模型及模拟方法的发展过程及现状。最后对我国地面沉降的研究提出了建议。
关键词中图分类号： P641. 69
文献标识码： A
Present situation and advance problems on the land subsidence caused by groundwater pumping
2010 年第 11 期
工程勘察 Geotechnical Investigation ＆ Surveying 33
2. 1. 2 准三维流模型 准三维模型只对含水层建立相应的水流方程，
研究它 的 水 位 变 化。 对 含 水 层 之 间 的 弱 透 水 层 或 “隔水层” 作 一 维 垂 向 处 理， 如 墨 西 哥 城 模 型， 意 大利拉温纳区域地下水流模型，日本大鳄平原的模 型都属于准三维流模型。上海和天津所建立的地面 沉降模型 也 属 于 准 三 维 模 型。 近 年 来 李 勤 奋［17］为 弱透水层 建 立 了 垂 向 一 维 水 流 模 型。 朱 桂 娥［18］等 对弱透水层采用越流系数表征，并对有入渗补给的 非稳定潜水面进行处理来改进准三维模型。 2. 1. 3 三维流模型
Abstract： The land subsidence at home and abroad was studied. The present situation of land subsidence were summarized，the current status of land subsidence monitoring methods were introduced，mainly including leveling，GPS，synthetic aperture radar measurements （ InSAR ） . The mathematical models of land subsidence caused by groundwater pumping were analyzed in recent decades，according to water flow model and the soil deformation model，land subsidence models are divided into three types，namely，the aquifer head changes were obtained from the flow model，and then soil deformation was calculated by the head changes in the two-step model； The vertical deformation was considered only and pore water pressure changes in part of the coupled model； The pore water pressure changes and the interaction of soil deformation were considered in the full coupled model. The coupling of land subsidence and water flow numerical model and simulation development process and current conditions were described in the process of land subsidence. Finally，the study of land subsidence was suggested. Key words： land subsidence； monitoring methods； water flow models； coupled model
国内利用 InSAR 技术相对较晚，路旭等介绍了 用合成孔径雷达干涉测量法进行天津市地面沉降监 测的试验［10］。于 军 等 基 于 ArcGIS 平 台 建 立 苏 锡 常 地区地面沉降监测管理信息系统研究，为该地区实 现地面沉降监测计算机自动化管理系统提出了可行 性方案［11］。叶 淑 君 等 根 据 上 海 大 量 地 面 沉 降 和 水 位观测资料，结合室内试验，系统分析了上海过量 开采地下水引起地面沉降过程中各土层的变形特征 及地面沉降 在 时 间、 空 间 上 的 分 布 规 律［12］。 于 强 等介绍天津市地面沉降和地下水监测自动化系统的 设计和应用情况。采用实时采集分层标垂直位移和 地下水位变化的自动监测系统，监测不同深度地层 的垂直 变 形 以 及 地 下 水 位 的 连 续 变 化［13］。 高 照 忠 等对由于开采地下水引起的地面沉降问题，采用了 GPS、RS 和 GIS （3S） 方法对昆明市地面沉降进行 监测［14］。张勤等 提 出 利 用 GPS 观 测 地 面 沉 降 和 地 裂缝，通过对西安地区地面沉降和地裂缝的 GPS 监 测 ， 得 到 了 很 好 的 精 密 度［15 ］。
