易长荣，韦劲松，陆 阳

（天津市控制地面沉降工作办公室，天津 300061）

天津市地处华北平原，东临渤海，是华北地区地面沉降最严重的城市之一。近20多年来，天津市地面沉降控制工作已经取得显著成效。天津市开展了地面沉降预测、灾害分区等工作，为控制地面沉降提供了科学依据。

1 地面沉降概况

天津市面积11919.7km2，其中约8000km2的平原区存在不同程度的地面沉降。超量开采地下水是引起天津市地面沉降主要原因[1]。天津市地面沉降经历了4个阶段：(1)上世纪60年代前为初始形成阶段，60年代中期地面沉降速率30mm/a。(2)1959年—1971年为地面沉降急剧发展阶段。天津市中心城区和滨海地区因地下水开采量过大，地面沉降速度达到100mm/a，沉降区进一步扩大。(3)1971—1986年为地面沉降持续发展阶段，中心城区和滨海地区地下水开采量达1亿m3/a，沉降速率100mm/a。（4）1986年至今为地面沉降治理阶段。引滦入津工程通水后，大批封停地下水开采井，使中心城区和滨海新区地面沉降幅缓解，全市平均地面沉降量维持在30mm/a以下。

上世纪90年代末，因郊区（县）经济快速发展，地下水开采过量形成了新的地面沉降区。

2 地面沉降监测情况

为查清天津市地面沉降特征和规律，我们搜集了近期全市平面和垂向分层沉降监测资料（见图1），平面以大地水准测量和GPS监测技术为主，垂向以分层标监测为主。水准测量数据（包括分层标监测数据）处理采用一、二等整体平差，GPS数据则采用高精度基线处理软件GAMIT计算。

图1 天津市地面沉降监测网

（1）大地水准测量是监测天津市地面沉降成熟的方法，每年进行一次。2004年水准点监测网覆盖了大部分地面沉降区，2009年覆盖天津市全部地面沉降区。重点地区监测点平均间隔2km，其它地区4km，全部采用一、二等水准测量。地面沉降基准为中心城区李七庄基岩点，一、二等水准测量平差权重比为1.3:1，两期高程之差就是监测点沉降量，平均精度为5mm。然后根据全市监测点位置插值生成地理栅格，分辨率为100m×100m，并以此为基础统计沉降量。

（2）天津市GPS连续监测网由12个连续监测站构成，站点间平均间隔45km，于2005年底开始运行。GPS监测站全年24小时不间断采集数据，采样间隔为30秒。GPS监测方法以高程稳定的蓟县监测站（图1中JIXN）为基准[4]，每天都可获得一个高程值，能形成长时间的高程序列，精度约为3mm，可计算任何时间段的沉降量。

（3）截至2011年，天津市共有分层标18组，其中深标10组，主要分布在滨海新区及中心城区的轴线上，最大控制深度1200m。标孔间的高差利用水准测量监测，每月一次。分层标获取各个层位的沉降量，结合地面标水准监测可以得到监测层以下的沉降量。到目前为止，共有7组深标与全市水准监测网联测了两期高程。

3 地面沉降规律

天津市按空间分布和时间变化分析地面沉降特征和规律，查明其平面分布和分层沉降情况，查明多年和年度内的变化规律。

3.1 平面沉降分布

天津市地面沉降总体上由北到南呈逐渐加重。2004年至2011年的大地水准测量监测结果显示（见图2），南部大部分地区地面沉降超过10mm，其中超过20mm的沉降区占平原区面积的49%～56%。中心城区和滨海新区部分区域地面沉降量则相对较小。

图2 2004—2011年天津市地面沉降范围示意图

3.2 分层沉降

2011年的监测结果表明（见表1），7组深标中除F11外，其它标组的地面沉降主要发生在监测层以下，所有分层标的地面沉降主要发生在300m以下的第四含水组及以下地层，其沉降比重一般在69%以上。

表1 天津市2011年分层沉降比例统计表(%)

天津市地区第四系土层深度约为550m，由5个含水组构成。新近系为地热水开采层，最深可达1500m。地面沉降主要发生在第四含水组。

3.3 时间规律

（1）多年变化

近几年天津市整体地面沉降呈波动状态，全市平均沉降速率在24mm/a～30mm/a范围内。地面沉降和全市平均降水量的变化一致（见下图3）。全市平均地面沉降量的波动受降水量的支配较大。这是因为在需水量一定的情况下，降水量越少，地下水开采量就越多，地面沉降越严重。且只有农业生产对自然降水依赖程度较大，工业等产业用地下水量与降水多少无关。

图3 天津市平均沉降量与平均降水量的关系

（2）年度内变化

图4是2011年度的GPS高程变化曲线，受图幅限制，将各GPS连续监测站的高程平移到同一纵坐标上。实质上，单个GPS监测站在近几年的高程变化趋势完全一致。10个GPS监测站的地面高程在年度内沉降趋势各异，共同的规律是高程曲线分别在3月初和6月初出现拐点。

图4 GPS监测到的2011年年度内高程变化

4 结论与建议

全市地面沉降的平面分布与产业布局有关，大部分地面沉降发生在第四含水组及其深度300m以下地层。全市地面沉降量与平均降水量变化一致，年度内的地面沉降速度随季节变化。在制订地面沉降防治措施时，提出以下建议：

（1）充分利用南水北调水源，减少地下水开采；

（2）调整地面沉降严重区域的地下（热）水开采层位。

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