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    國內(nèi)外地面沉降研究綜述

    2016-04-04 08:28:17袁銘白俊武秦永寬
    關(guān)鍵詞:國土資源研討會(huì)監(jiān)測

    袁銘,白俊武,秦永寬

    (1.蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇蘇州215009;2.蘇州市規(guī)劃局,江蘇蘇州215002)

    國內(nèi)外地面沉降研究綜述

    袁銘1,白俊武1,秦永寬2

    (1.蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇蘇州215009;2.蘇州市規(guī)劃局,江蘇蘇州215002)

    根據(jù)近年來發(fā)表的地面沉降研究成果以及2014年11月在西安召開的第四屆全國地面沉降防治學(xué)術(shù)研討會(huì)相關(guān)論文,對近年來國內(nèi)外地面沉降的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。簡要介紹了近年來地面沉降現(xiàn)狀和研究內(nèi)容,地面沉降監(jiān)測技術(shù),特別是長江三角洲地區(qū)地面沉降特征,以及地面沉降防治與管理方面的研究動(dòng)態(tài)。

    地面沉降;進(jìn)展綜述;監(jiān)測技術(shù)

    地面沉降是世界各地城市化進(jìn)程中普遍存在的環(huán)境地質(zhì)問題,已成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。2012年2月20日,國務(wù)院審批同意由國土資源部、水利部會(huì)同國家發(fā)改委、財(cái)政部等十部委聯(lián)合編制的中國首部《全國地面沉降防治規(guī)劃(2011-2020)》頒布實(shí)施,國家層面的地面沉降防治工作全面展開。為應(yīng)對我國長江三角洲、華北平原、汾渭盆地等地日趨嚴(yán)重的地面沉降災(zāi)害,我國將實(shí)施地面沉降調(diào)查、地面沉降監(jiān)測、地下水控采與超采區(qū)治理、地面沉降防治技術(shù)創(chuàng)新等四大工程,最大限度地減少地面沉降災(zāi)害對經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成的損失。中國首部地面沉降防治規(guī)劃的頒布實(shí)施,對于全面部署和推進(jìn)地面沉降防治工作,促進(jìn)資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展,具有十分重要的指導(dǎo)意義[1-2]。

    筆者介紹了近年來國際地面沉降研究現(xiàn)狀,我國地面沉降研究進(jìn)展,地面沉降防治的有關(guān)方針政策,為研究人員和相關(guān)管理人員進(jìn)一步開展地面沉降防治工作提供參考。

    1 國際地面沉降研究

    地面沉降是全球性的環(huán)境地質(zhì)問題,伴隨著工業(yè)革命和城市化進(jìn)程,地面沉降迅速發(fā)展并逐步蔓延。地面沉降在世界各地廣泛分布,遍布50余個(gè)國家和地區(qū),在沿海地區(qū)尤為突出,成為重要的地質(zhì)災(zāi)害,經(jīng)濟(jì)損失巨大、社會(huì)影響深遠(yuǎn)。

    地面沉降受到國際組織高度重視。1964年,國際水文十年(IHD)即后來的國際水文計(jì)劃(IHP)把地面沉降問題納入該組織的研究領(lǐng)域[3]。

    聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)專門成立了地面沉降工作組,每年召開工作組會(huì)議,定期召開學(xué)術(shù)研討會(huì),對全球地面沉降的研究與防治發(fā)揮了重要作用。

    國際地面沉降學(xué)術(shù)研討會(huì)是一個(gè)重要的交流平臺,為世界各國開展和深化地面沉降研究與防治工作提供了重要的學(xué)術(shù)研討與技術(shù)交流途徑,產(chǎn)生了廣泛和深遠(yuǎn)的社會(huì)影響,有效促進(jìn)了全球地面沉降研究與防治實(shí)踐的進(jìn)步和發(fā)展。

