搜索
地质灾害与防治天津城建大学地质与测绘学院2013.6地质灾害与防治什么是地质灾害滑坡崩塌泥石流地面塌陷地裂缝地面沉降课程内容地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述1891年墨西哥城最早记录地面沉降现象，但当时由于地面沉降量不大，危害也不明显，所以没有引起人们的重视。目前平均沉降量达到0.3cm/a，最大累计沉降量超过7.5m，有的地区甚至超过15m，地面沉降对墨西哥城的基础设施，如建筑物基础、地下管线等造成严重破坏。日本于1898年在新泻最早发生地面沉降，至1958年地面沉降速率达530mm/a，1952~1956年新泻是日本地面沉降最严重的地区。日本产生严重地面沉降的城市或地区还有东京、大阪和佐贺县平原，其它地区还有名古屋、川崎、山口、尼崎及西宫等。地面沉降地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述上个世纪意大利的Ravenna（拉韦纳）地区发生了大面积的地面沉降，起初沉降不大，每年数毫米；第二次世界大战后，由于过度抽取地下水，以每年110mm的沉降量剧增。目前，意大利大部分地区的地面沉降得到控制，除了一些沿海地区，以每年10mm的沉降速率进行，虽然沉降量明显小于过去，但对基础设施及环境仍然产生显著的危害。地面沉降地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治美国于1922年最早在加州萨克拉门托SanJoaquin流域发现沉降，由于抽取深层（305~764m）地下水供农田灌溉，1920~1969年地下水位下降达137米，累积地面沉降达2.6m，影响范围9100km2。地面沉降几乎自公元452年建城起，威尼斯便一直以每百年超过一厘米的速度下沉。意大利所处的非洲板块目前正滑落到欧洲板块下面，引起亚得里亚海的海平面上升。此外，意大利重工业不断从威尼斯城下抽取地下水，而货船和油轮经过时留下的潮水痕迹更是加剧了这一趋势...据报道，到2100年，威尼斯将永久被水淹没...在1900年，威尼斯市中心最大的广场——圣马可广场每年只会被水淹上10次，但如今，圣马可广场每年至少要被洪水淹上100次！“威尼斯商人”都拉着摊车要走了...地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述20世纪20年代初，中国最早在上海和天津市区发现地面沉降灾害，至20世纪60年代两地地面沉降灾害已十分严重。20世纪70年代，长江三角洲主要城市及平原区、天津市平原区、华北平原东部地区相继产生地面沉降；地面沉降80年代以来，中小城市和农村地区地下水开采利用量大幅度增加，地面沉降范围也由此从城市向农村扩展，在城市上连片发展。同时，地面沉降地区伴生的地裂缝，加剧了地面沉降灾害。粗略统计,1949年以来,我国地面沉降造成的损失累计高达4500~5000亿元,其中,年均总损失为90~100亿元,年均直接损失8~10亿元。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降自1921年上海市区最早发现地面沉降以来，至今中国已有90多个城市和地区发生不同程度的地面沉降，到2003年沉降面积达93885km2。代表性地区有上海，天津，浙江的宁波、嘉兴，江苏的苏州、无锡、常州，河北的沧州、唐山、衡水、保定、任丘、南宫，山东的菏泽、济宁、德州，安徽的阜阳，山西的临汾、太原、大同，河南的安阳、开封、洛阳、许昌、郑州，台湾的台北、彰化、屏东等8个县市，陕西的西安，北京和松辽平原等。在这些地区中，最为突出的是以上海为代表的长江三角洲、以天津为代表的环渤海区和西安等地。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降90年代末,苏锡常、杭嘉湖平原及上海市累积沉降超过200mm的面积近10000平方公里,为总面积的1/3,并在区域上有连成一片的趋势。以上海市中心、苏锡常、嘉兴为代表的沉降中心区的最大累积沉降量分别达2·63、2·80、0·82m。1990年后苏锡常地区发生了地裂缝灾害,已发现20余处地裂缝灾害,规模较大地区地裂缝带长数千m、宽数十m不等,地裂缝带沉降差异还在继续发展,仍处于高发时期。