中國上海與越南河內地面沉降發育背景對比研究

林金鑫

（1. 上海市地質調查研究院，上海 200072；2. 自然資源部地面沉降監測與防治重點實驗室，上海 200072；3. 上海地面沉降控制工程技術研究中心，上海 200072）

地面沉降作為全球性地質災害，直接威脅區域高程安全，降低城市防汛抗洪能力，并對市政設施造成影響，帶來安全隱患，其危害在低海拔的沿海地區尤為嚴重，如中國長江三角洲、越南紅河三角洲等河口三角洲地區[1-3]。從全球范圍來看，地面沉降防治具有重要性和緊迫性，但是不同國家和地區防治水平差異較大。位于長江三角洲的上海市是中國最早發現地面沉降且危害最為嚴重、防治效果最為顯著的城市之一[3-4]。從上世紀六十年代起，通過采取限制地下水開采、調整地下水開采層次、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，目前已進入微量沉降階段[4-5]。地面沉降亦是影響越南河內城市發展的重要因素之一，并危及其城市安全，但是河內地面沉降監測與防治工作起步相對較晚，監測設施數量較少[6-13]，應當引進適用的地面沉降防治經驗及技術方法。

地面沉降得到國內外眾多學者的關注，并開展了大量的學術研究，包括機理研究、監測技術研究、防治措施研究等，但大多是基于某一地區開展的研究，針對不同地區的對比研究開展較少。目前，長江三角洲已經開展了長期的地面沉降監測工作，積累了大量數據，為相關研究提供了數據基礎，其地面沉降研究程度高，學術成果豐碩。紅河三角州地區的相關學術論文，主要集中在河內市地面沉降研究，且多為基于InSAR技術的地面沉降時空特征及誘因分析等[6-13]，同時也有一些地下水、工程建設活動等對地面沉降的影響研究。

本文聚焦中越共同應對的地面沉降災害問題，選取長江三角洲重點城市上海市、紅河三角洲重點城市河內市，開展地面沉降發育背景對比分析研究，以期為河口三角洲地區的地面沉降防治及研究提供基礎信息支撐。

1 研究區概況

地處長江三角洲沖積平原東南緣的上海市，是國務院批復確定的中國國際經濟、金融、貿易、航運和科技創新中心。上海地質環境條件非常脆弱，第四紀地層極易壓縮變形導致地面沉降災害發生，長期困擾著城市的發展[14]。1921～1965年市區平均累計地面沉降量達1.69 m，最大年沉降速率超過100 mm/a。面對脆弱的地質環境與高強度的城市開發建設，上海開展了大量的地面沉降調查監測與防治工作，通過實施一系列行之有效的控制措施，至2009年已將年均地面沉降速率控制在6 mm/a以內，且近十年年度平均沉降速率保持基本穩定，2020年全市年均速率約為5 mm/a，為上海城市安全和經濟社會發展提供了堅實基礎。

地處紅河三角洲西北部的河內市，是越南社會主義共和國的首都，也是越南第二大城市及政治中心和直轄市。其成陸歷史比上海更短，沉積了一定厚度的第四紀覆蓋層，地質環境條件脆弱，地層容易壓縮變形導致地面沉降災害發生[15-17]。根據相關文獻中水準測量結果，1988～1995年河內市最大沉降速率達到了44 mm/a[7]；根據相關文獻中InSAR監測結果，2016～2020年其最大沉降速率超過了50 mm/a[2]。目前，地面沉降制約河內城市規劃、建設、運行和可持續發展，已經得到越南政府和學者的高度關注。

2 對比研究要素

本文從地面沉降發育的自然因素、人為因素兩個方面，分別選取了地質背景條件、主要誘發因素等為一級要素，進行上海市與河內市地面沉降發育背景對比分析。參考兩個對比城市地面沉降相關研究文獻，將地質背景條件要素細化分解為地形地貌及水文特征、第四紀地質條件、水文地質條件、工程地質條件等二級要素；主要誘發因素則細化分解為地下水開發利用狀況、工程建設活動等二級要素。

