北京显著沉降区地面沉降发育特征及成因分析

沙 特，罗 勇,2，赵 龙，齐鸣欢，田苗壮，王新惠，孔祥如

（1.北京市水文地质工程地质大队，北京 100195；2.中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029）

北京显著沉降区地面沉降发育特征及成因分析

沙 特1，罗 勇1,2，赵 龙1，齐鸣欢1，田苗壮1，王新惠1，孔祥如1

（1.北京市水文地质工程地质大队，北京 100195；2.中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029）

北京局部地区地面沉降发育迅速，成为城市发展的重要隐患。本文对北京市平原区东部沉降发育显著区域的地面沉降特征进行了归纳总结，主要描述了研究区内地面沉降的发展历史及现状。结合研究区内地面沉降监测站监测资料，对研究区内地面沉降的成因进行了分析，提出了防治建议，对北京地区城市地质安全的保障具有重要意义。

地面沉降；发育特征；原因分析

地面沉降作为北京平原区主要地质灾害之一，对北京地区城市建设及经济发展的负面影响日益显著。目前，国内众多学者在北京地面沉降的发育现状、成因机理、监测方法、发展趋势等方面进行了大量研究，研究结果表明，随着城市建设及地下水持续超采，北京平原区地面沉降仍处于持续快速发展阶段，地面沉降显著区域面积不断扩大[1,2]。

东部沉降区是北京地面沉降较为严重的沉降区之一，由于多年来地下水过量开采，该地区的沉降速率和范围显著增加，已逐渐发展成为北京平原区地面沉降最显著的区域[3～15]。随着通州城市副中心及新机场的规划建设，该区域的发展将持续升温，经济的快速发展将对城市地质安全保障提出更高的要求。因此，本文结合研究区内地面沉降监测数据及资料，对区内地面沉降发育特征及成因进行分析，提出了相应的防治建议，对该地区的城市建设及地质安全保障具有重要意义。

1 研究区基本概况

研究区主要涉及通州区，位于北京市东部（图1），地处北京长安街延长线东端，西临朝阳区、大兴区，北与顺义区接壤，东隔潮白河与河北省三河市、大厂回族自治县、香河县相连，南和天津市武清区、河北省廊坊市交界，紧邻北京中央商务区（CBD），区域面积约400km2。地形西北高、东南低，地面高程16～29m，坡降为0.6%左右，地势相对平坦。

本区多年来平均气温为11.4℃，属暖温带半湿润、半干旱大陆性季风气候，一年四季分明。多年平均降水量600mm左右，最大降雨量为1114.2mm(1959年)，最小降雨量为227mm(1999年)，全年降水量80%以上集中在6～9四个月，7月份降水量最多，12月份降水量最少。区内地表水系较发育，属海河流域潮白河、北运河两大水系，主要发育北运河、温榆河、凉水河、通惠河、小中河、运潮减河及玉带河等。

图1 研究区位置与范围Fig.1 Location map of the study area

2 研究区地面沉降发育特征

2.1 地面沉降发展历史

北京地面沉降由来已久，据历史资料记载，早在1935年北京西单至东单一带就已经发生了地面沉降，1935～1952年的17年间，局部地面累计最大沉降量为58mm。根据相关文献及地面沉降监测资料，北京东部地区地面沉降的发展过程包括形成阶段、发展阶段、缓慢发展阶段和扩展阶段，地面沉降中心随着时间不断地变化，总体呈现自西向东，由少到多的趋势[14]。

上世纪70、80年代随着北京城市建设和工业发展，大量开采地下水，使得地下水位逐年下降，并形成水位降落漏斗，局部地区开始出现地面沉降现象，紧邻研究区西部形成了东八里庄–大郊亭两个地面沉降较严重的中心；从1989年至2005年间，老的沉降中心沉降速度已经减缓，沉降面积和发展趋势逐步向东发育，在垡头及三间房–管庄一带形成了新的沉降中心。2005～2010年间，区内地面沉降发展迅速，沉降区面积进一步扩大，形成了朝阳金盏、黑庄户–三间房两个主要沉降中心。

2.2 地面沉降发育现状

结合研究区内水准测量、GPS测量、InSAR监测成果，对研究区内地面沉降现状进行了综合分析。如图2所示，从2012年度沉降量图可以看出，研究区内主要存在两个沉降区，一片区域位于东坝－焦庄－楼梓庄－三岔河－朝阳农场一带，区内最大沉降量130mm；另一片区域位于王四营－三间房－管庄－通州城区－张家湾－黑户庄－豆各庄一带，区内最大沉降量超过150mm，为区内年度最大沉降量，两个主要沉降区又以40mm的年沉降量等值线连成一片，成为研究区内年度主要沉降区域，年沉降量大于40mm以上的区域占整个研究区的80%以上。

对1955～2012年累计沉降量图分析后发现，区内地面沉降主要分为南北两个主要沉降区域，其中，北部累计沉降区域以大于1000mm为界连成一片，区内包含东坝－楼梓庄－朝阳农场，最大累计沉降量为1344mm；南部累计沉降区域以大于1000mm为界连成一片，区内包含黑庄户－王四营－三间房－管庄－丁家围－通州城区，最大累计沉降量为1225mm，两个沉降区又以800mm的累计沉降量等值线连成一片，形成研究区的主要沉降区。从图3中可以看出，累计地面沉降量大于500mm以上的区域占工作区的80%以上，累计地面沉降量大于1000mm以上的区域占工作区的40%以上。