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降截止到2000年,嘉兴沉降中心累计沉降量达827·6mm,1991~2000年平均沉降速率为23·0mm/a,2000年沉降速率为14mm/a,表明其沉降速率有减缓趋势。近年来,浙江省沿海地带的城市由于地下水超采严重,地面沉降发展较快。2002年宁波市沉降中心累计沉降量484·6mm,沉降面积超过175平方公里,沉降速率3~12mm/a,沉降中心沉降速率在6~10mm/a。温岭市西部平原已形成了多处沉降带,中心累计沉降量已大于1300mm,地面累计沉降量大于300mm的面积已达36·45平方公里,已成为浙江省地面沉降地质灾害最为严重的地区。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降西安地面沉降与地裂缝自20世纪60年代初发现至今已有近40a历史。截止1996年,西安地面沉降累计沉降量超过100mm的面积已达150平方公里,波及范围达200平方公里,最大沉降速率300mm/a;并形成了7个沉降中心,累计沉降量均超过2000mm,最大累计沉降量达2600mm。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降山西太原市沉降范围SN长约40km,EW宽约15km，形成多个沉降中心。目前,该沉降区正在向东部的高新技术开发区发展。1980年太原市盆地内沉降量大于100mm的面积为108平方公里,沉降中心吴家堡一带,累积沉降量达819mm。1990年吴家堡累积沉降量2600mm。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降山西大同市地面沉降出现于20世纪70年代末,沉降中心累计地面沉降量一般为40~50mm,最大累计沉降量124mm,平均沉降速度8~10mm/a。大同地面沉降与地下水降落漏斗在时空分布上有较好的对应关系地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降华北平原是我国地面沉降灾害严重的地区。以天津、沧州和北京NE郊形成3个沉降中心。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降河北平原区地面沉降主要形成于20世纪80年代,随着地下水水位的下降和地下水水位降落漏斗的形成,河北平原逐渐形成了沧州、保定、衡水、任丘、南宫、霸州、大城、曲周、唐海等9个主要地面沉降区。截止到1998年,河北平原地面沉降大于200mm的面积达48550平方公里。沧州地面沉降累计已达2250mm,由于基底断块差异升降,出现了20多条地裂缝,最长达4km。山东省德州市地面沉降影响面积已达2037·5km2,累计沉降量150~387mm,沉降中心在300~387mm之间。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降天津地面沉降与上海同步,始于上世纪20年代,建国以来,地面沉降严重加剧,最大沉降量已经超过3·25m,为全国之最。天津的地面沉降问题非常复杂,特别是沉降中心向海岸线迁移,反映出有深层石油开采的迭加作用。沿海一带已出现负海拔标高地区近20平方公里,淤积突出,风暴潮灾害非常严重。地质灾害与防治一、概述地面沉降天津市地面沉降大致可分为以下几个阶段吴铁钧（1998）：地面沉降初期阶段,(1923～1957年)地下水开采量200×104～1200×104m3/a,沉降量7.1～12mm/a；沉降中心初步形成阶段(1958～1966年),地下水开采量1200×104～4700×104m3/a,沉降量30～40mm/a,形成若干沉降中心；地面沉降急剧发展阶段(1966～1985年),地下水开采量约8000×104～10000×104m3/a,地面沉降量80～100mm/a。沉降中心进一步发展扩大；地面沉降治理阶段,(1986年至今)大力压缩地下水开采量,减至2000×104m3/a,沉降量控制在15mm/a左右,目前沉降中心最大累计沉降量2.176m。地质灾害与防治一、概述地面沉降塘沽城区自1959年至2006年47年间累计最大沉降量为3.25m（上海道与河北路交口），该点已低于海平面0.94m，区内负标高的面积约8km2。