• 粤东典型区地面沉降时空演化特征及成因分析

  • 2019.11.07
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粤东地区在民营经济快速发展的同时,由于自然和人类活动的影响,形成了不同规模的环境地质问题。其中,汕头市潮阳区谷饶镇作为“中国针织内衣名镇”,自20世纪90年代开始缓慢出现了地面沉降现象,随着工业化的快速发展,其范围逐渐扩大、灾情逐渐加重,在不同村已逐渐发展成为中—大型的地质灾害问题,导致大量民房墙体出现开裂、倾斜以及巷道路面出现裂缝等现象,受灾害影响的房屋、人口和经济损失逐年增多,引起了政府相关部门及学者们的重视。
赵璇琴以汕头市潮阳区谷饶镇内的某住宅为例,分析了该住宅区发生地面沉降的原因,发现该地区地面沉降的形成与压缩土层承载力差和过量抽取地下水有关,这对该地区地面沉降防治具有一定的指导意义。为了更加合理、有效地开展该地区的地面沉降防治工作,有必要进一步研究地面沉降的时空演化特征及成因。为此,本文结合区域水工环地质背景,基于InSAR监测数据和水位数据研究了该地区地面沉降的时空演化特征及其影响因素,以为制定合理的谷饶镇地面沉降地区灾害防治措施以及城市建设规划提供依据,对粤东地区地面沉降地质灾害的研究具有示范意义。

1 研究区地质背景
研究区主要位于粤东汕头市潮阳区西部的谷饶镇,包括部分贵屿镇、铜盂镇区域,地理坐标为116°21′10″~116°26′31″E、23°17′41″~23°22′53″N,处于“潮阳、普宁、揭阳”交界处,面积为48.87km2,见图1。该地区属亚热带季风气候区,气候温暖湿润,阳光充足,雨水充沛。

2 研究区地面沉降的时空演化特征分析
2.1 地面沉降的空间分布特征
粤东典型区地面沉降时空演化特征及成因分析
由图3可见,在研究区内存在多个地面沉降中心,谷饶镇的地面沉降在三镇中最为严重。其中,研究区中部的谷饶镇溪美村最大累计沉降量达-170mm,新兴村最大累计沉降量达-164mm,是研究区内地面沉降最严重的位置;累计沉降量大于-120mm的区域均位于谷饶镇域内,累计沉降量大于-90mm的区域从谷饶镇扩大到铜盂镇的西北部,累计沉降量大于-60mm 的区域由最大沉降中心区域扩大到三个镇内,说明该区域地面沉降范围已连成一片,形成了主地面沉降中心,主地面沉降中心的年均沉降速率为-50~-20mm/a;茂广—横山—新坡的地面沉降中心位于研究区的北部、谷饶镇的中部,该地面沉降中心累计沉降量为-102mm,年均沉降速率为-30~-10mm/a;研究区东南部的铜盂镇东部河拢村的地面沉降中心累计沉降量达-86mm,年均沉降速率为-29~-10mm/a。
由此可见,研究区北部和东南部的沉降区域属次地面沉降中心,中部为主地面沉降中心,总体上表现为存在一个主地面沉降中心、多个次地面沉降中心,地面沉降呈现空间分布不均匀的特征。
 
2.2 地面沉降的时序演化特征
本次研究获取了2015年8月28日至2018年9月5日的InSAR监测时序数据。
 
在研究区三个时间段的地面沉降量统计中,主地面沉降中心的溪美村、新兴村都是研究区地面沉降最严重的区域,年地面沉降量在-80~-50mm范围内;两个次地面沉降中心的最大年沉降量呈减小趋势,北部横山—新坡次地面沉降中心的最大年沉降量由-54mm降为-18mm,东部河拢村次地面沉降中心的最大年沉降量先增大后减小,均在-30mm以内。整体上看,研究区的地面沉降速率呈减小趋势,其变化的不均匀性较大,即不均匀地面沉降演化趋势明显,仍在持续变形中。
 