    UNESCO地面沉降工作組至今已組織召開了八屆國際地面沉降學(xué)術(shù)研討會(huì):2000年9月,“第六屆國際地面沉降學(xué)術(shù)研討會(huì)”在意大利舉行;2005年10月,“第七屆國際地面沉降學(xué)術(shù)研討會(huì)”首次在中國舉行,由上海市舉辦;2010年10月,在墨西哥召開了“第八屆國際地面沉降學(xué)術(shù)研討會(huì)”;“第九屆國際地面沉降研討會(huì)”將于2015年11月15-19日在日本名古屋舉行[4-5]。

    每屆國際研討會(huì)的主要議題有所不同,其中“第八屆國際地面沉降學(xué)術(shù)研討會(huì)”的主題為“地面沉降——開發(fā)自然資源引發(fā)的災(zāi)害及其影響”,主要議題包括[6]:(1)地面沉降的自然地質(zhì)作用;(2)抽汲地下流體引發(fā)的地面沉降;(3)開發(fā)固體礦產(chǎn)導(dǎo)致的地面沉降;(4)地面沉降的地球化學(xué)過程;(5)地裂縫、斷裂、巖石破碎引發(fā)的地面沉降;(6)地面位移與沉降變形的監(jiān)測技術(shù);(7)地面沉降及其災(zāi)害的模擬;(8)地面沉降治理與緩解措施;(9)社會(huì)、文化、經(jīng)濟(jì)對資源管理決策的影響;(10)拉丁美洲案例研究。

    中國的主要組織者和參與方是中國地質(zhì)調(diào)查局地面沉降研究中心及相關(guān)的大學(xué)和科研單位。

    近年來地面沉降研究有很大發(fā)展,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[6-7]:(1)在基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法上都有較大發(fā)展,更注重理論模型的深入探索和新技術(shù)新方法的廣泛實(shí)踐。(2)在災(zāi)害類型上,由以往單一的地面沉降災(zāi)害擴(kuò)展到與地面沉降問題密切相關(guān)的地裂縫、地面開裂、塌陷等災(zāi)害問題的研究。(3)在災(zāi)害發(fā)育分布上,由以往的沿江沿海地區(qū)擴(kuò)展到內(nèi)陸地區(qū)。(4)在理論研究上,由以往的機(jī)理研究擴(kuò)展到多種模型研究。(5)在調(diào)查方法上,由以往的單一地質(zhì)方法擴(kuò)展到地質(zhì)、地球物理、測量、水力等多種技術(shù)綜合應(yīng)用。(6)在監(jiān)測技術(shù)上,由以往較單一的水準(zhǔn)測量擴(kuò)展到InSAR、GPS及多種巖土量測儀器等技術(shù)研發(fā),尤其是InSAR技術(shù)在地面沉降監(jiān)測方面得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。(7)地面沉降的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響和法規(guī)對策等方面日益得到重視,作出了較多探索和實(shí)際應(yīng)用。

    目前國外地面沉降研究更多地是側(cè)重于地面沉降的機(jī)理、監(jiān)測與模擬研究,且主要集中在高校和科研機(jī)構(gòu),而對地面沉降的防治因缺乏相應(yīng)的法規(guī)及政府的有效管理,難以體現(xiàn)實(shí)效。

    2 我國地面沉降研究現(xiàn)狀

    我國各級政府和研究機(jī)構(gòu)高度重視和強(qiáng)化地面沉降防治工作,放眼全局、注重長遠(yuǎn),不斷建立和完善長效與常態(tài)管理機(jī)制,體現(xiàn)出我國獨(dú)特優(yōu)勢與顯著特點(diǎn)。

    2.1地面沉降防治重要會(huì)議與政策法規(guī)

    2001年以來召開的地面沉降防治重要會(huì)議有[6]:

    (1)2001年5月,國土資源部原副部長蔣承菘在上海宣布成立“中國地質(zhì)調(diào)查局地面沉降研究中心”,中心基本職能:綜合,攻關(guān),指導(dǎo),提高。

