京津冀区域地面沉降灾害防治思考

杨 艳

（1.北京大学地球与空间科学学院，北京 100871；2.北京市水文地质工程地质大队，北京 100195)

京津冀区域地面沉降灾害防治思考

杨 艳1,2

（1.北京大学地球与空间科学学院，北京 100871；2.北京市水文地质工程地质大队，北京 100195)

本文基于京津冀区域一体化发展这一重大国家战略背景，针对在京津冀平原地区广泛发育的地面沉降灾害问题，分析灾害发育现状及危害，回顾既往灾害防治工作成果，解读京津冀区域地面沉降灾害防治工作存在的问题以及面临的挑战，从宏观上提出全面实施大区域地面沉降灾害防治基础性研究工作、加大京津冀联合水资源管理力度、落实区域地面沉降联防联控制度以及全力推进相关管理、标准体系建设工作等京津冀区域地面沉降灾害防治工作设想，并对后续工作开展提出建议。

京津冀；协同发展；地面沉降；联防联控

京津冀区域一体化是基于国家战略层面的重大城市发展规划构想，自上世纪70年代末改革开放伊始被提出来之后，先后经历了务虚研究阶段（1978～1991年）、深化研究阶段（1992～2005），以及实操研究阶段（2006年至今）。战略重点包括打造首都经济圈，建设具有全球影响力的世界级城市群，以及建设环首都绿色经济圈等内容。资源生态环境协调是保障京津冀区域可持续发展的重要保障；城市发展不均衡、人口过度集中、水资源严重短缺等都是京津冀区域一体化进程中所亟待解决的重要问题；全面推进区域生态协作，是提高区域可持续发展能力的有效途径［1］。

以往为满足城市建设和人口急剧增长用水需求，京津冀地区长期过量开采地下水，导致了地面沉降等一系列地质灾害的产生和快速发展，给京津冀地区造成了巨大的经济损失和生态环境安全隐患。全面开展地面沉降灾害防治工作是京津冀区域一体化建设顺利进行的重要保障之一。

1 地面沉降概况

1.1 京津冀区域地面沉降

京津冀所处的华北平原是目前我国国内地面沉降发育最为严重的区域，地面沉降已经成为华北平原尤其是京津冀地区分布最为广泛、对区域经济可持续发展影响较为明显的地质灾害之一。以2012年为例，整个华北平原区沉降速率大于20mm的区域面积达到1.75万km2，北京、天津、河北三省占了将近90%，北京、天津、沧州等沉降中心累计沉降量分别超过1.4m、3.4m和2.6m。华北平原沉降速率分布情况如图1所示。

图1 华北平原地面沉降速率等值线图（2012年）

地面沉降作为京津冀地区覆盖面最广、发展迅速、灾害影响日趋明显的一种地质灾害，已经造成地面高程损失、市政设施破坏（道路［2］、桥梁［3］、地下管线、水准测量标志、井管、建筑物）、土地综合利用价值降低、风暴潮灾害加重、地裂缝灾害加剧等多种负面影响（图2），由此产生的直接经济损失和间接损失达数千亿元［4］（表1）。

图2 地面沉降灾害影响（市政设施破坏、海防大堤失效等）

表1 京津冀地面沉降灾害经济损失评估统计表

预测在未来一段时期内，京津冀地区的地面沉降仍将以较快的速度持续发展。南水北调来水实现持续稳定供水之后，一定程度上将缓解区域地下水位快速下降的趋势。但由于京津冀地区山前冲洪积扇平原的地形地貌特征、以粘性土层为主的第四系地层特征，以及地面沉降灾害本身所具有的缓变性和滞后性，即使地下水位得到明显回升，地面沉降灾害仍将在一定时期内保持惯性发展的态势。因此，京津冀地区的地面沉降快速发展的趋势短时期内很难完全得到遏制。

1.2 北京地面沉降引发的新思考

北京平原区是整个京津冀地区近年来地面沉降发展最为迅速的地区，自2007年以来，年度最大年沉降量均超过100mm/a，最大值接近160mm/a，地面沉降发育面积约占整个平原区面积的2/3［5］。影响北京平原区地面沉降发生和发展的因素主要表现在：地层岩性及结构特征是产生地面沉降的重要地质背景［6］；过量开采地下水是引发地面沉降灾害快速发展的主要原因［7］。

