一、德州城区地面沉降
随着德州深层地下水降落漏斗的形成和发展,区内产生了不同程度的地面沉降。1989年,在德州深层地下水降落漏斗外的禹城市张庄镇设立测量原点(YD1),对德州深层地下水降落漏斗区首次开展精密水准测量,至1992年完成第一轮地面沉降测量工作,共取得4次地面测量资料,其中可利用的3次,有价值的2次。2000年7月进行了第二轮地面沉降测量,起算点与1992年相同。2005年,因德州深层地下水降落漏斗扩展至禹城市张庄镇附近,为避免测量原点位于漏斗区、其本身的沉降影响测量精度,2005年9月,在济南市历城区黄河北侧鹊山上建立了由3块岩层水准标石组成的原点组,其编号为LY1,LY2(基本标石),LY3,同时利用原有监测网标石开展了一期沉降测量。2006年10月,地面沉降测量是在2005年测量工作的延续,测量起点为济南鹊山。
根据2005年9月测量资料,测量原点(YD1)处较1992年发生沉降,累计地面沉降量为231.0mm,沉降速率为17.8mm/a,但是根据1992年地面沉降范围(由-10mm地面沉降等值线圈定),当时地面沉降尚未扩展到禹城张庄附近,所以1992~2005年德州地面沉降测量数据存在17.8mm/a的系统误差,对期间测量的2000年数据进行校正。依据修正后高程数据计算出自1991年以来的地面高程变化见表6-1。
德州地面沉降发生于20世纪80年代,沉降范围包括德州市的德城区、武城、平原、陵县、宁津和河北省的吴桥、景县、故城、诸县的部分地区,与周边的沧州、衡水地面沉降区连为一片。
2006年测量数据显示,沉降中心位于国棉一厂院内(D62),15年累计沉降量为992mm,多年平均沉降速率为66.1mm/a,2005~2006年沉降速率为56mm。城区各观测点(D62,Q1,D36,D94,Q3,Q6,D14,D9)多年平均沉降总量(1991年至2006年)为710.5mm,年均沉降量为47.4mm。城区东南木材公司院内(D9)和东边农药厂院内(D14)累计沉降量(15年)分别为510mm和538mm,年沉降量(15年平均值)分别为34.0mm和35.9mm。根据监测数据,市区外围累计沉降量明显小于市区沉降量,建筑物沉降量与周围地面点(以D编号)沉降量无明显区别(图6-1)。
德州市城区地面沉降量在不同时期有所不同。以8个观测点平均值为例,1991年至2000年地面沉降量222.5mm,年均沉降量为24.7mm;2000年至2005年地面沉降量443.0mm,年均沉降量为86.6mm;2005年至2006年地面沉降量45.0mm。
根据水准测量剖面图(图6-2,图6-3)可看出,市区外围累计沉降量明显小于市区沉降量,1991~2006年东西两线地面均在下沉,其中沉降漏斗中心西侧沉降量大于东侧,南北两侧沉降速率基本相等,沉降形状为以国棉一厂为中心的漏斗形。
1991年至今,区内累计沉降量不断增加,年沉降量也在加大。1990~1991年,沉降中心沉降量55mm,沉降速率为24mm/a。1991~2000年,中心地面沉降量增至517mm,速率为46.8mm/a,沉降速率成倍增大。1991~2005年,中心区累计地面沉降量达936mm,速率变为69.6mm/a,速率继续增大;1991~2006年,漏斗中心累计沉降量992mm,平均沉降速率为66.1mm/a,速率稍有减缓(图6-4)。
表6-1 历年高程变化表
图6-1 德州市地面沉降现状图
图6-2 德州东西线沉降量断面图
图6-3 德州南北线沉降量断面图
图6-4 德城区西D36地面沉降监测点高程动态变化曲线
根据地面沉降发展过程图(图6-5)可以看出,德州地面沉降范围在不断扩展。1991年,10mm沉降线位于城区外围,漏斗总面积67km2;2000年,地面沉降漏斗与周边的衡水漏斗、沧州漏斗、临邑漏斗连为一片,10mm沉降线圈闭面积2037.5km2,400mm沉降线圈闭面积22km2;2005年,地面沉降漏斗范围和程度不断加大,400mm沉降线圈闭面积扩大至260km2;2006年,400mm沉降线圈闭面积扩大至344km2。
二、东营城区地面沉降
东营城区地面沉降曾进行过不连续的测量工作,大致分为2个阶段:
1.2000年以前
根据山东省地震局、国家测绘局、山东省水利厅和济南军区测绘大队等在2000年进行的测量资料,2000年以前,东营地区地面沉降发生在东营—广饶一带,其中在广饶县大王镇形成较明显的沉降区域,2000年中心沉降量达788mm(山东省水利厅测量),年均沉降量达21.3mm;在东营市区形成以市区为中心的沉降区域,2000年中心沉降量达397mm(总参测绘局第一大地队测量),年均沉降量19.9mm,市区边沿年平均沉降量在10mm左右。