    (2)2004年5月,國土資源部在上海召開“長江三角洲地區(qū)地面沉降防治工作座談會(huì)”,壽嘉華副部長作主題報(bào)告,建立了長三角地面沉降防治工作聯(lián)席會(huì)議制度。

    (3)2004年7月,國土資源部原副部長壽嘉華出席“北京市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)站預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)”啟動(dòng)儀式。

    (4)2007年6月18日,國務(wù)院批準(zhǔn)建立“全國地面沉降防治部際聯(lián)席會(huì)議制度”。

    (5)2009年1月9日,全國地面沉降防治部際聯(lián)席會(huì)議第一次會(huì)議在京召開,汪民副部長主持會(huì)議并講話。

    (6)2011年8月31日,全國地面沉降防治部際聯(lián)席會(huì)議第二次會(huì)議在京召開,汪民副部長主持會(huì)議并講話,強(qiáng)調(diào)要通過區(qū)域聯(lián)防和部門聯(lián)動(dòng),從監(jiān)測走向強(qiáng)化源頭防控和災(zāi)害治理。會(huì)議審議通過了《全國地面沉降防治規(guī)劃(2011-2020)》。

    (7)2013年10月25日,“長江三角洲地面沉降防治省際聯(lián)席會(huì)議”在上海召開。國土資源部地質(zhì)環(huán)境司、中國地質(zhì)調(diào)查局、江蘇省、浙江省和上海市國土資源管理部門領(lǐng)導(dǎo)及地面沉降防治單位相關(guān)科技人員共50余人參加。會(huì)上報(bào)告了2012年長江三角洲地區(qū)地面沉降防治工作進(jìn)展情況,審議通過了《長江三角洲地面沉降防治規(guī)劃(2014-2020年)編制綱要》,《長江三角洲地面沉降信息系統(tǒng)建設(shè)工作方案》以及上述工作的推進(jìn)方案[8]。

    2.2我國地面沉降基本狀況及研究現(xiàn)狀

    2014年11月6-8日在西安舉辦了“第四屆全國地面沉降防治學(xué)術(shù)研討會(huì)”。會(huì)議介紹了全國地面沉降災(zāi)害的基本情況、研究現(xiàn)狀、地面沉降的監(jiān)測技術(shù)以及今后的研究方向,特別是對長三角地區(qū)工程性地面沉降,GPS、InSAR等空間地面沉降監(jiān)測技術(shù)等主題進(jìn)行了深入研討。

    目前全國遭受地面沉降災(zāi)害的城市超過50個(gè),分布于北京、天津、上海、江蘇、河北、山西、內(nèi)蒙古等20個(gè)省區(qū)市。地面沉降造成地面標(biāo)高損失,城市內(nèi)澇,建筑物受損,大規(guī)模市政基礎(chǔ)設(shè)施破壞,威脅高速鐵路、南水北調(diào)、西氣東輸?shù)戎卮蠊こ贪踩\(yùn)營。

    其中,北京市2012年地面沉降量大于10 mm的有3 000 km2以上,天津市2012年地面沉降量大于26 mm的有10 000 km2以上[9-10]。粗略統(tǒng)計(jì),我國地面沉降造成的經(jīng)濟(jì)損失平均每年超過100億元,累計(jì)超過6 000億元。

    據(jù)粗略統(tǒng)計(jì),我國地面沉降造成的經(jīng)濟(jì)損失平均每年超過100億元,累計(jì)超過6 000億元。

    我國對地面沉降問題歷來高度重視,防治工作不斷加強(qiáng),理論研究逐步深入,控制成效日益顯現(xiàn),探索出了一條具有中國特色的地面沉降防治之路,目前已形成地面沉降的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測技術(shù)包括:GPS、In-SAR(空間技術(shù));水準(zhǔn)測量網(wǎng),連通管測量(地面技術(shù));基巖標(biāo)、分層標(biāo)、地下水監(jiān)測等(地下技術(shù))[10-11]。

