杜志丽 张楠

【摘要】地面沉降是一种由自然和人为因素引起的地面标高缓慢降低的环境地质现象。长期研究和实践经验表明，地下水长期、过度开采是导致地面沉降的最主要因素。本文以天津市地面沉降动态监测数据为基础，对地下水生态环境的破坏进行分析研究，并提出相应的环保措施。

【关键词】地面沉降；地下水；环保措施

地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象[1]。地下水开采引起的地面沉降以及对地下水生态环境的破坏一直没有引起足够的重视，使许多生态环境问题在项目实施后暴露出来，产生严重的不良后果。本文主要以天津市地下水开采为基础，重点分析地下水开采与地面沉降的关系，以及对地下水生态环境破坏的影响，并提出相应的防治措施。

1、地下水开采现状

由于城市集中，人口众多，经济发达，地下水的开发利用程度较高。地下水的开采历史可追溯到二十世纪二十年代，而大规模开采则始于六十年代。1986年开始实施“控沉措施”以来，减少了重点地区地下水开采。目前，天津市除市区、近郊以引滦入津水为主要水源外，其它地区均以地下水作为主要的供水水源，广泛用于工农业生产、城镇生活和农村人畜饮用。目前，平原区以开采第四系孔隙水为主。

2、地下水开采与地面沉降的回归分析

2.1地下水开采与地面沉降的相关性体现

多年的观测数据显示，天津市区地面沉降与地下水开采的关系有以下几方面特点：

（1）地面沉降与地下水位下降漏斗的形态与分布范围具有相似性。其平面形态略呈椭圆形，长轴呈NW—SE向，又与市区建成区范围相似。沉降中心与水位漏斗中心基本吻合。

（2）地面沉降量随地下水开采量的增加而增大。

（3）地面沉降速率与地下水升降具有明显的相关性。

2.2 天津市区地下水开采和地面沉降情况

由数据显示：地面沉降量随着地下水开采量的增加而增大，地面沉降速率与第Ⅱ承压含水组地下水位总体变化趋势一致。可见，地面沉降与地下水開采之间存在一定的相关性。

2.3 地下水开采量与地面沉降线性回归分析

（1）以累积地面沉降量和累积地下水开采量为研究所用的一系列观测值。历年的累积地下水开采量为xi，历年的累积地面沉降量为yi，i=25。

利用统计软件SPSS，根据上述数据计算出线性回归方程的系数为a=-52.435， b=0.008104，R2 判定系数为0.984。这表明天津市区地面沉降中有98.4%是由地下水开采引起的，二者之间存在密切的相关性。根据以上分析，建立地下水开采量和地面沉降的线性相关方程：

S=0.008104Q-52.435

其中：S——累积地面沉降量（mm）；

Q——累积地下水开采量（mm）。

（2）利用线性回归方程对地面沉降进行预测

根据方程S=0.008104Q-52.435，把后9年的地下水开采量代入方程，可得出相应的预测地面累积沉降量。根据预测数值可知，累计地面沉降量预测值比实际监测值偏低。这说明除了部分由于地面沉降的滞后性引起之外，地面沉降还受市政建设、地面负荷等因素的影响。

3、地面沉降对水文地质的影响

（1）地面沉降降低了城市防御风暴潮的能力

渤海湾地区是风暴潮多发区和重灾区。历史资料表明，近100多年平均每4.7年就有1次风暴潮袭击天津海岸。由于地面沉降加快，防潮堤标高损失，风暴潮灾害的频率增加，平均每3.6年就发生1次，而且重灾不断。

（2）地面沉降加速了城市基础设施的破坏

大量城市基础设施损毁或失效、房屋变形开裂、管道折裂、排污不畅都是典型的地面沉降灾害现象。

（3）地面沉降降低了海河泄洪能力

海河是天津市重要防洪、排泄、蓄水、航运、旅游等综合利用的河道。海河在市区位于沉降中心地段，海河大闸多年来下沉，河道和河口淤积，使海河的泄洪能力较原来大大降低。

4、环保措施及建议

（1）节约使用地下水并限量开采

节约使用地下水、限制地下水开采是预防地面沉降的主要措施之一。以防为主，防治结合，开源与节流并举，有计划地采取停井、封井、调整地下水开采布局和层次等措施。

（2） 解决替代水源和压缩地下水开采量

解决替代水源问题进而压缩地下水开采量是最主要的措施，这对于我国地下水严重缺乏的沿海城市如天津市来说尤为重要。

（3） 地下水人工回灌

为使沉降的地面有所回弹，向地下含水层回灌一定量的水为一种有效的措施。

（4） 采用“砂井”提高对承压含水层的补给量

陈崇希等[2]在2001年研究江苏省苏州市的地面沉降时，提出一个有效的方法：即通过开凿若干“砂井”的方法将浅层地下水通过井筒直接补给承压开采层，从而增加对承压含水层的越流补给量。“砂井”主要指人工开凿的具有一定口径大小、穿越弱透水层、靠井筒连通潜水和承压含水层的井，或者采用废弃的深井或大口径钻孔，布下井管，在其中间填充渗透性好的砂或者卵石，并在井面设置人工反滤层，这样可以在越流渗透时对地下水起到过滤作用，使其得到自净。在潜水水位埋藏较浅的地段，砂井可以减少地下水的蒸发，同时激发地表水对地下浅层水的补给。

（5）调整地下水的开采层次

大量抽取地下水会以消耗“库存”为代价，产生区域性降落漏斗，甚至地下水水位持续下降，引发环境地质问题。与深层含水层相比较，浅层含水层导水能力较差，但“补偿”能力强，具有更多的允许开采资源量。只要在技术和管理上提高浅层含水层的开发效率，就完全有可能做到既维持一定的开采规模，又控制地面沉降的发展。

参考文献：

[1]卢耀如等.中国大都市地下空间开拓的地质[J] .生态环境效应预研究.2002，16（5）：21～25.

[2] 陈崇希等.地下水开采—地面沉降数值模拟及防治对策研究[J].中国地质大学报.2001， 7 （1）：31～34.