浙江温州市永强平原地面沉降分析与趋势预测

罗美芳，陈远法，杜丽珂，高博文

（1.温州市地质环境监测站，浙江温州 325027；2.浙江省地质环境监测院，浙江杭州 310000；3.永嘉县地质环境监测站，浙江永嘉 325100）

永强平原地处浙江省温州市东部，瓯江入海口南岸，平原内河网密布，人口密集，经济发达，面积约为100km2（图1）。据调查监测资料显示，地面沉降始于20世纪90年代末期，目前已波及全区，沉降中心位于永中，累计沉降量超过300mm，平均沉降速率一般在10～30mm/a。永强平原地面沉降水准监测始于2004年，每年监测一次。本文就2004～2010年度的地下水和地面沉降监测资料对地面沉降进行分析，并对2015年的沉降趋势做出预测。

1 地质环境背景

温州市永强平原第四纪地层自中更新世至全新世均有发育，根据第四系结构、沉积物特征、成因类型及区域对比，第四纪沉积物具有以下特征［1-2］：

第四系沉积物厚度变化大。从山麓沟谷区厚度3～10m向滨海平原递增至150m，永强平原最厚达175.37m。

平原区沉积物成因类型复杂、岩相变化大。平原区中上更新统分别由冲积、洪冲积及冲海积地层，全新统则主要由海相淤泥质粘性土组成。

第四纪地层具粗细相间的沉积韵律，构成多层结构。深部有河流相-河湖相的砂砾石层-河湖相亚粘土、粘土的变化；浅部有滨海相、海相或河口相的粉细砂层-淤泥质亚粘土至顶部的河湖相粉质粘土的变化。

自晚更新世以来受到三次海侵的影响。其中晚更新世早期与中晚期的二次海侵，沉积了相应的海相沉积层，但海侵较弱，范围较小；全新世中期的海侵，规模大影响范围广，海侵波及整个平原，所形成的淤泥质粘土沉积物构成隔水层，改变了地下水的补给条件（图 2、3）。

图1 温州市永强平原位置示意图Fig.1 Yongqiang plain location map

永强平原含水组包括上更新统和中更新统冲积砂砾石构成的较完整的深层承压水系统。第Ⅰ含水组上覆厚层的具高压缩性的淤泥质粘土，含水层顶板埋深60～70m，第Ⅱ含水组顶板埋深95～132m，与第Ⅰ含水组之间常有1～15m的粉质粘土、粘土相隔，该层开采较少，不做统计分析。

图2 龙湾－永中－机场水文地质剖面图Fig.2 Longwan-Yongzhong-Airport hydrogeology map

图3 二甲－海滨水文地质剖面图Fig.3 Erjia-Haibin hydrogeology map

2 地下水开发利用状况

2.1 地下水开发利用状况

永强平原地下水开采始于20世纪80年代，主要作为生活用水水源，随着城乡经济建设的发展，用水量需求不断增大，以第Ⅰ含水组的开采为主，开采井主要集中于永中、永兴、海滨、沙城等街道，过量开采形成以永中为中心的水位降落漏斗，至2005年开采量达到最高峰。据不完全统计，2004年永强平原地下水开采井约110口，随着地下水禁限采的实施，至2010年约剩25口井，2010年开采量约为350.35×104m3，比2009年增采5.22×104m3。用水量以工农业用水为主。永强平原地下水开采量2005年达到最大，此后逐年减少［3］。图4反映出地下水开采量与水位存在正相关关系。开采量越小，水位上升程度越大，水位埋深越小。

2.2 地下水水位年动态特征

从多年监测资料得知，永强平原地下水位从20世纪90年代中后期开始以较大幅度下降，漏斗中心位于永中水厂（图5）。2006年水位最低，2007年起逐步回升。2006年漏斗中心水位-43.33m，比2005年下降1.71m，漏斗范围略有扩大，2007年漏斗中心水位为-31.60m，比2006年上升11.73m，漏斗范围大面积缩小。2006年区域平均水位为-39.55m，比2005年下降1.71m，呈弱下降态势，2007年区域平均水位为-30.22m，比2006年上升9.33m。从图6得知，2010年地下水位继续上升，漏斗中心仍位于永中地区，但已不存在-25m的等水位闭合圈。

