美國在地面沉降防治和研究工作中,注重研究開發(fā)高新技術(shù),注重水準測量、基巖標和分層標等傳統(tǒng)技術(shù)方法利用,并始終把地下水和地面沉降監(jiān)測工作作為防治地面沉降的基礎(chǔ),其中一些經(jīng)驗值得我國學(xué)習(xí)和借鑒。 監(jiān)測方法
美國對地面沉降的監(jiān)測采取了三種方法,即傳統(tǒng)的監(jiān)測、GPS監(jiān)測、合成孔徑干涉雷達監(jiān)測。
傳統(tǒng)的地面沉降測量方法包括水準測量、基巖標和分層標測量。這些方法精度很高,但只能在比較小的范圍內(nèi)開展工作。
對于大規(guī)模的區(qū)域地面沉降監(jiān)測應(yīng)該采用先進的全球定位系統(tǒng)(GPS)進行全方位的測量。GPS可借助于人造地球衛(wèi)星進行三邊測量定位。1996年美國地質(zhì)調(diào)查局在圣克拉山谷河谷建起了地面沉降監(jiān)測網(wǎng),確定地面高程的變化情況,而且為與將來的監(jiān)測結(jié)果進行比較建立了基準值。 多種措施
地面沉降在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)可能導(dǎo)致嚴重的財產(chǎn)和基礎(chǔ)下部建筑的損失。最具有代表性的地面沉降是由人為造成的,由于人為抽取地下水而導(dǎo)致含水層系統(tǒng)受壓縮而產(chǎn)生地面沉降。針對這種情況必須采取措施減少地下水的使用量,增加地面水補給。因此,隨時正確監(jiān)測地面和地下水位沉降,并提供標準的數(shù)據(jù)對于預(yù)測和預(yù)報地面沉降工作至關(guān)重要。美國地質(zhì)調(diào)查局的研究人員根據(jù)地面沉降的特點以及實際情況,對其采用以下幾種方法來減緩地面沉降的速度,以及修復(fù)地面沉降,把損失降到最低。
修復(fù)技術(shù)
為了滿足供水和改善水質(zhì)的要求,含水層存儲和修復(fù)技術(shù)在美國各州得以廣泛應(yīng)用。在圣克拉拉山谷,目前需水量仍然很大,但由于地表水的引入,回灌得以實施,使得地下水抽汲量減少,從而防止了地下水位繼續(xù)下降。另外,該區(qū)水資源管理局在當(dāng)?shù)氐暮恿魃辖⒘?個蓄水壩以收集雨水,這樣增加了河水對流經(jīng)區(qū)的地下水的補給。這個地區(qū)是美國第一個被發(fā)現(xiàn)也是第一個采取有效措施并在1969年前后終止了沉降地區(qū)。同樣的情況還有亞利桑那州的中南部,通過引入科羅拉多河的河水,減少了地下水的需求強度,從而緩解了地面沉降。 土地使用
為了防止地面沉降,將土地使用由農(nóng)業(yè)用地型向城市用地型轉(zhuǎn)變,以降低需水強度,防止地下水位的進一步下降。佛羅里達州的泥沼區(qū)使用這種方法可以防止有機土的進一步分解,減緩有機質(zhì)氧化的速度,使地面發(fā)生沉降的速度降低,地基更加穩(wěn)定。
節(jié)水措施
利用含水層組貯藏和運輸?shù)叵滤?,要?yōu)于造價高昴的地表蓄水和輸水系統(tǒng)。美國的研究人員采用先進和合理的地下水運輸方法,作出地下水使用的遠景規(guī)劃。節(jié)水是制止沉降的一項重要措施。例如在圣瓊斯地區(qū),目前人均用水量只有1920年的1/5,遠低于過去作為農(nóng)業(yè)用地時的用水量。因此即便是在1976年~1977年和1987年~1991年期間,這兩個州的主要旱期里,水位還是保持在歷史最低水位以上。
加固堤防
對沿海城市進行海岸加固,建造堤防防止洪水泛濫和海水入侵。例如在加利福尼亞州境內(nèi)三角洲地區(qū),大面積的人工堤壩及人工島有效地保護了這個三角洲,使之免遭海水的入侵,同時維持了有利的淡水坡度,保護了淡水源。 立法保護
