城市地质环境中地表沉降问题的研究

城市地质环境中地表沉降问题的研究

刘元鹏

山发海岳环境科技(山东)股份有限公司

摘要：地表沉降主要由地下水过度抽取、地基土壤压缩及不合理的土地使用引起，对建筑物、道路及地下管网系统造成严重破坏。其次，研究提出了改进监测技术、优化土地使用管理和加强地下水管理等综合治理措施。通过应用卫星InSAR技术和物联网技术进行沉降监测，可以实现大范围、实时监测，提高预警能力；通过合理规划土地使用，减少高负荷建筑对地基的压力，并推行绿色建筑和生态城市建设，从源头上缓解地表沉降；通过科学规划地下水开采、推广节水技术及实施地下水回灌工程，减少地下水资源的过度开发，恢复地下水位。

关键词：地表沉降；城市地质；基础设施；土地使用管理

引言

随着城市化进程的不断推进，地表沉降问题在许多城市中日益严重。地表沉降不仅影响城市的地质环境，还对城市基础设施、居民生活和经济发展带来诸多不利影响。在一些大城市，如上海、墨西哥城和雅加达，地表沉降已经成为一个亟待解决的重要问题。这些城市的快速发展、地下水的过度抽取、不合理的土地利用以及重载建筑物的建设，都加剧了地表沉降的风险。尽管已有一些治理措施，但仍然存在许多挑战和不足，亟需新的方法和策略来有效应对这一问题。本研究旨在系统分析城市地质环境中地表沉降的成因及其影响，通过改进监测技术、优化土地使用管理和加强地下水管理，提出综合治理措施，并通过具体案例验证其可行性和有效性。

一、城市地表沉降现状及影响

（一）地表沉降的表现与分布

地表沉降是指地表在重力、荷载及地质作用下逐渐下沉的现象，通常表现为地面凹陷、地裂缝、建筑物倾斜等。全球许多大城市如墨西哥城、雅加达、上海等均遭受严重的地表沉降影响。这些城市的沉降现象主要集中在老城区和工业区，由于这些区域的地下水开采过度，地基土壤压缩导致地面沉降。据统计，上海部分地区的年均沉降速率达到了20毫米，甚至更高。沉降的分布也呈现出明显的区域性差异，这与地下水的过度抽取、地质结构及地面负荷有直接关系。某些区域由于地质结构较为松散，在重荷载作用下更容易发生沉降。此外，不同城市间的地表沉降情况也存在较大差异，主要受城市发展阶段、工业结构和地下水资源利用等因素影响。

（二）对城市基础设施的影响

地表沉降对城市基础设施的影响主要体现在建筑物、道路和地下管网系统等方面。建筑物由于地基不均匀沉降，常常出现裂缝、倾斜甚至倒塌的风险。在墨西哥城，历史悠久的建筑物如大教堂等都受到了地表沉降的影响，修复成本巨大。道路沉降导致路面破裂、起伏不平，影响交通安全和效率。尤其是一些交通要道，沉降引发的地面不平整导致车辆行驶不稳定，增加了交通事故的风险。地下管网系统如供水、排水和燃气管道在地表沉降影响下，容易发生断裂和泄漏，造成水资源浪费和安全隐患。在上海，由于地表沉降，供水管道的破损率显著上升，给城市供水系统带来巨大挑战。电力和通信线路也因地表沉降而受到损害，影响了城市的正常运行。

二、城市地表沉降治理的挑战与不足

（一）现有治理措施的分析

当前城市地表沉降的治理措施主要包括限制地下水抽取、地基加固、建设防沉降设施等。然而，这些措施在实际应用中存在诸多不足。限制地下水抽取虽然能够在一定程度上减缓地表沉降，但对城市供水需求造成压力，尤其是在水资源短缺的城市。地基加固技术如注浆法、加筋法等成本高昂，且施工复杂，难以大规模推广应用。防沉降设施建设如铺设防沉降地层、设置排水沟等虽能有效缓解沉降问题，但需要长期的维护和管理，增加了城市的财政负担。除此之外，这些治理措施多侧重于单一技术手段，缺乏系统性和综合性，导致治理效果不尽理想。

