等）、开采固体矿产、岩溶塌陷、软土地区与工程建设有关的固结沉降等。原因如下：

一是岩溶塌陷。中国是世界上岩溶最多的国家之一。随着岩溶地区国民经济的飞速发展，岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发不断增强，由此引发的岩溶塌陷问题日益突出，已成为岩溶地区主要地质灾害问题。

二是开发利用地下流体资源。由于抽取地下水，在许多国家和地区产生了地面沉降。20世纪20年代，我国上海、天津在市区集中开采地下水的地区发生地面沉降。华北平原地下水降落漏斗和地面沉降已经引起广泛关注。

三是开采固体矿产。矿山塌陷多分布在矿山的采空区，以采煤塌陷最为突出。中国有约20个省区发生采空塌陷，以黑龙江、山西、安徽、山东、河南等省最为严重。

四是工程环境效应。密集高层建筑群等工程环境效应是近年来新的沉降制约因素，在地区城市化进程中不断显露，在部分地区的大规模城市改造建设中地面沉降效应明显。

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。

地面沉降监测工作可分为以下几个阶段

1、收集资料与分析研究

主要收集城市1：1万或1：5万比例尺交通图和地形图，沉降区水文地质工程地质勘查资料、水资源管理方面的资料、市政现状及远景规划资料、沉降区内国家水准网点资料、城市测量网点资料，井、泉点的历史记录及历史水准点资料，研究沉降区水文地质工程地质条件，历年水资源开采情况，已有的监测情况，地面沉降类型及沉降程度，分析地面沉降的原因、沉降机制，估算地面沉降的速率，划分出沉降范围及沉降中心，编制地面沉降现状图。作为监测网点布设的依据。

2、地面沉降调查

地面沉降主要危害表现为地面标高损失，其危害是多方面的。开展地面沉降调查主要包括调查城市基础设施遭受地面沉降损失情况，比如年代比较久远的构筑物地基下沉情况、深井井管上升和井台破坏情况、桥墩不均匀下沉、自来水管弯裂漏水等；调查城市内涝情况，在发生地面沉降的市区，因地表标高的损失，在雨季就会发生积水现象；调查路基下沉情况，地面沉降区内如有重大交通干线通过，应调查路基的沉降情况，如穿过沧州市地面沉降中心的京沪铁路，由于地面沉降致使路基下沉，碎石路基一再加高，在津德57号水准点附近铁轨下的垫石比原垫石层加厚了约500mm。

3、地面沉降监测

对于初次开展地面沉降监测的区域，首先应该获取工作区干涉雷达数据，对干涉雷达数据进行处理和分析，建立应用干涉雷达测量技术调查与监测地面沉降的技术流程与工作方法。查明工作区内主要地面沉降区域分布状况。并查明地面沉降成因，在此基础上有针对性地部署监测网络。

根据地面沉降的分布状况，在沉降中心地区，选择沉降量较大的区域，按照土地使用状况建立分层标和基岩标等监测设施，进行重点点位的地面沉降监测；区域上高精度的地面沉降监测主要通过建立精密水准网和GNSS网来进行监测，建立精密水准网的地区通过每年1次的精密水准测量，得出区域内比较精确的地面沉降量。由于GNSS具有全球性、全天候、高精度、实时性等特点，GNSS地面沉降监测已经被广大发达国家所应用，因此在沉降比较严重的区域也可以建立GNSS网对区域内的地面沉降状况通过GNSS来进行监测。

比如美国地质调查局在加利福尼亚州布设了GNSS监测点250个，在区域上每30km一个点，重点区域加密到3km一个点，监测精度达到1mm/a。为了分析研究地面沉降的成因和机理，在分层标和基岩标所在位置，以及有水准点和GNSS监测点覆盖的位置可以建立地下水动态监测点来进行水位的监测，通过分析水位变化状况及地面沉降量大小以及与时间的关系，研究区域内地面沉降的主要层位和沉降机理。

与地面沉降伴生的地裂缝会在地表产生开裂，造成灾害，因此也需要监测。开展地裂缝监测是掌握地裂缝发展变化规律与制定防治对策的一种手段。监测的目的和任务是：
查明地裂缝的出露范围，组合特征，成因类型及动态变化；
对多因素产生的地裂缝应判明控制性因素及诱发因素；
评价地裂缝对人类及工程建设的危害，并提出防治措施。