1、西安市区地面沉降图西安市区地面沉降图地面沉降是西安较为突出的地质灾害之一。其形成发展的历史较长，波及范围广，并具有独特的活动特征。地面沉降的持续发展还加剧了西安地裂缝的活动，给西安市的市政设施及城市建设造成很大危害，因此有效地控制地面沉降已成为一项非常紧迫的任务。本图主要反映19591995年西安市地面沉降的分布范围和空间变化规律，以及19821992年平均沉降速率的分布特征（南郊八里村附近采用19881992年平均沉降速率）。一、地面沉降特征西安市的地面沉降主要发生在城区和近郊区。从1959年开始大范围的水准测量以来，截止1995年，累积沉降量超过200mm的范围。西起鱼化寨，东到纺织城，南
2、抵三爻村，北至辛家庙，面积为145.5km2。在西安沉降区内，11条地裂缝呈NNE向展布，把沉降区分割成同走向的条块体，使地面沉降水平方向的发展受到了制约。地面沉降区总体形态呈椭圆形，所形成的各个沉降漏斗水平扩展多限于两条地裂缝之间，形成了一系列NNE走向平面形态呈狭长的椭圆形沉降槽，其长轴方向与地裂缝走向基本一致。沉降槽一般是北深南浅，地裂缝南侧沉降量大，形成地形变陡变带，地形上多呈陡坎或陡坡。地面沉降的强度表现在累积沉降量与沉降速率大小上。多年监测资料表明，地面沉降的空间分布极不均匀，总体规律是：累计沉降量在西安市东南郊较大，西北郊较小。沉降区内形成了7个沉降槽，中心分别位于北郊的辛家庙、
3、西安交通大学、沙坡村、南郊的大雁塔什字、东八里村和西北工业大学。西安城郊大部分地区（除城区西北角外）累积沉降量均超过了600 mm，有41 km2的地区超过了1000mm,东八里村、大雁塔什字、沙坡村、胡家庙沉降中心超过了2000 mm，其中东八里村地段达到2322 mm。地面沉降强度的另一个指标是沉降速率。沉降速率超过100 mm/a的地区大约8.5km2，分布在东八里村、省军区、大雁塔什字、沙坡村、胡家庙附近，与沉降中心基本吻合。沉降速率在50100 mm/a的地区约42.5km2,主要分布在西安市南郊、东郊及城区范围内，而西安市北郊、西郊及东郊纺织城地区沉降速率均小于50 mm/a。西安
4、市区地面沉降主要特征如下：1、地面沉降中心与承压水降落漏斗基本一致受水文地质条件及井群分布等因素的影响，地面沉降中心与承压水降落漏斗基本对应，二者的平面分布范围总体上呈NE向椭圆形，承压水水位下降大的地区，地面沉降量也相应的较大。2、地面沉降速率的年内变化由于一年内承压水各季度开采量不同，水位下降速率也不相同，因而导致了地面沉降速率年内的变化，一般第三季度沉降量大，可占年内沉降量的30%50%。3、地面沉降中心发展具有继承性自1959年西安发生地面沉降以来，形成了小寨、沙坡、西工大及胡家庙等沉降中心，直到现在，这些沉降中心仍在发展，它们在时空上的分布与发展具有继承性。4、地面沉降具有垂向发展迅
5、速，水平扩展缓慢的特点在井群分布基本不变而地下水持续超采的情况下，地面沉降范围水平扩展较缓慢，而垂向沉降发展迅速。二、地面沉降原因西安市区地面沉降，主要是过量开采承压水引起水位大幅度下降导致开采层段地层失水压密造成的，其次是区域构造活动引起的沉降。研究表明，在过量开采承压水的情况下，不仅使含水砂层被挤压，减少孔隙度，排出含水层中的部分水量而产生压密；同时，承压水位的大幅度下降，也使砂层和粘性土层原有的水力平衡被破坏，粘性土层中的孔隙水压力逐渐降低，随着孔隙水的排出，一部分原来由孔隙水承担的上覆载荷转移到粘土颗粒的骨架上，粘土骨架承受的有效应力增加，使土层原有的结构被破坏，并重新组合排列造成土层
6、压密。这种粘性土层的释水压密特征与含水砂层的释水压密特征不同，是不可逆变形，它是产生地面沉降的最主要原因。西安市区承压水含水岩组由第四系中、下更新统冲洪积、冲湖积粉质粘土与砂、砂砾石层呈不等厚互层构成。埋深380m以浅的承压含水层可划为三层，第一承压含水层，埋深100150m,为冲洪积层；第二层承压含水层埋深150270 m,为冲洪积层；第三承压含水层埋深270380 m，主要为冲湖积砂砾石层与粘土层，三个承压含水层之间被分布连续的厚层粉质粘土和粘土分隔。平面上东南郊一带粘性土层厚度较大，由东南往西北砂层和砂砾石层厚度逐渐增大，而粘性土层厚度减小。这种由粘性土层和砂层组成的不等厚互层结构，有利