八十年代初期塘沽区年地面沉降量大于200mm，1986年实施控沉计划，封停机井196眼，用地表水逐步代替地下水，有效地遏止了地面沉降。2006年地面沉降量分布如图1.4所示，平均年地面沉降值为21mm，其中经济技术开发区年均沉降量为20mm，保税区年均沉降量为18mm，防潮堤年均沉降量为23mm，天津港地区年均沉降10mm。塘沽区主要沉降漏斗位于胡家园街，年均沉降量为19mm，最大沉降值为68mm。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治一、概述地面沉降地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的形成机理地面沉降地面沉降主要是由于过量抽取承压含水层中的地下水引起的。从承压水含水层中抽取地下水，引起承压水水位下降，产生两种压缩作用：一砂砾质含水层孔隙水压力降低而压密，二是相对隔水层的粘性土失水固结，这两种作用都会引起松散土层压缩，导致地面发生沉降。前者是弹性变形，速度快，沉降量小，水位恢复时可全部回弹；后者基本上是塑性变形，速度慢，沉降大，水位恢复回弹量很小，地面变形显著。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的危害地面沉降地面沉降造成的破坏和影响是多方面的，地面沉降主要表现为地面标高损失，而地面标高损失会导致以下灾害发生。天津沿海一带已出现数处低于海面的凹地,伴生的风暴潮灾害加剧。在1985、1992、1997、2003年发生了4次风暴潮,天津防潮堤有十几处被冲垮,天津港码头上水、仓库被淹、油田被淹,沿海渔民虾池、鱼池被冲坏,农户进水等。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的危害地面沉降长江三角洲地区由于地势低平,水灾一直是本地区的一大隐患。解放后随着大兴水利工程,水灾一度得到遏制。但地面沉降使地面标高不断降低,相对水位上升,导致已建的水利设施防洪防汛功能降低,城市、农村排涝能力下降,内陆洪灾、沿海潮灾无论是灾频率还是成灾规模及范围均趋于加剧。严重时城市交通瘫痪,生产停顿,农作物减产甚至绝收,人民财产受损。由于地势低洼,造成地表水流不畅,污染物聚集。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的危害地面沉降建筑物地基下沉,房屋开裂破坏,地下管道受损地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的危害地面沉降沧州市佟家花园一号井井台与地面脱节裂缝达9~12cm。北京市区各类地下管道较多,受地面不均匀沉降的影响,地下管道弯曲变形,甚至产生破裂。轻者地下管道产生“滴、漏、冒”并影响正常使用;重者地下管道断裂,输送液溢出污染地下水或无法输送,其后果严重。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的危害地面沉降地面水准点失效,地面高程资料失效地面水准点对城市建设、管理及防洪防潮调度起着重要作用。由于地面沉降导致水准点失稳失效,使城市规划,工程建设项目失去依据,需要重新校核。水文站、验潮站的水位、潮位标高失真,影响防洪防潮决策。由此需从未发生地面沉降区的水准点引测,增大了水准测量的工作量。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的危害地面沉降长江三角洲地区水网密布,桥梁众多。历史上因水路交通便利,带动了地区经济和商贸的繁荣。然而目前地面沉降却使河网水位抬升,桥梁净空减少,通航能力降低。尤其是汛期高潮位,船只已经难以通行。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的危害地面沉降据测算,因地面沉降造成海河流域行洪能力下降约20%。20世纪60年代以前,沧州市遇较大降雨,大部分降水会产生地表径流排出市外。80年代以后,遇同等雨量,区内大部分积水必须用人工扬水排出。地质灾害与防治地下水开采的负环境效应及防治地面沉降的危害地面沉降加剧了农业渍害,土质趋于恶化地面沉降造成了局部农田低洼,常年积水,土壤的墒情改变,原有渍害治理难度加大,农作物产量下降。对农业的潜在威胁十分