图4 永强平原地下水开采量与地下水位相关图Fig.4 Relative map of groundwater exploitation quantity and groundwater level in Yongqiang plain

多年地下水监测资料表明，地下水水位动态受开采量控制，以开采第Ⅰ含水组为主的永强平原近年来开采量逐年减少，水位持续上升，漏斗规模持续缩小。

图5 2005年永强平原地下水位等值线图Fig.5 Groundwater level isoline in Yongqiang p lain in 2005

3 地面沉降分析与预测

3.1 地面沉降速率

根据以往调查及监测资料，永强平原地面沉降始于20世纪90年代末期，地下水开采量在2005年达到最大值，之后逐年减少，地下水位以较大幅度上升，但地面沉降仍在发展，地面沉降迹象较明显，多处井管上升8～10cm，个别达20cm以上。永中一带的年沉降速率基本上代表了因抽取地下水引起的地面沉降速率，在2006年达到最大。

图6 2010年永强平原地下水位等值线图Fig.6 Groundwater level isoline in Yongqiang p lain in 2010

表1 2005～2010年温州永强平原地面沉降特征值表Table 1 Land subsidence eigenvalue from 2005 to 2010

从表1、图7～8中得知，地面沉降速率在进一步减缓。主要反映在：

2004～2010年期间，沉降速率≥10mm/a的区域面积，由 2005的 67.15km2，减 至 2010年 的27.65km2，占永强平原面积的 27％；沉降速率≥30mm/a的区域面积，2005年为22.51km2，2007年开始以点状分布。

永中中心的地面沉降速率由2005年＞30mm/a基本减缓至2010年的＜10mm/a，防洪堤沿岸的地面沉降速率目前已基本上＜30mm/a。沙城以南地区首次监测始于2008年，部分地区大于20mm/a。

图7 2005年永强平原地面沉降等值线图Fig.7 Land subsidence isoline in Yongqiang plain in 2005

图8 2010年永强平原地面沉降等值线图Fig.8 Land subsidence isoline in Yongqiang plain in 2010

3.2 地面沉降范围和沉降量

永强平原地面沉降主要发生在永中街道一带、沙城以南及防洪堤沿岸，通过对2004～2010年的累计沉降量的分析，至2010年度，永强平原累计沉降量≥50mm的面积为34.92km2，占永强平原面积的35％，累计沉降量≥100mm的面积为13.63km2，占永强平原面积的14％，累计沉降量≥200mm的面积为0.56km2，占永强平原面积的0.6％。平均累计沉降量为53.3mm。

3.3 地面沉降与地层结构关系［4］

永强平原第四系成因复杂，中更新统以陆相沉积为主，上更新统、全新统以河、湖、滨海及浅海相沉积为主。其中河流相冲积砂砾石、砂层，结构松散，是区内的主要地下水含水层。上更新世以来受海侵影响，形成的海相地层含水量高，抗压强度低，成为地面沉降主要压缩层。

永强平原第四系地层厚度变化大，按工程地质性能可分为软土、硬土层、砂砾卵石层。

软土层：永强平原内软土广泛分布，层位稳定且厚度大，是构成平原区上部的主要层位，属海相、河相、湖沼相堆积物，厚度可达40～80m。具有天然含水率高、孔隙比大、渗透性差、压缩性高、强度低等特点，是地面沉降的主要压缩层。

硬土层：其成因多为冲湖积、湖海积，“硬化”程度不高，据土工试验资料其孔隙比一般较大，以可塑状为主，属于中压缩性土。

砂砾卵石层：以河流冲积相为主，结构较松散，是区内的主要承压含水层，随着水位的大幅度下降，有效应力增加，使砂层颗粒排列更加紧密，孔隙度降低，砂层受到压密。砂层因孔隙水压力下降而压密，待孔隙水压力恢复后，砂层大体上仍能恢复原状。砂砾类岩土基本上呈弹性变形。

