中国上海与越南河内地面沉降发育背景对比研究

林金鑫

（1. 上海市地质调查研究院，上海 200072；2. 自然资源部地面沉降监测与防治重点实验室，上海 200072；3. 上海地面沉降控制工程技术研究中心，上海 200072）

地面沉降作为全球性地质灾害，直接威胁区域高程安全，降低城市防汛抗洪能力，并对市政设施造成影响，带来安全隐患，其危害在低海拔的沿海地区尤为严重，如中国长江三角洲、越南红河三角洲等河口三角洲地区[1-3]。从全球范围来看，地面沉降防治具有重要性和紧迫性，但是不同国家和地区防治水平差异较大。位于长江三角洲的上海市是中国最早发现地面沉降且危害最为严重、防治效果最为显著的城市之一[3-4]。从上世纪六十年代起，通过采取限制地下水开采、调整地下水开采层次、地下水人工回灌等防治措施，上海地面沉降得到了有效控制，目前已进入微量沉降阶段[4-5]。地面沉降亦是影响越南河内城市发展的重要因素之一，并危及其城市安全，但是河内地面沉降监测与防治工作起步相对较晚，监测设施数量较少[6-13]，应当引进适用的地面沉降防治经验及技术方法。

地面沉降得到国内外众多学者的关注，并开展了大量的学术研究，包括机理研究、监测技术研究、防治措施研究等，但大多是基于某一地区开展的研究，针对不同地区的对比研究开展较少。目前，长江三角洲已经开展了长期的地面沉降监测工作，积累了大量数据，为相关研究提供了数据基础，其地面沉降研究程度高，学术成果丰硕。红河三角州地区的相关学术论文，主要集中在河内市地面沉降研究，且多为基于InSAR技术的地面沉降时空特征及诱因分析等[6-13]，同时也有一些地下水、工程建设活动等对地面沉降的影响研究。

本文聚焦中越共同应对的地面沉降灾害问题，选取长江三角洲重点城市上海市、红河三角洲重点城市河内市，开展地面沉降发育背景对比分析研究，以期为河口三角洲地区的地面沉降防治及研究提供基础信息支撑。

1 研究区概况

地处长江三角洲冲积平原东南缘的上海市，是国务院批复确定的中国国际经济、金融、贸易、航运和科技创新中心。上海地质环境条件非常脆弱，第四纪地层极易压缩变形导致地面沉降灾害发生，长期困扰着城市的发展[14]。1921～1965年市区平均累计地面沉降量达1.69 m，最大年沉降速率超过100 mm/a。面对脆弱的地质环境与高强度的城市开发建设，上海开展了大量的地面沉降调查监测与防治工作，通过实施一系列行之有效的控制措施，至2009年已将年均地面沉降速率控制在6 mm/a以内，且近十年年度平均沉降速率保持基本稳定，2020年全市年均速率约为5 mm/a，为上海城市安全和经济社会发展提供了坚实基础。

地处红河三角洲西北部的河内市，是越南社会主义共和国的首都，也是越南第二大城市及政治中心和直辖市。其成陆历史比上海更短，沉积了一定厚度的第四纪覆盖层，地质环境条件脆弱，地层容易压缩变形导致地面沉降灾害发生[15-17]。根据相关文献中水准测量结果，1988～1995年河内市最大沉降速率达到了44 mm/a[7]；根据相关文献中InSAR监测结果，2016～2020年其最大沉降速率超过了50 mm/a[2]。目前，地面沉降制约河内城市规划、建设、运行和可持续发展，已经得到越南政府和学者的高度关注。

2 对比研究要素

本文从地面沉降发育的自然因素、人为因素两个方面，分别选取了地质背景条件、主要诱发因素等为一级要素，进行上海市与河内市地面沉降发育背景对比分析。参考两个对比城市地面沉降相关研究文献，将地质背景条件要素细化分解为地形地貌及水文特征、第四纪地质条件、水文地质条件、工程地质条件等二级要素；主要诱发因素则细化分解为地下水开发利用状况、工程建设活动等二级要素。