北京地面沉降区域分布以大兴西红门及通州马驹桥－于家务－西集一带为界分为南北两个大区，多年地下水及地面沉降监测结果表明，北区昌平沙河－八仙庄、顺义平各庄－南法信以及朝阳来广营、三间房、通州西北部等地面沉降发育明显地区，其地下水开采量均较大，地下水位整体处于持续快速下降状态，地下水降落漏斗分布广泛。而在南部大兴榆垡－礼贤一带，受城市建设规模相对较小、地下水开采相对分散等原因影响，虽然北京市范围内地下水开采量相对较小，部分地区浅层地下水位甚至出现回升，但该区域地面沉降一直处于快速发展的状态，尤其是2006年以来，最大年度地面沉降量除2008年为42.5mm之外，其他年度均大于50mm，最大接近80mm。

在对大兴南部地区地面沉降快速发展的原因做进一步调查分析的过程中发现：与北京大兴区接壤的河北廊坊市及所属永清县、固安县等地，受城市建设快速发展、城镇人口急剧膨胀影响，为满足当地用水需求，2005年前后开始大量超采深层地下水，在加剧本区域地下水位快速下降的同时，也导致大兴南部地区的地下水位明显下降。同时，近几年的InSAR测量成果显示其地面沉降发展迅速，沉降区域与北京南部地区逐步连成一片，局部地区的沉降速率甚至远大于大兴南部地区。

图3 2012年度首都新机场区域地面沉降InSAR解译成果图

随着跨越北京大兴和河北廊坊两地的首都新机场的建设工作被提上日程，新机场所在区域的地面沉降灾害也被社会及各部门所重视，如何做好跨区域联合防治地面沉降灾害工作也将是京津冀城市一体化协同发展必须考虑的问题。首都新机场所在区域2012年度地面沉降InSAR解译成果如图3所示。

1.3 灾害防治工作成果

为防治地面沉降灾害，京、津、冀三地均作了大量工作。广泛开展了地面沉降灾害专项调查；逐步建立了包括基岩标、分层标、GPS监测点、水准测量等在内的地面沉降监测网络（图4）；严格地下水资源开采、管理工作；建立华北平原地面沉降灾害防治省级联席会议制度；颁布实施了《北京市建设工程施工降水管理办法》、《北京市地质灾害危险性评估技术规范》、《天津市地面沉降防治管理办法》等规范、办法等。

图4 北京、天津、沧州地面沉降监测站

由于超量开采地下水是导致京津冀地区地面沉降快速发展的最主要因素之一，因此严格水资源管理是整个京津冀地区地面沉降灾害防治工作的一项重要内容。以北京市为例：从上世纪末开始封停城区地下水供水自备井，逐步置换为城市集中供水；调整用水结构，农业用水和工业用水大量缩减；狠抓节水，坚持“向机制要水、向观念要水、向科技要水”，加快推进节水型社会建设，大量收集雨水及再生水；加强外调水，从河北、山西等地累计调水达十几亿立方米；提高污水处理再利用，替代新鲜水，加快污水处理和再生水利用设施建设，污水排放量逐年减少；在人口数量不断攀升、用水总量基本稳定的基础上，地下水开采量逐渐减少，超采程度逐渐减缓（图5、图6）；控制工程施工降排水，严格水资源论证制度，水资源管理法治体系逐步建立。

天津、河北地区在水资源管理方面也做了大量工作，效果明显：天津市积极开展海水淡化工程以弥补淡水资源的不足、充分利用引滦入津远距离调水水资源、提高水资源利用率等；河北省采取多种措施实施农业节水、局部地区优化地下水开采布局和开采层位、加强微咸水利用、积极推进引黄工程实施进度等。

图5 北京平原区2000～2012年常住人口数与总用水量对比统计折线图

图6 北京平原区2000～2012年地下水开采情况统计折线图

2 存在的问题

2.1 机理研究宏观性不够

以往京津冀区域地面沉降机理研究主要集中在单独的行政区域内的地下水开采、局部地层结构分析等方面，机理研究范围以行政单位边界为划分依据，地面沉降灾害防治方案制定及综合防治技术措施均具有明显的区域局限性。

2.2 灾害治理相对独立

与机理研究特征相似，京津冀地区的地面沉降灾害治理工作范围划分也是以行政单位边界为主，灾害治理缺乏系统性和区域性，灾害防治效果并不理想。以首都新机场为例，单方面严格控制北京大兴区的地下水开采量，对周边河北省相关市、县地下水超量开发不加以控制，很难实现明显减缓该地区地面沉降快速发展的趋势的目标。