（二）治理过程中的主要难点

城市地表沉降治理面临的主要难点包括技术复杂性、资金投入不足和管理协调难度。技术方面，地表沉降涉及地质、工程、水文等多学科交叉，需要综合运用多种技术手段，才能取得良好的治理效果。而当前技术手段多存在各自的局限性，无法全面解决沉降问题。资金方面，地表沉降治理是一项长期而复杂的工程，需要大量的资金投入，但由于治理效果难以立竿见影，政府和企业往往缺乏足够的投入意愿。管理方面，地表沉降治理涉及多个部门的协调与合作，如水务、土地、建设等部门，而各部门间的协调往往存在困难，导致治理措施难以有效落实。此外，公众对地表沉降问题的认识不足，影响了治理工作的开展。某些城市在治理过程中，由于缺乏科学的规划和管理，导致了治理效果的反复和不稳定。

三、地表沉降治理的创新方法与实践

（一）改进监测技术与方法

针对地表沉降的监测，传统方法如水准测量、GPS监测等虽然能提供一定的精度，但由于成本高、操作复杂，难以满足大范围、实时监测的需求。近年来，随着遥感技术的发展，利用卫星InSAR技术进行地表沉降监测成为一种新的趋势。InSAR技术通过对比不同时期的卫星雷达影像，能够精确测量地表沉降量，且具备覆盖范围广、监测频率高的优势。利用InSAR技术，研究者可以对城市区域的沉降情况进行大范围、连续的监测，为地表沉降的预警和治理提供了重要的数据支持。此外，物联网技术的应用也为地表沉降监测带来了新的契机。通过在城市中布设高精度的沉降监测传感器，能够实现对地表沉降的实时监测和数据传输，及时掌握沉降动态，为决策提供科学依据。

（二）优化土地使用与管理

土地使用管理在地表沉降治理中具有重要作用。合理的土地规划和利用可以有效减缓地表沉降。通过限制高负荷建筑在沉降敏感区域的建设，减少地面荷载，可以降低地表沉降风险。推行绿色建筑和生态城市建设，减少对地下水资源的依赖，也能从源头上减缓地表沉降。土地复垦和改造是优化土地使用管理的重要手段。在地表沉降严重的区域，通过土壤改良、植被恢复等措施，改善土壤结构，提高地基的稳定性。此外，建立健全土地使用管理制度，加强对土地使用的监督和管理，确保土地利用的科学性和合理性，也是减缓地表沉降的重要措施。通过政策引导和法律法规的制定，规范土地使用行为，推动城市可持续发展。

（三）加强地下水管理

地下水管理是地表沉降治理的关键环节。过度抽取地下水是引发地表沉降的主要原因之一。为此，必须加强地下水的管理和保护。首先，应制定科学的地下水开采规划，合理控制地下水开采量，避免地下水资源的过度开发。其次，推广节水技术和设备，提高水资源利用效率，减少对地下水的依赖。再次，实施地下水回灌工程，通过人工回灌地下水，恢复地下水位，减缓地表沉降。在某些城市，已经开始通过雨水收集和污水处理回用等方式，实现地下水资源的可持续利用。最后，加强地下水管理的法律法规建设，建立健全地下水管理体系，确保地下水资源的合理开发和利用。

结语

城市地表沉降问题对城市发展和居民生活带来了诸多挑战。通过深入分析地表沉降的成因及其影响，本文提出了改进监测技术、优化土地使用管理和加强地下水管理等综合治理措施。具体案例的展示验证了这些方法的有效性和可行性。然而，地表沉降治理是一项复杂的系统工程，需要多学科、多部门的协同合作。未来的研究应进一步探索新技术、新方法，完善地表沉降治理体系，为城市可持续发展提供有力支撑。本文的研究成果不仅为地表沉降治理提供了科学依据，也为相关政策制定提供了参考。

参考文献

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