结合年度、累计地面沉降量综合分析可以发现，研究区内地面沉降发育面积广，严重沉降区域面积不断扩大，沉降中心发育显著，地面沉降仍处在加速发展阶段，沉降中心的沉降速率还有不断增大的趋势。

3 成因分析

地面沉降成因主要包括自然因素和人为因素，自然因素包括地层岩性、地质构造等，人为因素包括过量开采地下水、工程建设等。大量研究表明，控制北京地面沉降发展的主要影响因素是地层条件及地下水过量开采。

3.1 地层条件

图2 研究区2012年度沉降量Fig.2 Land subsidence in the study area in 2012

图3 研究区1955～2012年累计沉降量Fig.3 Cumulative land subsidence in the study area from 1955 to 2012

研究区地处永定河、潮白河及温榆河冲洪积平原，具有典型的多层岩土体结构。冲洪积平原中下部的土体类型为第四系上更新统冲洪积、中更新统冲积、冲湖积、下更新统冲湖积的多层砂、多层砾石与多层黏性土，以黏性土为主。其中既有颗粒较粗，富水性好的砂砾石层，也有颗粒较细，压缩性较高的黏性土层，且从西到东砂类土增多变厚，埋深相对变浅，地层岩性为多层黏性土与砂层互层。黏性土压缩性较高，在地下水超量开采，地下水位下降的情况下，黏性土层孔隙水压力消散，导致土层压缩，从而发生明显的地面沉降。

3.2 地下水开采

随着城市建设及经济发展，区内需水量不断增加，农业灌溉、工业用水和生活用水主要通过开采地下水来解决，过量开采地下水导致地下水位下降是诱发地面沉降的主要因素。目前，研究区内东坝—楼梓庄—管庄—三间房—黑庄户一带开采用水以深层地下水为主，导致深层承压水水位持续下降。区内深层地下水观测井水位多年动态变化曲线见图4，从图中可以看出区内深层承压水水头仍持续下降。区内地面沉降监测站的分层监测资料显示，深部地层压缩量占地面沉降的比例越来越大，这种现象与深层地下水的过度开采紧密相关，深层地下水的大幅下降使深部地层以较快的速度持续压缩，这种压缩基本是不可逆的。因此，地层岩性是产生地面沉降的重要地质背景，过量开采地下水，尤其是深层地下水的开采是地面沉降的主要诱因。

图4 研究区深层地下水位多年变化图（2004～2012年）Fig.4 Deep groundwater level changes in the study area (2004～2012)

4 结语

涉及通州、朝阳部分区域的北京东部地区已经成为北京地面沉降发育最显著的区域。区内地面沉降仍在持续快速发展，主要分为两个区域，位于北部的沉降区包含东坝－楼梓庄－朝阳农场，最大累计沉降量为1344mm；南部沉降区以三间房、黑庄户为沉降中心，包含黑庄户－王四营－三间房－管庄－丁家围－通州城区，最大累计沉降量为1225mm。地层岩性是产生地面沉降的重要地质背景，过量开采地下水尤其是深层地下水的开采是地面沉降的主要诱因。

结合研究区内地面沉降发展现状及城市发展对于地质安全的要求，应在已有的地面沉降监测网基础上，对严重的地面沉降区域，加强监测设施的投入，提高监测的频率，并加大对地下水管理的力度，减少地下水的开采量，尽量减缓地下水位下降速率，从而实现减缓地面沉降的目的。

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Characteristics and causes of the signifcant land subsidence area of Beijing

SHA Te1, LUO Yong1,2, ZHAO Long1, QI Ming-Huan1, TIAN Miao-Zhuang1, WANG Xin-Hui1, KONG Xiang-Ru1
(1.Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195, China; 2.Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Science, Beijing 100029, China)

The rapid development of land subsidence in some areas of Beijing has become the most important hidden danger of the city.In this paper, the characteristics of land subsidence in the eastern region of the Beijing plain are summarized, and the history of the development of land subsidence in the study area up to the present day is described.Based on the land subsidence monitoring data from the monitoring station of the study area, we analyze the causes of land subsidence and present a proposal.This work is important to the urban geological safety of the Beijing area.

land subsidence; development characteristics; cause analysis

P642.26

A

2095-1329(2017)03-0066-04

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.03.015

2017-03-06

修回日期: 2017-05-26

沙特(1991-),男,硕士,助理工程师,主要从事地面沉降监测与防治研究.

电子邮箱: t597960549@163.com

联系电话: 010-51560195

北京市科技计划课题(Z1311000056 1 302 2);北京市自然科学基金项目(81 6 20 4 3);北京市地面沉降监测系统年运行费项目(PXM2015-158305-000011;PXM2016-158305-000004);基于北斗卫星的地面沉降监测(121211220184);通州城市副中心地区重大地质问题调查与评价项目地面沉降专题(PXM2016-158203-000008)