2.3 防治力度不均衡

北京作为中国的政治、文化中心以及拥有超过2000万常住人口的国际化大都市，地面沉降灾害备受重视，政府资金投入较稳定，区域地面沉降监测网络基本覆盖北京平原主要沉降区，监测、研究成果逐渐被应用到城市规划、工程建设、水资源管理等诸多领域，为政府决策及首都城市安全保障提供了有力的技术支撑。但由于其灾害监测、防治工作等均起步较晚，监测设施亟待更新，监测网络密度满足不了城市发展建设需要，市政设施、轨道交通工程、重大工程及重要建筑物等专项监测缺乏系统性和持续性，法规、标准等体系建设严重不足，因此后续防治力度仍存在巨大提升空间。

天津市是整个京津冀地区地面沉降灾害发现最早、监测最早、防治最早的地区。其沉降历史始于20世纪20年代，20世纪中期开始监测，1986～1997年便在市区和塘沽区开展了4期《控制地面沉降实施计划》工作，正式进入了地面沉降治理阶段［8］，中心市区地面沉降得到有效控制［9］，政府资金投入相对稳定。但由于天津滨海的地理位置、作为京津冀地区经济核心的重要性等特征，地面沉降导致的高程损失以及由此带来的风暴潮破坏、海水倒灌等灾害影响，是地面沉降灾害防治工作重点内容，需进一步加大防治力度。

河北省地域广阔，地面沉降灾害分布广泛，灾害损失明显。但由于受经济因素制约，其监测网络布设密度、覆盖程度以及监测频率、机理研究深度、保障体系建设等均难以满足其灾害防治工作需求，资金投入严重不足，防治力度亟待提高。

2.4 共享机制不畅通

首先，监测研究成果共享机制尚待建立。受国家秘密法、测绘管理工作国家秘密范围等规定约束，以及监测研究成果本身所潜在的经济价值和社会效益等因素影响，目前京津冀地面沉降相关研究成果仍由各省、市项目主管单位及实施单位独立保存，地区之间成果交流尚未建立有效的沟通机制。

其次，监测设施资源共享尚未实现。现有的监测研究工作仍以属地化管理为主，监测设施的管理与利用也仅限于各省市本行政区域之内。其弊端主要体现在：一是增加建设成本，监测设施的利用价值得不到充分体现；二是增加测量成本，降低测量质量，以河北省地面沉降水准测量为例，施测过程中若不能借用北京、天津的测量设施的话，其测量线路必将延长，测量成本明显增加，测量精度则极大降低；三是测量成果的对接不紧密，在省、市交界地带，地面监测往往很难实现边界地区的全覆盖，如河北廊坊与北京、河北霸州与天津等交界地带。

尽管统一监测与信息共享已经被纳入华北平原地面沉降灾害联防联控工作目标之内，但真正实现共享还需要整个京津冀地区的共同努力。

2.5 管理、标准体系建设不健全

首先，管理体系建设不健全。尽管华北平原地面沉降防治省际联席会议机制已经初步形成，京津冀三地国土局/厅、天津市水务局等均参与到联席工作组中，但是，健全工作组织机构、编制防治工作纲要、推进管理措施、建立信息共享平台等大量工作尚待进一步开展，形成联合会商制度尚需时日，联合治理的具体工作及目标要求尚待落实，职责分配与奖惩机制亟待明确。

其次，标准规范体系建设不健全。监测资源及设施得不到有力保护，技术标准规范匮乏，灾害防治管理工作难以全部做到有法可依，标准规范建设主体未完全落实。

3 面临的挑战

3.1 落实防治规划目标要求

《全国地面沉降防治规划（2011～2020年）》明确“以建立健全政府主导、部门协同、区域联动的地面沉降防治工作体系为核心，坚持以防为主、防治结合的方针”，对全国地面沉降灾害防治目标、主要工作任务、防治工程实施等均作出了明确要求，华北平原作为重点防治区域，防治目标要求进一步细化，对近年来地面沉降发育严重的京津冀地区分别作出了具体的防治目标要求。京津冀区域地面沉降现状及防治规划目标要求见表2。

从表2不难看出，京津冀地区地面沉降灾害防治目标实现难度相当大。其中，北京市中心沉降速率防治目标的实现难度尤其大，各沉降中心2006～2012年最大中心沉降速率均大于100mm/a［10］。

表2 京津冀区域地面沉降现状及防治规划目标要求

3.2 解决防灾与供水矛盾

依据目前的研究成果，要防治京津冀地区的区域地面沉降灾害，最有效的方式，一是控制地下水开采，二是在条件允许的情况下实施有效的地下水回灌，恢复地下水位。

但是从京津冀城市一体化建设的大趋势而言，必须首先解决供水问题。京津冀地区本身是一个资源性缺水地区，在未来一体化建设发展的过程中，其用水需求量将十分巨大。如何解决二者之间的矛盾，是我们必将面临的难题。