    主要工作區(qū)包括長江三角洲、華北平原和汾渭盆地、珠江三角洲、下遼河平原,調(diào)查面積約24.0萬km2,監(jiān)測網(wǎng)覆蓋面積約11.0萬km2。

    截止2014年,投入資金3.14億元,基本查明了地面沉降發(fā)生的地質(zhì)條件和分布特征,初步建立了空間數(shù)據(jù)庫和信息管理系統(tǒng)。

    3 長江三角洲地區(qū)地面沉降特征

    根據(jù)《全國地面沉降防治規(guī)劃(2011-2020)》的計(jì)劃安排,我國將以長江三角洲地區(qū)、華北地區(qū)、汾渭盆地為主要目標(biāo)區(qū),用10年時(shí)間,查明全國地面沉降災(zāi)害現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、形成原因及分布規(guī)律,建立重點(diǎn)地區(qū)地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),建立健全政府主導(dǎo)、部門協(xié)同、區(qū)域聯(lián)動(dòng)的地面沉降防治工作體系,形成適合國情的地面沉降防治與地下水控采技術(shù)方法體系[12]。

    這里重點(diǎn)介紹長江三角洲地區(qū)的地面沉降現(xiàn)狀。

    21世紀(jì)以來,長三角地區(qū)的地面沉降防治工作有效開展。2004年起建立了長三角地區(qū)地面沉降防治工作聯(lián)席會(huì)議制度。江蘇省按照省人大常委會(huì)《關(guān)于在蘇錫常地區(qū)限期禁止開采地下水的決定》要求,2003年前蘇錫常地區(qū)地下水超采區(qū)實(shí)現(xiàn)禁止開采地下水,2005年前全面禁止開采地下水[13]。這些措施使得長三角地區(qū)地面沉降明顯趨緩,防治成效顯著,地面沉降防治工作取得明顯效果,沉降區(qū)域已由過去的連片分布轉(zhuǎn)化成零星島狀分布。2012年沉降速率普遍小于10 mm,沉降速率大于20 mm的地區(qū)僅占總面積的0.7%,分布于江蘇常州南部、江陰南部、吳江南部、上海局部地區(qū)。例如多年前地面沉降嚴(yán)重的蘇州市,目前市區(qū)已經(jīng)沒有明顯的地面沉降,周邊的地面沉降也得到有效控制[14-17]。其中上海市2004-2012年間,沉降速率逐漸減小,2012年全市平均沉降速率為5.6 mm。但因深基坑降排水引起的局部地面沉降漏斗有所增多。

    蘇錫常地區(qū)地面沉降速率進(jìn)一步趨緩,區(qū)域上只存在常州南部、江陰南部、吳江南部三大沉降漏斗區(qū)。最大沉降速率區(qū)位于江陰南部,沉降速率大于20 mm的面積約為108 km2。

    浙江省2008-2012年平均沉降速率小于5 mm/a,2012年沉降速率大于20 mm的面積已消失,大于10 mm的面積約為15 km2。

    目前,長江三角洲地區(qū)主要的基礎(chǔ)監(jiān)測設(shè)施有:基巖標(biāo)72座;分層標(biāo)113組;地裂縫監(jiān)測點(diǎn)8處;GPS監(jiān)測點(diǎn)555個(gè);GPS固定站12座;自動(dòng)化監(jiān)測點(diǎn)323處[10]。