海拔高度等地形地貌特征影响地面沉降的危害程度；采用地下水利用替代等地面沉降防治措施需要基于地表水资源情况等水文特征；松散沉积物厚度等第四纪地质条件是评价地面沉降易发性的主要判别要素；地下水资源情况等水文地质条件是评价地面沉降易发性的另一主要判别要素；工程地质条件对地面沉降亦有重要影响，尤其是高含水量、高压缩性、高孔隙比、低强度的软弱黏性土层极易产生地面沉降，软弱土层厚度亦是地面沉降易发性的主要判别要素之一。

在地面沉降的两类影响因素背景中，人为因素已远超自然因素。其中地下水不合理开发利用仍是全球地面沉降的最主要诱发因素[18]，亦是上海市和河内市地面沉降的主要诱发因素。随着城市经济的快速发展，人口不断向城市集中，由此带来的大规模工程建设活动，成为近年来各大城市地面沉降新的重要诱发因素[19-21]。

3 对比分析

基于对比研究要素，针对地质背景条件、诱发因素等地面沉降发育背景，进行了上海和河内地面沉降发育背景共性与特性特征的对比分析（表1）。

3.1 地质背景条件

（1）地形地貌及水文特征

上海市与河内市都属于低海拔地区，高程资源非常宝贵，地面沉降造成的影响和危害较大。上海除西南部有十余座零星剥蚀残丘外，地形平坦，境内地面标高大多在2.5～4.5 m之间；河内平原地形约占3/4，其中北部平均海拔8～12 m，西北部平均海拔12～15 m，中心平均海拔5～7 m，南部和东南部平均海拔3～4 m[6-12]。

上海全市河网密布，形成了以黄浦江为主干的水系，且北界长江，地表水资源丰富。河内市湖泊池塘众多，如还剑湖、西湖、七亩湖、竹帛湖、禅光湖等；红河流经河内市，不仅带来丰富的水资源，且当夏季水位高涨时，可能会发生洪水淹没城市的现象[22]。丰富的地表水资源，为地下水替代利用等地面沉降防治措施在两个城市的应用提供了条件。

（2）第四纪地质条件

表1 上海与河内地面沉降发育背景综合对比Table 1 Comprehensive comparison of land subsidence development background between Shanghai and Hanoi

容易压缩变形的第四纪松散沉积物，是两个城市地面沉降发育的主要内因。上海市的第四纪松散沉积物厚度一般在150～350 m[14]，河内市第四纪松散沉积物最大厚度约100 m[16-17]。由第四纪地质条件看，上海市地面沉降的易发程度要高于河内市。

（3）水文地质条件

上海市与河内市都具有丰富的地下水资源，且主要可分为潜水和承压水2大类。从含水层数量上分析，上海市有7个第四纪含水层，而河内市仅有2个第四纪含水层。从含水层土性上分析，上海市的含水层颗粒较小，多为粉土、砂土、粉砂、细砂；河内市的含水砂层颗粒较大，多为细砂、中粗砂、砾石、卵石等，其富水性一般要高于上海市。从含水层深度上分析，上海市第一承压含水层与河内市更新世承压含水层最为接近，但第一承压含水层的厚度要薄，第一、二承压含水层综合起来则可以和河内市承压含水层相类似。上海市第三、四、五承压含水层的深度则远大于河内市承压含水的深度（图1）。丰富的地下水资源，为两个对比城市地下水大规模开发利用提供了条件。

（4）工程地质条件

上海市与河内市都分布有高含水量、高压缩性、低强度的软弱土层，一经扰动，其强度会明显降低，且固结变形时间长，变形量大，易产生较大的地面沉降和不均匀沉降。软弱土层在上海市广泛分布，仅在局部地区缺失；而河内市约有一半地区分布有软弱土层[23]。同时，两个对比城市地表100 m以浅都存在较厚的砂层，增加了地面沉降的易发程度。

3.2 主要诱发因素

（1）地下水开发利用的影响

图1 上海与河内典型水文地质钻孔柱状图(上海数据选自“上海地质资料信息共享平台”，河内数据来自参考文献[18])Fig.1 Typical hydrogeological borehole histogram of Shanghai and Hanoi

通过累计地面沉降量与地下水水位历时曲线的对比（图2），可以发现上海与河内两个对比城市的地面沉降与地下水水位有着很好的相关性，地面沉降受地下水开发利用影响。

图2 上海某承压含水层土层(a)与河内某典型水站(b)累计沉降与地下水水位历时曲线（河内数据来自参考文献[6])Fig.2 Duration curve of cumulative deformation and groundwater level of a confined aquifer in Shanghai (a) and a typical water station in Hanoi (b)