文魁、祝尔娟等人的研究成果显示［1,11］：京津冀地区当前水资源短缺处于高风险状态，水资源短缺是本地区存在的主要资源环境问题之一。现状用水量超用状况普遍存在，地下水超采现象明显，地下水埋深增大，地下水储存量明显减少。随着区域城镇化程度的提高，人口规模进一步扩大，预计到2020年，京津冀平原区的需水量将达到239.97亿m3。

南水北调工程稳定供水后，将有效缓解京津冀地区供水紧张的局势，较少地下水开采量，在一定程度上有助于缓解地面沉降快速发展的趋势。但根据南水北调供水规划要求［12］，其供水首先将用于满足居民生活用水，真正能够用于回灌的水资源仍十分有限。因此，单纯依靠南水北调供水水源很难从根本上解决区域内地面沉降灾害防治与供水需求之间的矛盾。

3.3 保障城市地质环境安全

在中央提出“首都经济圈”、“环渤海经济带”、“京津冀城市群一体化”等背景下，重视区域地质资源、地质环境等因素对区域经济建设的影响，保障城市地质环境安全，为科学优化生产、生活、生态空间布局、城市结构以及基础设施规划建设一体化等起到基础支撑作用。

为此，北京市地勘局在全国率先启动首都地质资源环境承载能力监测预警平台建设工作，该平台共包括八大监测预警系统（图7），其中地面沉降监测预警系统建设是其中一项重要内容，并已经完成一期、二期工程建设，定期向政府主管部门提交监测研究成果，为城市规划建设提供重要参考依据。

但由于地面沉降是京津冀地区分布最为广泛的地质灾害之一，对社会发展和经济建设造成的影响和损失十分明显。如何在京津冀区域协同发展中，更加充分地发挥地面沉降灾害防治工作的积极作用，是保障区域城市地质环境安全需要面临的又一挑战。

图7 首都地质资源环境承载能力监测预警平台建设架构图

3.4 联防联控的发展趋势要求

基于京津冀区域一体化发展这一先决条件，未来地面沉降防治工作，必须告别传统的、各自为战的状态，创新性地改变观念，调整发展方向，将区域联防联控治理地面沉降灾害落到实处。政府决策、财政资金的整体投入、相关部门之间的协同合作、管理、技术、综合服务等全方位的交流与合作，各个层面都将面临新的挑战与巨大压力。

4 灾害防治工作设想

4.1 全面实施大区域地面沉降灾害防治基础性研究工作

在后南水北调时期，如何更加有效地控制地面沉降灾害，必须要打破以往的以行政区域划分为地面沉降灾害防治边界的人为干预模式，而应全面开展大区域基础性研究工作，以京津冀地区乃至整个华北地区的地质构造背景、岩层岩性特征［13］、水文地质条件等为研究边界，深入研究区域地面沉降机理，从根本上提出合理的灾害防治方案及有效措施。

整个京津冀地区西北高、东南部地势平坦，海河水系和滦河水系贯穿其中，地层分布与岩性结构比较复杂，既有内陆平原，也有滨海平原，地下水赋存条件及流场走向受上述因素影响明显。在此背景下，为防治地面沉降灾害开展地下水回灌的话，除应考虑避免地下水回灌二次污染等环境问题之外，也应对加强区域地质环境基础性研究工作，选择最佳回灌场地、回灌技术，已取得良好的回灌效果，在达到地面沉降灾害防治效果的同时，恢复和涵养区域地下水生态环境。

4.2 加大京津冀联合水资源管理力度

首先要实现京津冀区域水资源量的宏观调控，具体包括水资源调控和建立对应的用水补偿机制两方面。资源调控既包括自然周期中的丰、枯水期调控，也包括富、贫水区之间的调控，以及城市与城市之间、城市与村镇之间的水资源调控。所对应的补偿机制也包括跨区域补偿、跨行业补偿和个体用水量差异之间的补偿。

其次要优化用水结构。以北京市为例，对比分析2001年和2012年用水结构（图8），为满足城市人口增长的用水需求，保障社会和谐发展，工业用水、农业用水所占比例分别从2001年的23%、45%压缩到2012年的14%、26%，而全市生活用水、环境用水分别从31%、1%上升到44%、16%。优化后的用水结构更加凸显北京作为全国政治、文化中心的特征。天津、唐山、保定等工业化后期地区，以及广大传统农业区，其用水结构也应该根据本地区发展定位进行重新调整和规划。