3.4 地面沉降与地下水动态关系［5－7］

地面沉降通常发生在松散第四纪地层分布区，在相似的地质环境背景和没有大面积附加荷载或城镇工程建设的情况下，区域地面沉降的严重程度与该区域的深层孔隙承压水动态关系密切。

对于永中地区，对比地下水位等值线图与地面沉降速率图可知，区域地面沉降区与第Ⅰ含水组的分布以及含水组水位降落漏斗基本吻合。永中地区地面沉降累计量最大，为地下水开采量最大区域。

随着地下水位上升，永强平原地面沉降速率逐步减缓，至2010年，永中地区地下水位已高于-22m，地面沉降速率已基本上低于10mm/a。

以漏斗中心及外围的监测点为例（图9、10），地面沉降与地下水动态关系密切，2006年地下水位达到最低值，地面沉降速率也最大，随后随着地下水位的逐步上升，地面沉降速率也逐步减缓，当地下水位高于-25m时，地面沉降速率基本上低于10mm/a。

图9 漏斗中心C010及外围C017监测点2004～2010年度沉降速率及趋势图Fig.9 The monitor point of funnel center and periphery subsidence speed from 2004 to 2010

图10 漏斗中心监60及外围监46水位点2004～2010年水位及趋势图Fig.10 The monitor point of funnel center and periphery water table from 2004～2010

3.5 地面沉降趋势分析

如前所述，永强平原地面沉降与地下水开采密切相关，“十一五”期间地下水开采量逐年减少，降落漏斗中心水位和平均水位大幅度上升，地面沉降自2007年起逐年减缓（表2）。随着地下水禁限采的全面开展，预计地面沉降速率将基本保持稳定。

由于永强平原地面沉降监测研究工作起步较晚，地面沉降监测持续时间短，因此本文利用地下水年度开采量和地面沉降监测的成果数据，采用年开采量（Q）和年平均沉降速率（V）进行综合趋势分析，以2010年为起始年推测2015年的沉降趋势。

表2 2005～2010年度开采量与平均速率表Table 2 The exploitation and average speed from 2005 to 2010

相关模型：V=6.4082ln（Q）-30.313（R2=0.9782）。

随着替代水源的解决和城乡供水一体化，地表供水能力不断增强，地下水开采量将不断减少。以2007～2010年地下水开采量推测2015年开采量，Q=-106.2ln（t）+490.3（R2=0.8669），t=1、2、3…9，代表2007年、2008年、2009年…2015年。2015年地下水开采量为256.95×104m3，平均地面沉降速率为5.25mm/a。

通过上述趋势预测永强平原累计沉降面积，≥50mm面积为65.21km2，较2010年增加30.29km2，≥100mm的面积为 25.78km2，较 2010年增加12.15km2，≥200mm 的面积为1.32km2，较2010年增加0.76km2。

多年地下水和地面沉降监测资料表明，地面沉降与地下水开采量大小密切关系［8］。开采量大小与地面沉降之间存在正相关关系，开采量越大，水位下降程度越大，地面沉降量也越大，反之亦然。因此以区域上总开采量预测地面沉降量是可行的。

4 结论

（1）温州永强平原地下水位大幅度上升，地面沉降速率逐步减缓，至2010年度永中地面沉降速率已基本上低于10mm/a，海堤沿线地面沉降速率基本上在20mm/a左右，根据历年地下水和地面沉降监测成果，预测至2015年平均速率为5.25mm/a。

（2）永强平原总体对地面沉降研究程度较低，地面沉降成因复杂，本次研究采用传统统计方法，只反映了地下水开采对地面沉降的影响，所建方程较为简单，无法刻画地面沉降复杂的内部关系，需要加强地面沉降模型研究，开展地面沉降风险评价及防治管理区建设［9］。随着地下水禁限采的全面实施，永强平原的地面沉降类型逐渐由地下水型转为工程建设型。应逐步开展对工程性沉降的研究工作。

（3）永强平原地面沉降监测起步相对较晚，北京、上海、以及浙江省内嘉兴、宁波都已经建立分层监测标组，永强平原已在永中地区开始建设分层标，建成后将对地面沉降成因机理研究，地面沉降防治、地下水资源合理开发利用提供基础资料和决策依据。

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