    4 防治對策與展望

    我國的地面沉降防治工作在監(jiān)測手段、理論研究方面已經(jīng)取得長足進(jìn)步,控制成效也日益顯現(xiàn),地面沉降的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成,包括了GPS、InSAR、水準(zhǔn)測量,基巖標(biāo)、分層標(biāo)、地下水監(jiān)測等手段,監(jiān)測對象也開始實(shí)行面、線、點(diǎn)監(jiān)測,這里“面”是指InSAR技術(shù)和精密水準(zhǔn)的全面和重點(diǎn)監(jiān)測;“線”指的是線狀區(qū)的監(jiān)測,例如高鐵、地鐵、高速、高架橋等基礎(chǔ)設(shè)施;“點(diǎn)”是指重點(diǎn)部位,例如重要文物區(qū)、重點(diǎn)項(xiàng)目或高大建筑集中區(qū)等。通過多種技術(shù)、不同監(jiān)測方法之間的相互配合,達(dá)到地面沉降監(jiān)測多手段、大范圍、高精度、高效益的要求[18-19]。在這方面,上海市先行了一步。上海市對地面沉降防治分區(qū)管控方法進(jìn)行了研究[20]。2013年,上海市對市內(nèi)的軌道交通、城市高架路、橋梁、隧道、堤防設(shè)施、市政管網(wǎng)、磁懸浮等7項(xiàng)重大市政工程設(shè)施的監(jiān)測體系進(jìn)行研究,建立起全市統(tǒng)一的沉降監(jiān)測技術(shù)體系,并利用多種手段對這些設(shè)施進(jìn)行了長期監(jiān)測和分析[21-25]。

    根據(jù)相關(guān)部門的工作安排,國家層面的地面沉降防治研究工作主要包括:地面沉降與地下水耦合模型研究,地下水回灌技術(shù)研究,地面沉降探測與監(jiān)測的新技術(shù)研究,基坑降排水引發(fā)地面沉降機(jī)理及防治措施研究以及地裂縫工程效應(yīng)與防治研究等[10]。

    將繼續(xù)開展全國地面沉降狀況摸底調(diào)查,繼續(xù)完善重點(diǎn)地區(qū)地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),典型區(qū)地面沉降精細(xì)地質(zhì)填圖,構(gòu)建全國地面沉降防治信息化平臺。主要內(nèi)容有:

    (1)采用InSAR技術(shù),完成全國地面沉降狀況摸底調(diào)查,1∶25萬InSAR調(diào)查監(jiān)測面積約40萬km2。目前InSAR技術(shù)已經(jīng)成為監(jiān)測地面沉降的重要手段[26-31]。其中,2004年開始的國際科研合作,地學(xué)領(lǐng)域的“龍計(jì)劃”項(xiàng)目,4年1期,目前已經(jīng)開始第3期。參與的中國的科研院所有30家,合作方歐空局有14個(gè)國家數(shù)十個(gè)單位參加,共涉及各領(lǐng)域科研項(xiàng)目50個(gè)。李德仁院士領(lǐng)銜的地形量測是與意大利科學(xué)家羅卡教授合作,用PS-Insar的方法,把上海的地面沉降作為第一個(gè)研究目標(biāo)。第二個(gè)研究目標(biāo)是三峽壩區(qū)的穩(wěn)定性研究,包括整個(gè)庫區(qū)的監(jiān)控[32]。

    (2)選擇典型區(qū)域(年沉降速度較大值區(qū)、地裂縫密集區(qū)),開展以地層結(jié)構(gòu)、含水層結(jié)構(gòu)等為主的綜合水文地質(zhì)工程地質(zhì)調(diào)查,查清地面沉降地裂縫地表變形及破壞特征,查明地層結(jié)構(gòu)、地下水開采強(qiáng)度、隱伏斷裂等控沉、控裂條件,進(jìn)行三維(四維)地質(zhì)填圖,提高地面沉降預(yù)測與防治能力。

    (3)調(diào)整地下水開采方式(層位,開采量)與緩解地面沉降地裂縫發(fā)展趨勢的定量化研究。

    (4)地面沉降地裂縫約束條件下的地下水“安全開采量”的確定。

    (5)形成地面沉降、地裂縫調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

    [1]國土資源部地質(zhì)環(huán)境司.關(guān)于貫徹落實(shí)《全國地面沉降防治規(guī)劃(2011-2020年)》的通知[EB/OL].[2012-07-03].http://www.mlr.gov.cn/zwgk/ zytz/201207/t20120706_1118659.htm.