图8 北京市2001年与2012年用水结构对比分析图（数

4.3 落实区域地面沉降联防联控制度

建立政府主导、部门协同、分级负责、齐抓共管的京津冀区域地面沉降防治工作管理体系；积极推动大首都圈水资源协调机制的形成；以现有的华北地面沉降防治省级联席会议为支撑，以具体灾害防治项目为媒介，推进整个京津冀地区地面沉降联防联控技术体系建设与发展，提高减灾防灾能力；建立京津冀区域地面沉降灾害预警预报与综合防灾体系。

4.4 全力推进管理、标准体系建设工作

建设和完善区域地面沉降联防联控管理机制；加强区域地面沉降防治工作及成果一体化管理；积极开展城市规划前期地面沉降灾害专项评估工作；在城市规划、功能定位、资源开发、工程建设等各个领域，把地面沉降灾害防治做为决策依据的一项重要内容；建立和完善各省市地面沉降减灾防灾标准体系；将地面沉降灾害管理与防治工作贯穿整个京津冀城市一体化建设始终。

5 结语

全国主体功能区规划对城镇化总体布局提出了充分考虑区域自然条件的明确要求，京津冀区域一体化建设也已经上升到国家战略地位的高度，安全的城市地质环境、稳定的区域经济发展都对地面沉降等地质灾害的综合防治工作提出了更高的要求。

区域联防联控是未来地质灾害防治工作的发展方向，如何妥善解决京津冀区域地面沉降灾害防治工作当前存在的问题和不足，是能否落实其灾害防控目标的关键。面对挑战，京津冀地区地面沉降灾害防治工作必须打破行政界限，从政府决策、技术服务等各个层面均应加强沟通和交流，要有大区域城市规划布局、大区域水资源管理、大区域地面沉降灾害防治等宏观概念，加大投资力度，加快管理和标准体系建设，最终实现保障京津冀区域地质环境安全、服务区域经济发展的宏伟目标。

［1］文 魁，祝尔娟.京津冀区域一体化发展报告（2012）［M］.北京：社会科学文献出版社，2012.

［2］叶晓斌等. 华北平原地面沉降经济损失评估［M］.北京：中国海洋大学出版社，2006.

［3］杨 艳，杨红军，王 荣等.区域沉降对京津城际高铁北京段线路坡度影响分析［J］.上海国土资源，2014（2）：13～16.

［4］王 荣，杨 艳，贾三满等.地面沉降对京津城际铁路工程稳定性影响的数值分析［J］.上海国土资源，2014（1）：64～67.

［5］贾三满，罗 勇，杨 艳等.北京市地面沉降监测年度成果报告（2012）［R］.北京市水文地质工程地质大队，2013.

［6］杨 艳，贾三满，王海刚. 北京平原区地面沉降现状及发展分析［J］.上海地质，2010（4）：23～28.

［7］杨 艳，贾三满，王海刚等.北京规划新城地面沉降影响分析［J］.城市规划，2013（11）：67～71.

［8］董克刚，徐 鸣，于 强等.天津地面沉降区地下水资源超采和涵养恢复阈值的讨论［J］.地下水，2010,32(1)：30～33.

［9］张诗玉，谭继强，史红岭等，基于DInSAR的天津地面沉降信息提取及精度评定［J］.测绘与空间地理信息，2013,36(5)：9～15.

［10］杨 艳，贾三满.北京市地面沉降防治形势与对策［J］.城市地质，2013（4）：6～10.

［11］文 魁，祝尔娟.京津冀发展报告（2013）：承载力测度与对策［M］. 北京：社会科学文献出版社，2013.

［12］北京市南水北调工程建设委员会办公室.北京市南水北调配套工程总体规划［M］.北京：中国水利水电出版社，2008.

［13］吴 忱.华北地貌环境极其形成演化［M］.北京：科学出版社，2008.

Land Subsidence Disaster Prevention and Cure in Beijing-Tianjin-Hebei Area, China

YANG Yan1,2
（1. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871;
2. Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195）

Under the background of the coordinated developm ent of Beijing-Tianjin-Hebei region, this paper introduced the present situation and hazard of land subsidence, and had a review of previous working. Then by analyzing problem s in the current and challenges in the future of land subsidence works, it puts forward to some ideas of land subsidence prevention and control in Beijing-Tianjin-Hebei region in macro, such as, im p lementing regional basic researches, strengthening m anagement of water resource, establishing regional regim e for joint p revention and control, build ing the standard system related to the p revention and contro l, and etc.

The coordinated development of Beijing-Tianjin-Hebei region; Land subsidence; Joint prevention and control mechanism

P642.26

A

1007-1903 (2015) 01-0001-07