历史上，为满足工业生产和居民生活饮用等用途，上海市长期开采深层地下水，其最大的年度地下水开采量超过2亿吨，从而导致区域地下水位下降，进而产生显著的地面沉降。

河内市自从法国殖民时期，地下水就是其主要供水来源之一，且地下水开采量持续增长。据相关文献不完全统计结果[7-12]，1909年河内市地下水开采量约为每年730万吨，1975年开采量约为每年0.56亿吨，1991年约为每年1.46亿吨，2008年约为每年2.74亿吨，超过了上海历史最大年度开采量，且2008年以来地下水开采量增速变大（表2）。大量的地下水开采导致河内市地下水水位下降，进而诱发地面沉降。

表2 河内市地下水开采量Table 2 List of groundwater exploitation in Hanoi

上海市随着各种针对地下水管理的地面沉降防治措施的实施，目前地下水年度开采量已经小于200万吨。地下水开发利用对地面沉降的影响在减小，人类工程建设活动等其它因素的影响在增强。与之不同，河内市地下水开采量还在增加，目前其年度开采量已经超过3.65亿吨（图3），是上海历史最大年度开采量的1.8倍多。河内市地面沉降仍主要受地下水开发利用影响，但工程建设活动等其它因素的影响也不可忽视。

图3 上海与河内年度地下水开采量对比曲线（河内数据来自文献[7-12]）Fig.3 Comparison curve of annual groundwater exploitation between Shanghai and Hanoi

（2）工程建设活动的影响

近年来，上海市受大规模工程建设活动的影响，尤其是以深基坑工程为代表的地下空间开发利用活动，出现了浅部软土层和含水砂层呈现持续压缩的现象，不均匀沉降问题显现，工程建设活动诱发的浅部土体压缩成为目前上海地面沉降产生的重要外因。

河内市的地面沉降空间分布及发展趋势与城市建筑物分布及市区范围扩展具有相关性[6-12]，且若进行地下空间资源开发利用时，亦会诱发地面沉降[21]。

4 结语

上海历史上地面沉降发育严重，但在大面积长期监测的基础上，针对地下水开发利用和工程建设活动等诱因，开展了大量研究并采取了系列防治措施，实现了地面沉降有效防控。河内市存在更大规模的地下水开发利用，且随着城市发展，建设活动持续发生，其地质条件易发地面沉降，但目前未见有大规模实施的防治措施，地面沉降仍在发育。上海市与河内市在地面沉降发育地质背景条件、主要诱发因素上虽然各有其特性，但总体上具有很多共性，为上海和河内两个三角洲城市地面沉降防治经验的相互借鉴提供了条件。

（1）自第四纪以来，上海市与河内市砂层和粘性土层皆交替出现，构成了2个河口三角洲城市地面沉降发育的物质基础；两个对比城市含水层及软土层发育，地质结构容易产生地面沉降。

（2）不合理开采地下水是上海市与河内市地面沉降的主要诱发因素。但上海采取了系列措施进行地下水管理，实现了区域地面沉降的有效防控；河内仍在继续大规模开发利用地下水资源，其应当实施针对性的防治措施，如利用地表水替代地下水开发利用、地下水人工回灌等。

（3）以深基坑工程为代表的建设活动成为上海地面沉降发育的另一主要诱因，同时也会加剧河内地面沉降的发育。目前河内城市仍在持续开展工程建设活动，上海工程性地面沉降的相关研究成果未来可以考虑在河内进行推广应用。

（4）受限于收集的河内市资料有限，两个城市的地面沉降发育背景对比研究还有待进一步深入。同时需要在发育背景对比的基础上，开展地面沉降发育状况及调查监测防治工作等的对比研究，以期为两个城市地面沉降防治提供更好的借鉴建议。

（5）对于河口三角洲地区，地面沉降防治应当先调查清楚其发育的地质背景，尤其是地下水含水层、软弱土层等的分布情况；地下水开发利用、工程建设活动等容易诱发地面沉降，应考虑在地面沉降调查监测的基础上，建立地下水管理与工程建设管控相结合的地面沉降综合防控体系。