    [2]陶慶法.解讀全國地面沉降防治規(guī)劃[EB/OL].[2012-02-24].http://www.gtzyb.com/guoturenwu/20120222_3686.shtml.

    [3]張阿根,楊天亮.國際地面沉降研究最新進(jìn)展綜述[J].上海地質(zhì),2010(4):57-63.

    [4]龔士良.“第九屆國際地面沉降學(xué)術(shù)研討會(huì)”將于2015年11月在日本名古屋舉行[J].上海國土資源,2014,35(4):159-158.

    [5]葉淑君.聯(lián)合國教科文組織地面沉降工作組2013年會(huì)簡報(bào)[J].上海國土資源,2013,34(4):108.

    [6]張阿根.國際地面沉降研究綜述[C]//第四屆全國地面沉降防治學(xué)術(shù)研討會(huì).西安:長安大學(xué),2014.

    [7]DEVIN L G.The current situations and developing trend of international land subsidence research[J].Shanghai Land&Resources,2014,35(2):1-8.

    [8]楊天亮,朱萬明.“2013年長江三角洲地面沉降防治省際聯(lián)席會(huì)議”在滬召開[J].上海國土資源,2013,34(4):109.

    [9]國土資源部,水利部,發(fā)改委,等.2011年-2020年全國地面沉降防治規(guī)劃[M].北京:國土資源部,2012.

    [10]曹佳文.中國地面沉降狀況與對策[C]//第四屆全國地面沉降防治學(xué)術(shù)研討會(huì).西安:長安大學(xué),2014.

    [11]張勤.基于多維空間技術(shù)的地裂縫地面沉降高精準(zhǔn)監(jiān)測與發(fā)展展望[C]//第四屆全國地面沉降防治學(xué)術(shù)研討會(huì).西安:長安大學(xué),2014.

    [12]中國地質(zhì)調(diào)查局地面沉降研究中心,長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院.上海國土資源卷首語[J].上海國土資源,2014(4):卷首頁.

    [13]袁銘,嚴(yán)勇.蘇州市地面沉降現(xiàn)狀分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2010,19(1):0127-0131.

    [14]袁銘.蘇州市地面沉降現(xiàn)狀及其防治[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2001,12(1):93-95.

    [15]袁銘,周維你.蘇州市地面沉降災(zāi)害及其成因分析[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2001,12(2):21-24.

    [16]袁銘,嚴(yán)勇,陳繼山.蘇州相城區(qū)地面沉降現(xiàn)狀分析[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版),2010,23(4):45-47,60.

    [17]袁銘,嚴(yán)勇,陳繼山.地面沉降分析中的幾個(gè)技術(shù)問題[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,28(3):66-69.

    [18]蘇州市規(guī)劃局.2012年蘇州市地面沉降信息通報(bào)[M].蘇州:蘇州蘇州市規(guī)劃局,2012.

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    A review on land subsidence research

    YUAN Ming1,BAI Junwu1,QIN Yongkuan2
    (1.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China;2.Suzhou Planning Bureau,Suzhou 215002,China)

    According to land subsidence research results published in recent years and the related papers from The Fourth National Conference on Prevention and Control of Land Subsidence held in November 2014 in xi'an, we reviewed land subsidence research at home and abroad.Land subsidence situation and research contents,especially the ground subsidence monitoring technology were briefly introduced.Furthermore,both the characteristics of land subsidence in the Yangtze River delta region and the prevention and control of land subsidence were analyzed.

    land subsidence;progress review;monitoring technology

    P642.26

    A

    1672-0687(2016)01-0001-05

    責(zé)任編輯:謝金春

    2015-04-14

    住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(2014-K8-053)

    袁銘(1955-),男,江蘇常熟人,教授,研究方向:測繪工程,地理信息系統(tǒng)應(yīng)用。

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