一、北京平原已形成五个地面沉降区
由于每年超采地下水1亿立方米,到去年底,北京平原已形成五个地面沉降区。
北京平原区位于华北平原的北端,由永定河、潮白河等五大河流作用形成的冲洪积平原之上,含有较丰富的地下水资源。但是,随着城市规模的不断扩大,人口的急剧增加,用水需求也与日俱增,北京市这座上千万人口的特大型城市的供水有三分之二来源于地下水。近年来,每年开采地下水量为26亿立方米到27亿立方米,平均每年超采1亿立方米,造成了可压缩层测压水头大幅下降,导致地面沉降发生。据北京市地质工程勘察院调查统计资料显示,北京平原地区累计沉降量大于50mm的地区达到2815平方公里,大于100毫米的面积达到了1826平方公里,最大沉降量有722毫米,而且有加快发展之势。目前在北京市的东郊八里庄——大郊亭、东北郊来广营、昌平沙河——八仙庄、大兴榆垡——礼贤、顺义平各庄等地,已经形成了五个较大的地面沉降区,沉降中心累计沉降量分别达到722毫米、565毫米、688毫米、661毫米和250毫米。
北京平原区地面沉降强烈危险区主要分布在顺义区南部地区,沿前门-顺义断裂方向展布,地质环境脆弱,由于地面沉降和活动断裂的共同作用,发生地裂缝,导致建筑物破坏,经济损失严重;中等危害区主要分布在东郊八里庄-大郊亭沉降区、东北郊来广营沉降区、昌平沙河-海鹊落沉降区,大兴庞各庄-榆垡沉降区的沉降中心,累计沉降量较大,地质环境质量明显降低,地质环境较脆弱,有排洪困难,井管上升,水准点失准等潜在灾害;轻微沉降区分布于北京市区东部、东郊、东北郊、昌平南部、顺义南部、大兴南部的广大地区,面积约960km2,累计地面沉降量200mm-500mm,地质环境质量有所降低,灾害现象尚不明显。
二、北京市地面沉降成因及危害
地面沉降是大多数平原城市已经面临或具有潜在隐患威胁的一种城市地质灾害。其产生原因主要是由于城市化进程加快,经济建设和人们生活需要开采大量的地下水和高大建筑群的成片开发建设,直接导致支撑地面力量平衡的地层承载力下降而引起的。
地面沉降已影响到城市建设的布局与规划,并威胁到百姓的居住安全。地面沉降对城市建设和基础设施已造成一定程度的危害,工厂、居民区楼房墙壁开裂、地基下沉、地下管道工程损坏50余处,同时导致一些建筑物的抗震能力降低和大量测量水准点失准,对首都城市建设和人民财产安全产生较大影响。
地面沉降是一种缓变型的城市地质灾害,具有累进性特点,是“一种沉默的土地危机”。地面沉降已经威胁到经济和社会的发展。其引起的灾害与环境影响主要有以下几个方面:
1、对建筑物的破坏和影响,使建筑物地基下沉、房屋开裂破坏。
2、形成地裂缝,直接或间接地恶化环境。地裂缝是在内外力作用下岩石和土层发生变形,当力的作用与积累超过岩土层强度时,岩土层发生破裂,其连续性遭到破坏,形成地裂缝。地裂缝可以直接或间接地恶化环境,造成建筑物破坏。
3、对地下水井设施的影响。许多机井因地面沉降,井管较地面相对上升,泵房地面及墙体开裂,造成泵房破坏,严重地影响抽水。
4、造成地面水准点失准。地面水准点是城市建设重要的依据。地面沉降区水准点失准,是普遍现象。由于地面沉降、水准点失准,城市工程建设所需水准资料,需从地面未沉降区水准点引测,增大了水准测量的工作量。
5、影响建筑物抗震能力,致使地震灾害加重。由于地面沉降影响,建筑物地基下沉,建筑物的稳固性、整体性受损,若遇地震会加重地震危害程度。
6、洪涝灾害加剧,防洪排涝工程效能降低。
对于地面沉降这样的缓发性地质灾害,灾前孕育阶段和灾害活动阶段往往是渐变的,与灾后恢复工作也很难界定。这类灾害是渐进性和累积性的,属于地质环境恶化型地质灾害,灾害的发生往往有一个量变的累计过程,环境恶化到一定程度而形成灾害,环境恶化和灾害是灾害形成的不同阶段,不进行有效的治理,灾情会越来越重。
三、地面沉降作为北京平原地区重要的地质灾害越来越引起社会和政府的重视和关注