0 前言
降给这些地区的社会经济发展、城市建设、环境保
地面沉降是在自然和人为因素作用下，由于地 表松散未固结土体压缩而引起的地面高程降低的地 质现象， 是 一 种 不 可 补 偿 的 永 久 性 环 境 和 资 源 损 失。世界上很多国家都出现了这一问题，如意大利 威尼斯、日本关东、美国加利福尼亚的圣华金谷、 中国的上海、天津、泰国曼谷等。其中圣华金谷的 沉降量达到了 9m，影响范围达到 9900km2 。地面沉
Yang Yong1 ，Li Guomin1 ，Dou Yanbing2 ，Li Ming1 ，Yang Zhongshan2
（1. Institute of Geology and Geophysics Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China； 2. Beijing Hydraulic Center，Beijing 100039，China）
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护和人民生活带来危害。引起了各国政府和学者的 重视，到目前为止已经召开了七届地面沉降国际会 议，进行 专 门 的 交 流 和 探 讨。 目 前 主 要 从 监 测 技 术、渗流与变形模型、预测方法以及防治措施方面 对抽汲地下水引起的地面沉降进行研究。在国内上 海市、天津市对地面沉降研究最为系统。在渗流模 型研究 方 面， 陈 崇 希 等 提 出 的 “渗 流-管 流 耦 合 模 型” 较好地解决了国内外几十年来没有解决的关于 混合抽 水 的 一 系 列 理 论 与 实 践 难 题。 国 际 上 以 美 国、日本地面沉降研究成果最多。地面沉降研究与 防治措施结合紧密，对抽汲地下水引起的地面沉降 的水土耦合数值模拟的研究是其主要的发展方向。 因此，本文围绕地面沉降的监测、模型以及相关的 数值模拟做相应的阐述，介绍地面沉降中多孔介质 耦合理论的研究进展，为进一步的研究工作提出建 议。
用于模拟抽取地下水引起地面沉降的数学模型，按照水流模型和土体变形模型将地面沉降模型分
为三种类型，即由水流模型获得含水层的水头变化，再由水头变化计算土体变形的两步模型； 仅
考虑垂直方向的变形和孔隙水压力变化的部分耦合模型； 考虑孔隙水压力变化和土体变形的相互
影响和作用的完全耦合模型。对于地面沉降作用过程的研究，介绍了地面沉降与水流的耦合数值
巴黎、美国的圣克拉流域、拉斯维加斯等。日本的 S. Murakami 等利用 GIS 技 术 描 述 了 日 本 观 孔 平 原 北部地区的地面沉降现状，并预测了其发展趋势， 且在图上实 现 了 可 视 化 成 果［5］。 D. L. Galloway 等 利用 INSAR 监测技术对加利福尼亚州的莫哈韦沙漠 羚羊 谷 的 含 水 层 压 缩 及 地 面 沉 降 进 行 了 监 测［6］。 Jorn Hoffmann 通过 雷 达 干 涉 法 观 测 美 国 内 华 达 州， 拉 斯 维 加 斯 谷 的 区 域 地 面 沉 降 和 回 弹［7］。 T. J. Burbey 利用 Cooper-Jacob 方 法， 根 据 实 际 抽 取 地 下 水时地面沉降监测数据反演弱透水单元中的给水度 和水力传导系数，并将此方法应用到维吉尼亚东南 部的富兰克林附近的沿海平 原 区［8］。 Alex 介 绍 了 合 成孔径雷达差 分 干 涉 测 量 （ DInSAR） 和 永 久 散 射 体 （ Permanent Scatterer） 两种方法， （ DInSAR） 用 于短期地面沉降的监测，Permanent Scatterer 用于长 期 地 面 沉 降 的 监 测［9 ］。
1 监测与试验
由于城市的发展，大量抽取地下水，导致地面 沉降越来越严重。近年来，大多数城市开始建立地 面沉降监测网，监测手段也越来越先进，包括变形 测定仪，水准仪，全站仪，土层压缩性测试，放射 性分层标监测技术，星载合成孔径雷达干涉监测技 术，GPS 测量技术及 GIS 技术。
Steven J. Deverel 利 用 变 形 测 定 仪 对 加 利 福 尼 亚州的圣保金三角洲的三个岛的地面沉降和水量、 二氧化 碳 量 进 行 了 测 定， 并 分 析 了 三 者 之 间 的 关 系［1］。Bankher 描述 了 沙 特 阿 拉 伯 西 部 城 市 由 于 人 为抽水引起的地裂缝和地面沉降，利用变形测定仪 和 GPS 技术对地面沉降进行监 测［2］。 Hasanuddin 应 用水准仪和 GPS 系统，测定了印度尼西亚首都雅加 达的地面沉 降，在 1991 ～ 1997 年 间， 地 面 沉 降 达 到了 160cm。通过对比水文数据显示雅加达的地面 沉降与过 量 抽 取 地 下 水 相 关［3］。 英 国 G. Gassiani 和意大利 C. Zocoatelli 通过对实验室测定的松散土 层压缩系数 Cm 和在波河三角洲天然气用放射性分 层标测定的野外压缩系数进行了分析对比，发现实 验 室 压 缩 系 数 要 比 现 场 压 缩 系 数 大 几 个 数 量 级［4 ］。