美國對地下水的使用進行立法,使水資源有一個合理的使用環(huán)境。如在圣拉拉山谷成立一個專門的水資源管理機構(gòu)來管理該區(qū)的用水,使地表水和地下水得到了長期有效的綜合利用。美國許多地區(qū)甚至采取法制措施來防治地面沉降。例如1980年通過了《亞利桑那地下水管理法案》。其基本目標是加強對已衰竭含水層組的管理,把有限的地下水資源進行最合理的分配,開發(fā)新的水資源供應(yīng)來增加亞利桑那的地下水資源。
美國已有的案例表明,落水洞的活動與地下水的抽取有直接關(guān)系,控制地下水位的波動可以防止落水洞的形成。如美國佛羅里達西南水資源管理區(qū)與其他水資源機構(gòu)通力合作,設(shè)立了佛羅里達中西部地下水的臨界水位。最低水位的提出將會改良一些誘發(fā)條件,減少落水洞產(chǎn)生的影響。
聯(lián)防聯(lián)控
今后,長三角、華北平原、汾渭盆地三個全國重點地區(qū)的地面沉降防治工作將實現(xiàn)聯(lián)防聯(lián)控。2012年12月24日在上海召開的全國重點地區(qū)地面沉降聯(lián)防聯(lián)控工作會議上,這三個地區(qū)的國土資源管理部門及相關(guān)部門分別簽署了合作協(xié)議。國土資源部黨組成員、副部長,中國地調(diào)局局長汪民在會上要求,要以地下水和地面沉降監(jiān)測為依據(jù),全面加強地面沉降監(jiān)督監(jiān)管。
汪民在講話中指出,近年來地面沉降防治工作取得重要成效:地面沉降調(diào)查評價工作持續(xù)開展;防治規(guī)劃和條例的出臺為有序、有力、有效開展工作提供了法制基礎(chǔ);地下水限采和人工回灌相結(jié)合的防控措施逐漸成為共識。 當(dāng)前地面沉降防治任務(wù)仍然艱巨,地區(qū)聯(lián)動、部門聯(lián)動還未到位。各地國土資源部門要以貫徹落實《全國地面沉降防治規(guī)劃(2011-2020年)》為契機,認真研究本地區(qū)地面沉降問題并制定防治規(guī)劃匯報給地方政府;要進一步加強基礎(chǔ)調(diào)查,摸清全國地面沉降發(fā)育現(xiàn)狀;要優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),全方位監(jiān)控地下水和地面沉降;要繼續(xù)開展科學(xué)研究,不斷提高地面沉降防治水平;強調(diào)地區(qū)合作、部門合作,分清職責(zé),聯(lián)防聯(lián)控。國土資源部門監(jiān)測成果,要作為監(jiān)督監(jiān)管的依據(jù),并形成相應(yīng)管理機制和手段。
山西和陜西國土資源廳分別簽訂了地面沉降防治區(qū)域合作協(xié)議。根據(jù)協(xié)議,將建立區(qū)域地面沉降防治省際聯(lián)席會議制度,研究商定防治合作中的重大事項;協(xié)商確定相鄰地區(qū)的地面沉降年度控沉指標,整體部署、同步推進相鄰地區(qū)的地面沉降調(diào)查、監(jiān)測,地下水壓采、回灌等工作;共建本區(qū)域地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng),建立信息通報和信息共享制度以及區(qū)域信息發(fā)布協(xié)調(diào)機制,并匯總本地區(qū)地面沉降防治信息后報國土資源部發(fā)布;定期開展交流研討,合作開展專題研究和科技攻關(guān),聯(lián)合開展相鄰地區(qū)地面沉降防治工作效果檢查和評估,共促控沉目標實現(xiàn)。