北京市地面沉降问题已经引起北京市领导和有关部门的高度重视。在全国政协九届四次会议上,陈洲其等11位全国政协委员提交的“建议北京市加强地面沉降监测确保首都安全”的提案,引起了北京市政府的高度重视。国土资源部部长孙文盛也曾两次到北京视察环境地质工作,并于2002年9月28日亲临天竺中心站施工现场视察指导工作,明确指示要学习借鉴先进经验,高起点、高要求,把监测站建设成为具有国内领先水平的、集监测、研究、科普等为一体的多功能监测中心。2002年3月18日北京市批准实施北京市地面沉降监测网站预警预报系统(一期)工程建设项目,项目总投资为2620万元,由北京市地勘局水文地质大队(北京市地质环境监测总站)负责实施。
经过2年建设,2004年7月22日,由北京市国土局和北京市地勘局共同建设完成的北京市地面沉降监测网站预警预报系统(一期)正式启动,分别在顺义区天竺、望京工业开发区、王四营乡建成三个地面沉降监测站,时时监控沉降中心的变化,及时发布预警。三个站共占地24亩,总建筑面积2925平方米,建设工程地质孔、基岩标、分层标、地下水动态观测井、孔隙水压力观测孔共计53个,以及简易气象站等监测设施,3个监测站分别安装了自动化监测仪器设备,实现地面沉降自动化监测;开展平原区3000km2地面沉降调查。同时,新建外围地下水动态观测井39眼,完善外围地下水动态监测网,并在天竺地面沉降监测站建立集地面沉降监测、研究、国内外学术交流、科普教育等多功能为一体的北京市地面沉降监测研究中心。
地面沉降监测网站预警预报系统主要用于监测、研究和控制地面沉降的发生、发展,该系统的建成和使用,将全面提高北京地区沉降监测能力、预报能力和防御能力,为北京地质灾害防治工作构筑起高水准的平台。
四、地面沉降可以防治
社会上很多民众对北京的下沉状况也是忧心忡忡,经常担心自己的居住区发生沉降,更有些居民在购房之前也要四处打听,自己的新居有没有沉降的危险。北京到底有没有大面积沉降的风险,到底是什么因素导致了北京的沉降?新近启动的地面沉降预警预报系统对消除地面沉降的潜在威胁效用如何?北京市地质矿产勘查开发局总工程师吕晓俭博士在接受记者采访时说:
地面沉降如同一种慢性病,只要预防措施得力,不会出现大的灾害。“地面沉降是一个缓慢的过程,一旦发作会很危险。”吕总工程师坦率地说。“如果是自然因素导致地面沉降是无法预防的,比如建筑物坐落在隐伏活动断裂带上,可能发生沉降的危险比较大。”
所谓隐伏活动断裂是指地面土层之下的岩层有断裂,表面是看不出来的。北京的隐伏断裂的构造基本上是连续的北东南西向走向。主要有八宝山断裂、黄庄-高丽营、良乡-前门、通州等断裂带。此外还有的断裂带是有北西东南向的。两条断裂交会的地方是最容易活跃的地方。如果高大重要建筑物正好建在断裂带上则容易出问题。
但是目前“直接的大面积的损害还没有。地面沉降是一种慢性病,慢性病不发作的时候没事,如果不控制预防就会出大事。部分报道给市民造成恐慌了,有些不必要,地面沉降是可以预防的”。
北京出现地面沉降主要是人为原因导致,其中核心问题就是地下水的过量开采。北京是个依赖地下水的大城市,地下水开采占整个供水量的三分之二左右,北京每年用水40亿立方米,其中来自地表的水只占不到15亿立方米,地下水却占25亿立方米,北京地下水是北京的生命源。即使将来南水北调工程完成后调入10亿立方米左右的地表水,还是无法满足北京的需要。目前地表水不足的缺口主要依靠地下水补充,从前的方法是“哪里有就抽哪里”。
地下水抽取过多,破坏地层上下平衡,只要科学控制,下沉就会减缓。地下水是含在地下沙层沙粒当中的。一旦水被从含水层抽走,地表土层由于自身的重量会向下压,上面若再有建筑物会增加压力,形成自重力和建筑物载力的合力。而原来地下对地上的支撑中,包括颗粒之间的支持作用和颗粒之间的水的支撑作用。所以地下水一旦被人抽调,地面的建筑物就失去了支撑力的平衡,沉降就开始了。具体沉降中,黏性土层下降最厉害,黏性土水饱和的程度最高,水在黏性土中起作用要比水在粗颗粒上要大,所以沉降的表现更明显。
地下水水位比较高的时候,底下往上的水压力大于上面向下的压力,这时含水层的沙子黏土和水在一起有一个浮力,当水被抽出后,无形当中增加了向下的压力,土层中的颗粒在压力的作用下下沉,而水位在下降过程中又把土层中的细颗粒带走,致使大颗粒之间的缝隙变小,这种变化在几十米甚至上百米的地层中出现,累计起来就出现了比较大的沉降量。