海拔高度等地形地貌特征影響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資源情況等水文特征；松散沉積物厚度等第四紀地質條件是評價地面沉降易發性的主要判別要素；地下水資源情況等水文地質條件是評價地面沉降易發性的另一主要判別要素；工程地質條件對地面沉降亦有重要影響，尤其是高含水量、高壓縮性、高孔隙比、低強度的軟弱黏性土層極易產生地面沉降，軟弱土層厚度亦是地面沉降易發性的主要判別要素之一。

在地面沉降的兩類影響因素背景中，人為因素已遠超自然因素。其中地下水不合理開發利用仍是全球地面沉降的最主要誘發因素[18]，亦是上海市和河內市地面沉降的主要誘發因素。隨著城市經濟的快速發展，人口不斷向城市集中，由此帶來的大規模工程建設活動，成為近年來各大城市地面沉降新的重要誘發因素[19-21]。

3 對比分析

基于對比研究要素，針對地質背景條件、誘發因素等地面沉降發育背景，進行了上海和河內地面沉降發育背景共性與特性特征的對比分析（表1）。

3.1 地質背景條件

（1）地形地貌及水文特征

上海市與河內市都屬于低海拔地區，高程資源非常寶貴，地面沉降造成的影響和危害較大。上海除西南部有十余座零星剝蝕殘丘外，地形平坦，境內地面標高大多在2.5～4.5 m之間；河內平原地形約占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，南部和東南部平均海拔3～4 m[6-12]。

上海全市河網密布，形成了以黃浦江為主干的水系，且北界長江，地表水資源豐富。河內市湖泊池塘眾多，如還劍湖、西湖、七畝湖、竹帛湖、禪光湖等；紅河流經河內市，不僅帶來豐富的水資源，且當夏季水位高漲時，可能會發生洪水淹沒城市的現象[22]。豐富的地表水資源，為地下水替代利用等地面沉降防治措施在兩個城市的應用提供了條件。

（2）第四紀地質條件

表1 上海與河內地面沉降發育背景綜合對比Table 1 Comprehensive comparison of land subsidence development background between Shanghai and Hanoi

容易壓縮變形的第四紀松散沉積物，是兩個城市地面沉降發育的主要內因。上海市的第四紀松散沉積物厚度一般在150～350 m[14]，河內市第四紀松散沉積物最大厚度約100 m[16-17]。由第四紀地質條件看，上海市地面沉降的易發程度要高于河內市。

（3）水文地質條件

上海市與河內市都具有豐富的地下水資源，且主要可分為潛水和承壓水2大類。從含水層數量上分析，上海市有7個第四紀含水層，而河內市僅有2個第四紀含水層。從含水層土性上分析，上海市的含水層顆粒較小，多為粉土、砂土、粉砂、細砂；河內市的含水砂層顆粒較大，多為細砂、中粗砂、礫石、卵石等，其富水性一般要高于上海市。從含水層深度上分析，上海市第一承壓含水層與河內市更新世承壓含水層最為接近，但第一承壓含水層的厚度要薄，第一、二承壓含水層綜合起來則可以和河內市承壓含水層相類似。上海市第三、四、五承壓含水層的深度則遠大于河內市承壓含水的深度（圖1）。豐富的地下水資源，為兩個對比城市地下水大規模開發利用提供了條件。

（4）工程地質條件

上海市與河內市都分布有高含水量、高壓縮性、低強度的軟弱土層，一經擾動，其強度會明顯降低，且固結變形時間長，變形量大，易產生較大的地面沉降和不均勻沉降。軟弱土層在上海市廣泛分布，僅在局部地區缺失；而河內市約有一半地區分布有軟弱土層[23]。同時，兩個對比城市地表100 m以淺都存在較厚的砂層，增加了地面沉降的易發程度。

3.2 主要誘發因素

（1）地下水開發利用的影響

圖1 上海與河內典型水文地質鉆孔柱狀圖(上海數據選自“上海地質資料信息共享平臺”，河內數據來自參考文獻[18])Fig.1 Typical hydrogeological borehole histogram of Shanghai and Hanoi

通過累計地面沉降量與地下水水位歷時曲線的對比（圖2），可以發現上海與河內兩個對比城市的地面沉降與地下水水位有著很好的相關性，地面沉降受地下水開發利用影響。

圖2 上海某承壓含水層土層(a)與河內某典型水站(b)累計沉降與地下水水位歷時曲線（河內數據來自參考文獻[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)

