珠江三角洲地區(qū)地面沉降現(xiàn)狀及成因分析

謝先明，王 松，李 明，周振釗，吳麗霞

（廣東省水文地質(zhì)大隊，廣東 廣州510080）

地面沉降引發(fā)建筑物地基下沉、房屋開裂、地下井管破損、抬升、洪澇及風(fēng)暴潮災(zāi)害加劇等一系列問題，給居民生活經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。地面沉降地質(zhì)災(zāi)害具有形成時間長、影響范圍廣、防治難度大、難以恢復(fù)等特點，已成為影響珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的突出環(huán)境問題之一。因此深入研究珠江三角洲地區(qū)地面沉降現(xiàn)狀，及時更新沉降研究數(shù)據(jù)，對該地區(qū)地面沉降地質(zhì)災(zāi)害防治工作具有重要意義。

1 珠江三角洲地區(qū)地面沉降現(xiàn)狀

1.1 歷史累計沉降量

通過2019年最新調(diào)查數(shù)據(jù)，對珠江三角洲地區(qū)地面歷史累計沉降量進(jìn)行分級，結(jié)果顯示，珠江三角洲地區(qū)歷史累計沉降量以小于100mm為主，面積7206km2，占珠江三角洲地區(qū)面積53.5%。歷史累計沉降量較大區(qū)（大于300mm）面積508km2，主要分布于珠海市金灣區(qū)紅旗鎮(zhèn)、三灶鎮(zhèn)，斗門區(qū)井岸鎮(zhèn)、乾務(wù)鎮(zhèn)、白蕉鎮(zhèn)，中山市坦洲鎮(zhèn)、民眾鎮(zhèn)，江門市江海區(qū)禮樂街道、新會區(qū)三江鎮(zhèn)等地（表1、圖1）。中山、珠海等地局部歷史累計沉降量大于1000mm，其中最大歷史累計沉降量可達(dá)1800mm。

圖1 珠江三角洲地區(qū)歷史累計沉降量等值線圖

表1 珠江三角洲地區(qū)歷史累計沉降量分級統(tǒng)計表

1.2 平均沉降速率

根據(jù)2018年1月至2019年5月遙感解譯數(shù)據(jù)，珠江三角洲地區(qū)該時間段內(nèi)地面沉降速率以0～10mm/a居多，其次為10～30mm/a，分別占該地區(qū)總面積的18.37%和11.74%，沉降速率大于30mm/a區(qū)域面積僅有400km2，只占該地區(qū)總面積的3.17%。見表2。

表2 珠江三角洲地區(qū)沉降速率分級統(tǒng)計表

平均沉降速率大于30mm/a區(qū)域與地面歷史累計沉降量大區(qū)分布一致。主要分布于珠海市金灣區(qū)和斗門區(qū)，沿雞啼門水道和磨刀門水道廣泛發(fā)育，平沙農(nóng)場—白蕉鎮(zhèn)，白蕉工業(yè)園—橫琴鎮(zhèn)等地成片發(fā)育，江門新會區(qū)禮樂街辦、蓬江區(qū)連洲鎮(zhèn)、蓬江鎮(zhèn)，中山市板芙鎮(zhèn)、橫瀝鎮(zhèn)，南沙區(qū)龍穴街道、南沙港三期、萬頃沙鎮(zhèn)、東莞市濱海新區(qū)、佛山市桂城街辦等地局部分布。此類區(qū)域歷史累計沉降量也大多大于300mm。

沉降速率10～30mm/a區(qū)域主要分布于珠海市、江門市新會區(qū)、中山市。珠海市與新會區(qū)有成片分布特征，大多與沉降速率大于30mm/a區(qū)域相伴生，中山市大部分地段分布呈斑塊狀特征，佛山市桂城街辦、四會市大旺農(nóng)場、花都赤泥鎮(zhèn)等呈零星分布。

沉降速率0～10mm/a區(qū)域主要分布于佛山市、廣州市、深圳市、東莞市等中部地區(qū)，呈斑塊狀廣泛分布。

1.3 沉降現(xiàn)狀特征

結(jié)合前人資料，分析最新野外調(diào)查獲得的歷史累計沉降量和InSAR解譯的沉降速率得出，珠江三角洲地區(qū)地面沉降主要分布于中、南部濱海平原、河網(wǎng)密集區(qū)，沉降中心主要位于珠江三角洲平原前緣，珠海斗門—珠海金灣、廣州南沙—中山民眾—中山坦洲、江門新會等地，總體上表現(xiàn)出從北向南、由內(nèi)陸到河口逐漸增大的趨勢。

