主要地质环境问题与原因分析

上海市存在的主要地质环境问题有遍布全市的地面沉降、土壤与浅层地下水污染、粘土与石材矿山遗留的矿山环境问题、海岸带局域海水入侵等。其中，地面沉降灾害发生时间最早、持续时间最长、影响范围最广、危害最严重。

上海市沉降沉降最早可追溯至1921年，至2007年地面平均沉降1.975m，最大沉降量3.035m，最大沉降速率超过110mm/a(1957～1961年)。不同时期地面沉降的发展过程也不均衡，表7-1列出了1921～2001年上海市中心城区不同时期的平均累计沉降量和年均沉降速率。根据1995年测绘成果，上海地面高程(吴淞高程系统)小于4.0m的沉降洼地，总面积已达1069Km²;而地面高程小于3.5m的洼地，面积约161Km²，几乎全部在中心城区;高程在3.0～2.5m之间的面积约26Km²。目前上海中心城区地面的自然标高一般只有2.5～4.5m，而原自然地面高程约在4.5～5.0m之间^［7］。

上海地面沉降的形成与发展，给社会经济可持续发展带来多方面的负面影响。地面沉降造成的地面高程损失，使城市面临更大的防汛压力，沿江河的防汛设施不得不屡次加高、加固，其经济投入巨大。地面沉降改变了上海自然的泄洪条件，加大了遭受洪涝灾害的频率。据统计，1981～1994年的13年中，全市暴雨发生292次，其中22次发生在中心城区，均导致了地面积水灾害，平均每年1.7次。地面沉降还对已建成的地铁、桥梁、输配气工程等重大工程的正常运营带来不利影响，增加了运营维护费用。据张维然等估算，1921～2000年上海市地面沉降所造成的经济损失高达2943.1亿元，平均年损失36.8亿元^［8］。

表7-1 上海市中心城区地面沉降发展过程表

资料来源:据张阿根^［7］。

自20世纪50年代开始，人们开始对上海市地面沉降进行系统研究。1962年，《上海地面沉降问题研究报告》提出引起上海地面沉降的主要原因是大量开采地下水的初步结论。80年代，开展了人防工程开挖、高层建筑动静荷载、潮汐作用等对土层变形的影响研究。1990年开始发现大规模城市建设活动使水准点沉降量显著地大于分层标变形量，基坑开挖、井点降水、建筑物荷载的增加都使浅部软土层呈持续的压缩流变状态，加剧了地面沉降的扩展。陈正松等以上海中心城区为实验区，利用层次分析法对导致地面沉降的原因进行了综合分析，结果发现:引发上海市地面沉降的因素中，地下水开采占64.1%，地面工程负荷占16.7%，市政工程占4.2%，降雨蒸发量占5.6%，海平面上升占1.6%，土体自然固结占1.3%，新构造运动占1.5%^［9］。因此，地下水开采与地面工程负荷是导致上海市地面沉降的主要因素。

图7-2 上海市地下水开采量变化柱状图

物质流理论认为，由地质环境输入到社会经济的物质流数量是产生地质环境问题的主要原因，这与上述研究结果是一致的。就上海市而言，从地质环境到社会经济的直接物质输入主要包括地下水和建筑材料，建筑材料以各种建筑物的形式转化为上海的物质财富。由图7-2可以知道，1921年上海市地下水开采量仅为0.003亿m³，1949年增加到0.88亿m³，1957～1961年，最大的年度地下水开采量超过2亿m³，随着地下水开采量的增加地面沉降速率不断加大;1965年以后进行压缩开采，到70年代末地下水开采量相对稳定在0.58亿～1.16亿m³，之后又有所增加，到90年代增至1.38亿m³，地面沉降速率随着地下水开采量的减少而降低，之后又随着地下水开采量的增加而再度加大;90年代末至今在政府限制开采的控制下，地下水开采量逐年下降，到2006年降至0.6亿m³，地面沉降速率得到控制。可采用8层以上建筑物增长情况表示建筑材料进入上海市数量的变化。从表7-2可知，1990年上海市8层以上建筑物仅为748幢，建筑面积为914万m²，到2006年迅速增长到11989幢，建筑面积达14821万m²，年均增长50%左右。陈正松等的研究表明，地面沉降速率与建设规模总体相一致^［9］。张阿根由此得出，随着城市化进程的加速，地质环境所具有的资源属性在被充分利用与挖掘之后，地质环境的灾害属性便逐渐显现出来^［7］。

表7-2 上海市8层以上建筑物数量增长情况