7、于粘性土层中孔隙水的排出，从而能在较短时间内产生较大的地面沉降量。西安市区主要开采埋深100300 m的承压水，其中埋深100150 m含水层为多数井群的开采段。从五十年代初到九十年代，西安城郊区开采承压水井数从最初的2眼增加到500多眼，开采量也从7.7104m3/a剧增到11223104m3/a，持续多年的超量开采，引起区域承压水位大幅度下降，形成了250km2的降落漏斗，截止1995年水位降深达80130 m，有90 km2的地区水位降至第一承压含水层顶板以下。据分层标多年监测资料，埋深在0104 m非开采段内压密量占总沉降量的14%；埋深104187 m的第一承压含水层压密量占总沉降量
8、的55%；埋深187367m的第二、三层承压含水层压密量占总沉降量的28%。造成地面沉降的另一个原因是区域构造沉降。西安市区位于西安凹陷的东部边缘，长期以来一直处于下沉状态，位于西安凹陷东南边界的长安临潼断裂进行着南升北降的活动，同时位于西安断陷北侧边界的渭河北岸断裂进行着北升南降的活动，这两个断层的活动对西安地区的地面沉降有一定影响。有资料表明，由于构造活动造成的区域沉降量，占总沉降量的3%左右。三、地面沉降的发展过程西安市区地面沉降的形成和发展历史，大致可分为四个阶段：第一阶段，19591971年。该阶段是西安承压水的开采初期，其特点是开采井少，开采量小，水位下降缓慢。承压水位每年下降幅度
9、一般为0.50.8 m，截止1970年，全区没有出现统一的承压水位下降漏斗。但该阶段已清楚地反映出西安地面沉降的雏形，沉降区总体分布范围呈NEE向，地面沉降中心也都位于其邻近两条地裂缝之间的洼地内，呈NEE向展布。其平均沉降速率为2mm/a，累计最大沉降量小于100 mm。第二阶段，19721978年。该阶段西安市区各单位自备井数量呈递增趋势，1975年底已有承压水开采井259眼，开采量已达9997104m3/a。该阶段承压水位迅速下降，并逐渐形成区域降落漏斗，开采中心的承压水位以大于5m的速率下降。此时西安市区已形成四个降落漏斗，中心区分别位于东北郊的八府庄、胡家庙、西南郊的西北工业大学和南
10、郊的陕西省测绘局附近。该阶段地面沉降速率逐渐加大，沉降区面积不断扩大。截止1978年，地面沉降量累计大于50 mm的面积已达100km2，最大沉降量为295mm，该阶段地面沉降最为突出的特点是在沉降区内形成了数条地形变陡变带。这些陡变带的最大梯度位置与地裂缝主裂缝位置基本吻合，地面沉降中心均位于陡变带南侧。现今地面沉降的格局就是继承这个时期的特点发展而来的。第二阶段的平均沉降速率是第一阶段的49倍，显示七十年代以来，西安地面沉降速率明显加快。各沉降中心的沉降速率随时间与地点的不同表现出较大的差异。如西北工业大学19721978年沉降速率为13.86 mm/a，而胡家庙则达46.7 mm/a。第
11、三阶段，19791983年。承压水井数与开采量仍不断增加，区域降落漏斗面积继续扩大，漏斗中心不断加深。并在西郊小寨、八里村、沙坡村等地形成新的降落漏斗。各降落漏斗中心承压水位已每年35 m的速率下降，最大可达10 m。此阶段地面沉降加速发展，各沉降中心的沉降速率相继达到最大值，一般在50100 mm/a，小寨沉降速率达到了136mm/a，是此阶段最大的沉降速率，但沉降区的范围扩展较缓慢。第四阶段，即1 984年至今。由于西安市加强了地下水资源的管理，使新增承压水井数量显著减少，开采量基本稳定。此阶段大部分地区地面沉降速率趋于稳定，基本保持在19821983年的水平，主要沉降中心的沉降速率保持在
12、80100 mm/a，局部地区还有减缓的趋势。但在新建电子城与八里村小区，由于承压水开采量增加较快，地面沉降速率猛增12倍，最大沉降速率达到191 mm/a。四、地面沉降的危害及防治对策西安市的地面沉降与地裂缝的活动关系极为密切，客观上已构成灾链效应。地面沉降的直接作用使得一些建筑物下沉或倾斜。另外，由于地面不均匀沉降使城市局部地区排水不畅，污水外溢。更为严重的是地裂缝两侧的不均匀沉降加剧了地裂缝的垂直活动，使地裂缝活动的致灾作用明显加剧，沿地裂缝带附近房屋开裂损坏，供水、供气管道错断，道路破坏变形，给城市规划、建设带来较大影响。由于产生地面沉降的主要原因是过量开采承压水，因此，控制承压水的开采量是减缓西安地面沉降的最有效的对策。西安市1990年8月引进黑水河，1996年引进水量已增大到1.13108m3/a，并陆续关闭城区承压水井61眼，开采量由1990的1.12108m3/a，降至0.70108m3/a。据分层沉降标监测资料，地面沉降局部已有趋缓迹象。预计黑河引水工程完工后，引水量大于2.92108m3/a，加上西安市原有水源地供水量，可满足现阶段西安市用水需求，应逐步停止东南郊一带沉降量较大地段承压水井的开采，使这些地段的地面沉降得到有效的控制。