2 珠江三角洲地區(qū)地面沉降成因分析

2.1 軟土是控制地面沉降發(fā)育最主要內(nèi)在因素

軟土的存在是珠江三角地區(qū)地面沉降產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟土固結(jié)變形是引發(fā)軟土地面沉降的主要原因。軟土的分布與珠江三角洲地區(qū)地面沉降具有較高相關(guān)性[1]。珠江三角洲地區(qū)軟土分布范圍廣，沉積厚度大，以海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土、淤泥質(zhì)砂等為主，具有低強(qiáng)度、高壓縮性等特點，極易在荷載作用下發(fā)生變形，形成地面沉降等災(zāi)害。珠三角軟土固有特性導(dǎo)致該地區(qū)沉降極為發(fā)育，是控制珠三角地區(qū)地面沉降發(fā)育的最主要因素。

2.2 上部荷載加速了地面沉降的發(fā)展

珠江三角洲地區(qū)地面沉降與人類工程活動關(guān)系十分密切。人類工程活動加速或加劇了該地區(qū)地面沉降發(fā)育。上部荷載引起的地面沉降已成為部分地區(qū)地面沉降的主要控制因素，局部地區(qū)甚至影響大于地下水開采。按照荷載的類型，又可分為靜荷載影響和動荷載影響。靜荷載主要體現(xiàn)在地面建筑物修建、橋梁道路建設(shè)、圍海造地建設(shè)、地下空間開發(fā)等方面，動荷載主要體現(xiàn)于珠江三角洲發(fā)達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)，繁忙的交通物流，車輛動荷載的影響不容忽視。

2.3 地下水位變動是地面沉降的另一重要因素

孔隙水從土中排出，引起土層中孔隙水壓力降低，導(dǎo)致顆粒間有效應(yīng)力增加，等同于給土層施加附加應(yīng)力，使軟弱土層受到壓縮產(chǎn)生變形。變形量的大小，受應(yīng)力大?。此蛔兎?、壓縮層的物理力學(xué)性質(zhì)以及距含水層的距離等因素控制，各土層壓縮變形的疊加，即表現(xiàn)為地面沉降變形[2]。因此地下水集中開采，引起區(qū)域性水位下降，是導(dǎo)致地面沉降的重要因素之一。珠三角地區(qū)因地下水位變動引起地面沉降主要表現(xiàn)在三個方面，一是集中開采利用地下水，二是工程建設(shè)施工抽排地下水，三是礦產(chǎn)資源開發(fā)導(dǎo)致地下水位變動引發(fā)地面沉降。分析2019年珠江三角洲地區(qū)淺層地下水枯水期等水位線與沉降量等值線可知，沉降量大的地區(qū)其水位高程均相對較小。

2.4 多種因素綜合作用產(chǎn)生的地面沉降普遍存在

珠江三角洲地區(qū)有一定厚度的軟土分布面積達(dá)8730m2，其分布在平面上具有廣泛性，垂向上具有多層性，總厚度大，部分單層厚度大等特征[3]。因此，軟土自固結(jié)產(chǎn)生的沉降是珠江三角洲地區(qū)主要的沉降類型，分布上具有普遍性。同時，珠江三角洲地區(qū)也是我國經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)日新月異，大型建筑、重大基礎(chǔ)工程鱗次櫛比，在軟土極其發(fā)育的城鎮(zhèn)地區(qū)往往也存在較大動、靜荷載，加劇、加速地面沉降發(fā)生的情況，如在中山、珠海等地中心城鎮(zhèn)區(qū)，軟土非常發(fā)育，存在各類工廠、生產(chǎn)基地低層建筑荷載與軟土自重固結(jié)同時起作用導(dǎo)致地面沉降發(fā)生。同時作為沿海城市，工程建設(shè)廣、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)較為發(fā)達(dá)，部分軟土分布區(qū)也存在集中抽排地下水，即在軟土自固結(jié)產(chǎn)生的基礎(chǔ)上，地下水位變動加速了地面沉降的發(fā)生。因此，在珠江三角洲地區(qū)地面沉降，往往是伴隨兩種或兩種以上多種因素綜合導(dǎo)致。

3 結(jié)論

珠江三角洲地區(qū)地面沉降廣泛發(fā)育，發(fā)育面積約8800km2，但歷史累計沉降量多以小于100mm為主。沉降中心主要位于珠海斗門—珠海金灣、廣州南沙—中山民眾—中山坦洲、江門新會等地，總體上表現(xiàn)出從北向南、由內(nèi)陸到河口逐漸增大的趨勢。

軟土自重固結(jié)是珠江三角洲地區(qū)地面沉降的主要內(nèi)因，上覆動、靜荷載的影響、地下水位的變動加劇、加速了該地區(qū)地面沉降的發(fā)育，綜合因素導(dǎo)致的地面沉降普遍存在。