歷史上，為滿足工業生產和居民生活飲用等用途，上海市長期開采深層地下水，其最大的年度地下水開采量超過2億噸，從而導致區域地下水位下降，進而產生顯著的地面沉降。

河內市自從法國殖民時期，地下水就是其主要供水來源之一，且地下水開采量持續增長。據相關文獻不完全統計結果[7-12]，1909年河內市地下水開采量約為每年730萬噸，1975年開采量約為每年0.56億噸，1991年約為每年1.46億噸，2008年約為每年2.74億噸，超過了上海歷史最大年度開采量，且2008年以來地下水開采量增速變大（表2）。大量的地下水開采導致河內市地下水水位下降，進而誘發地面沉降。

表2 河內市地下水開采量Table 2 List of groundwater exploitation in Hanoi

上海市隨著各種針對地下水管理的地面沉降防治措施的實施，目前地下水年度開采量已經小于200萬噸。地下水開發利用對地面沉降的影響在減小，人類工程建設活動等其它因素的影響在增強。與之不同，河內市地下水開采量還在增加，目前其年度開采量已經超過3.65億噸（圖3），是上海歷史最大年度開采量的1.8倍多。河內市地面沉降仍主要受地下水開發利用影響，但工程建設活動等其它因素的影響也不可忽視。

圖3 上海與河內年度地下水開采量對比曲線（河內數據來自文獻[7-12]）Fig.3 Comparison curve of annual groundwater exploitation between Shanghai and Hanoi

（2）工程建設活動的影響

近年來，上海市受大規模工程建設活動的影響，尤其是以深基坑工程為代表的地下空間開發利用活動，出現了淺部軟土層和含水砂層呈現持續壓縮的現象，不均勻沉降問題顯現，工程建設活動誘發的淺部土體壓縮成為目前上海地面沉降產生的重要外因。

河內市的地面沉降空間分布及發展趨勢與城市建筑物分布及市區范圍擴展具有相關性[6-12]，且若進行地下空間資源開發利用時，亦會誘發地面沉降[21]。

4 結語

上海歷史上地面沉降發育嚴重，但在大面積長期監測的基礎上，針對地下水開發利用和工程建設活動等誘因，開展了大量研究并采取了系列防治措施，實現了地面沉降有效防控。河內市存在更大規模的地下水開發利用，且隨著城市發展，建設活動持續發生，其地質條件易發地面沉降，但目前未見有大規模實施的防治措施，地面沉降仍在發育。上海市與河內市在地面沉降發育地質背景條件、主要誘發因素上雖然各有其特性，但總體上具有很多共性，為上海和河內兩個三角洲城市地面沉降防治經驗的相互借鑒提供了條件。

（1）自第四紀以來，上海市與河內市砂層和粘性土層皆交替出現，構成了2個河口三角洲城市地面沉降發育的物質基礎；兩個對比城市含水層及軟土層發育，地質結構容易產生地面沉降。

（2）不合理開采地下水是上海市與河內市地面沉降的主要誘發因素。但上海采取了系列措施進行地下水管理，實現了區域地面沉降的有效防控；河內仍在繼續大規模開發利用地下水資源，其應當實施針對性的防治措施，如利用地表水替代地下水開發利用、地下水人工回灌等。

（3）以深基坑工程為代表的建設活動成為上海地面沉降發育的另一主要誘因，同時也會加劇河內地面沉降的發育。目前河內城市仍在持續開展工程建設活動，上海工程性地面沉降的相關研究成果未來可以考慮在河內進行推廣應用。

（4）受限于收集的河內市資料有限，兩個城市的地面沉降發育背景對比研究還有待進一步深入。同時需要在發育背景對比的基礎上，開展地面沉降發育狀況及調查監測防治工作等的對比研究，以期為兩個城市地面沉降防治提供更好的借鑒建議。

（5）對于河口三角洲地區，地面沉降防治應當先調查清楚其發育的地質背景，尤其是地下水含水層、軟弱土層等的分布情況；地下水開發利用、工程建設活動等容易誘發地面沉降，應考慮在地面沉降調查監測的基礎上，建立地下水管理與工程建設管控相結合的地面沉降綜合防控體系。