图6-6表明了东营—寿光地面沉降高程的纵向变化。可以看出,黄河三角洲地区地面沉降并无统一的沉降中心,而是在油气开发集中或地下水开采程度高的地区形成地面沉降。这也充分说明了区内地面沉降产生的原因是多方面的。与前期测量资料对比,黄河三角洲地区从50年代起已发生地面沉降,但由于初期油气和地下水开采量较小,实际地面沉降量也较小。20世纪80年代后,随着油田大规模的开发和地下水开采量的增大,地面建筑规模加大,地面沉降量也相应加大,呈现出年沉降量加大的趋势。
图6-5 德州市地面沉降发展过程图
图6-6 寿光—东营地面沉降剖面图
2.2000年以后
2002~2003年山东省鲁北地矿工程勘察院对东营市城区进行了地面沉降监测与评价,得出了不同地段地面沉降量和速率结果(表6-2)。
东营城区南部牛庄—六户一带是深层地下淡水开采集中区,也是地面沉降的中心地区。晚第三纪地层埋深1300~1500m,深层地下水埋深400~490m,水位埋深一般为30~52m,2002~2003年,地面沉降量一般大于20mm,最大为31mm。
西城—东城是地下水超采漏斗的边缘区,晚第三纪地层埋深1300~1450m,深层地下水多为咸水,水位埋深一般小于30m,2002~2003年,地面沉降量为10~20mm,其中西城附近由于地面建筑引起的荷载,使地面沉降量大于30mm,最大为35mm。
城区以东近海岸一带是地下水超采漏斗的边缘区,也是地面沉降较小的地区,晚第三纪地层埋深1100~1300m,深层地下水多为咸水,水位埋深一般小于30m,2002~2003年,地面沉降量一般小于10mm,局部最大为21mm。
三、滨州城区地面沉降
滨州市深层地下水开采始自1966年,最初主要集中在滨州市以西的杜店和东北的邢家附近。另外,博兴县城和惠民县城也有少量开采。到1980年5月已形成以滨州市杜店和邢家为中心的深层地下水降落漏斗。杜店附近最低水位标高-37.79m,邢家为-32.81m,博兴县城112号孔水位标高7.48mm。水位标高低于5m的漏斗区面积为1409km2,水位标高低于-20m的漏斗区面积为2789km2。
截至2003年末,本区深层地下水降落漏斗达到了十分惊人的程度。以滨州市区、博兴县城和邻区高青县城为中心,形成一个几乎覆盖全区的区域性降落漏斗。其水位埋深5m等值线已往北移至无棣县城—沾化下洼一线以北,该线以南广大地区水位埋深5~100m。到2003年末,滨州市城区最大水位埋深98.0m,博兴县城最大水位埋深106.78m。据计算,在本区水位标高低于-20m的漏斗区面积为33199km2,是1980年5月的11.9倍。在滨州市区,深层地下水位以平均4.0m/a的速度下降(表6-3)。
表6-2 东营地区主要地段地面沉降量和速率统计表
表6-3 滨州—博兴地下水漏斗中心水头变化表
根据2003年末的水位统测资料,绘制出《滨州—博兴深层地下水水位埋深等值线图》(图6-7)。据计算,本区水位埋深大于80m的面积已达96.75km2;水位埋深70~80m的面积为229.60km2;水位埋深60~70m的面积为410.45km2。
由于在滨州地区尚未开展地面沉降的监测工作,缺乏关于地面沉降地质灾害形成、发展和演变趋势的资料,仅在《水资源研究》(1989年第四期)中记载1981~1987年滨州市城区地面沉降量为45.2mm,年均沉降率为7.08mm。
图6-7 滨州—博兴深层地下水水位埋深等值线
四、济宁地面沉降
济宁市地面沉降分为4个阶段,即发现阶段(1989年以前)、沉降缓慢阶段(1989年11月~1991年)、沉降发展阶段(1991年~1998年5月)和地面沉降漏斗转移阶段(1998年6月至今)。1991年~1998年5月期间,地面沉降范围包括建设路以西、太白楼西路以北、济安桥路以东,北至济宁酒厂和曹营一线的城西北大部分地区及沿327国道到柳行一线,该区内沉降量值均大于80mm,最大点沉降量达140.5mm,沉降速率为25.2mm/a,市区地面沉降超过60mm的范围已扩大到79km2。1998年以后随着市区开采井关停和水源地逐渐向北部转移,市区内地面沉降量不大,沉降速率多在4~10mm/a。地面沉降区逐渐向北部转移,沉降中心位于刘堤头,沉降量达到了172mm,沉降速率为23.2mm/a(图6-8),目前全区地面沉降值大于60mm的范围达到了145km2(图6-9)。由此可见,随着城区地下水开采量、开采位置的变化,地面沉降范围、沉降量亦发生相应的变化,从而验证了地面沉降的发生和发展明显受控于地下水的开采量。
图6-8 1998~2005年济宁地面沉降等值线图
图6-9 1988~2005年济宁地面沉降等值线图