由图5可见,剖面1-1′表明了地面沉降中心的沉降速率平均减小约-8mm/a,第二时间段地面沉降中心的沉降速率与第一时间段接近,第三时间段的地面沉降中心向西偏移,华光村的地面沉降速率增大,西侧轻微沉降区域的地面沉降速率随着向东偏移而增大,东侧区域的地面沉降速率随着向东偏移而减小;剖面2-2′表明了地面沉降中心的沉降速率平均减小约-10mm/a,第二时间段相对于第一时间段,北侧区域的地面沉降速率相对稳定,南侧区域的地面沉降速率约减少了-7mm/a,第三时间段相对于第二时间段,北侧区域的地面沉降速率减少了约-20mm/a,南侧区域的地面沉降速率相对稳定。由此可见,研究区整体上表现为主地面沉降中心向西偏移,西侧区域的地面沉降速率变化不大,其他区域的沉降速率均不同程度地在减小。
 
3 研究区地面沉降的影响因素分析
3.1 地面沉降与压缩土层的关系分析
3.2 地面沉降与建筑荷载的关系分析
随着大量人口向城市聚集以及城市的大规模建设,建筑物对地面沉降的影响作用逐渐凸显,建筑物荷载的变化成为引发城镇地面沉降的一个重要因素。本次收集的研究区建筑用地的资料显示,建筑物在谷饶镇整体分布较为密集,区内的建筑物多为低层建筑,层高为2~3层。通过对研究区建筑用地的空间位置分布与累计地面沉降量(即总地面沉降量)进行叠加分析发现(见图8),研究区内的密集建筑物基本位于主沉降区-30mm 累计地面沉降量等值线以内;在累计地面沉降量大于-60mm 的范围内,68%的面积有建筑物覆盖;在累计地面沉降量大于-120mm 的范围内,基本无建筑荷载。由此可见,建筑荷载是引起研究区地面沉降的重要因素,但不是造成严重地面沉降的主要原因。
3.3 地面沉降与开采地下水的关系分析
研究区中的谷饶镇地面沉降问题最为严重,与大量开采地下水的关系十分密切。在谷饶镇内有2 000多个纺织洗染厂密集分布,其空间分布数量见图9。其中,在华光村、上堡村纺织洗染厂的数量最多,超过500个,主要分布在主地面沉降中心区附近。这些纺织洗染厂的用水来源主要是地下水开采,其中第四系覆盖层的松散孔隙水是开采地下水资源的主要来源之一。由于大面积开采地下水,破坏了地下水资源的天然分布状态,造成地下水水位急剧下降,成为谷饶镇地面沉降发生的重要诱发因素。
通过对研究区2016年末枯水期不同层位含水层的地下水等水位线与总地面沉降量进行叠加分析(见图10),发现研究区地下水水位受人为活动的影响大,不符合天然状态下的流场分布,其中潜水-承压含水层组(Ⅰ)地下水等水位线的降落漏斗位于溪美-新厝村,其空间位置与研究区地面沉降严重区相吻合;深层承压含水层组(Ⅱ)在研究区不存在地下水等水位线的降落漏斗,但是其与研究区东侧地面沉降严重区相对应的是地下水的低水位区。

结论
(1)粤东典型区谷饶镇的地面沉降在2015年9月至2018年9月期间内的最大年均地面沉降速率为-53.71mm/a,最大累计地面沉降量为-173.14mm;研究区中部谷饶镇的新厝、溪美、华光村是主地面沉降中心,向外逐渐扩大并连成一片;全区地面沉降速率基本呈减小趋势,主地面沉降中心的沉降速率减小幅度大。
(2)研究区地面沉降受自然和人为因素的共同影响,引起研究区地面沉降的物质条件是岩土体松散、土质不均;研究区第四系地层在垂向上主要分为两层压缩土层组,尽管第一压缩土层厚度小于第二压缩土层,但其工程力学性质差,其影响不能忽略;建筑荷载是引起研究区地面沉降的一个重要因素,但不是造成研究区严重地面沉降的主要原因;大量开采地下水是研究区地面沉降的主要诱发因素,其中潜水-承压含水层组(Ⅰ)地下水等水位线的降落漏斗、深层承压含水层组(Ⅱ)地下水的低水位区与研究区地面沉降严重区的空间位置相吻合。
(3)目前粤东典型区谷饶镇的地面沉降研究还处于初级阶段,建议今后要加强地面沉降的监测工作,并开展相关的机理研究与模拟预测,以为制定合理的谷饶镇地面沉降地质灾害防治方案提供依据。


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