姜 媛，賈三滿，王海剛

（北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195）

0 引言

地面沉降風(fēng)險(xiǎn)是指一定空間尺度內(nèi)的地面沉降災(zāi)害對社會經(jīng)濟(jì)所造成危害的大小及其可能性。它是一項(xiàng)綜合性區(qū)劃評價(jià)工作，以加強(qiáng)重點(diǎn)地區(qū)并兼顧一般地區(qū)為原則，按照輕重緩急部署監(jiān)測、評價(jià)和防治工作，提出分區(qū)地面沉降防治對策技術(shù)及管理措施，為政府實(shí)行有效的地質(zhì)災(zāi)害防治管理提供決策依據(jù)［1］。

1 地面沉降風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

國內(nèi)外對于地面沉降風(fēng)險(xiǎn)評估和風(fēng)險(xiǎn)管理的研究起步較晚，這方面的應(yīng)用尚沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)。但地面沉降發(fā)育較嚴(yán)重的地區(qū)，如天津、上海、滄州及蘇錫常等地，均對地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和管理做過探索性工作。天津市考慮地面沉降狀況、地下水現(xiàn)狀、地層狀況、經(jīng)濟(jì)狀況及防災(zāi)抗損狀況評價(jià)了地面沉降危險(xiǎn)性。蘇錫常地區(qū)建立了風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，即地面沉降的易發(fā)性、受災(zāi)體易損性及抗風(fēng)險(xiǎn)性，并分別進(jìn)行評價(jià)，其中易發(fā)性評價(jià)作為研究的基本內(nèi)容，包括了第四系松散層厚度，含水層厚度，軟土層厚度，地下水位降深，累計(jì)地面沉降量，地面沉降速率這幾項(xiàng)指標(biāo)。上海市的研究成果表明地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)要素由危險(xiǎn)性和易損性這兩個(gè)要素系列組成。危險(xiǎn)性要素系列包括地質(zhì)條件、地貌條件、人為地質(zhì)動力活動以及地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模、發(fā)生概率（或發(fā)展速率）等指標(biāo)。在北京市前期相關(guān)工作中，參考羅元華、張梁、張業(yè)成編著的《地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法》，將地面累計(jì)沉降量和沉降速率作為評價(jià)地面沉降危險(xiǎn)性評價(jià)的兩個(gè)指標(biāo)。

參考以上幾個(gè)城市的地面沉降風(fēng)險(xiǎn)性評價(jià)體系，考慮到北京市已有的綜合研究成果及資料掌握情況，將北京市地面沉降風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)分為地面沉降易發(fā)性、地面沉降危險(xiǎn)性和地面沉降易損性三個(gè)方面（圖1）。

圖1 地面沉降風(fēng)險(xiǎn)與管理評價(jià)體系圖Fig.1 Risk assessment and management system of land subsidence

其中，地面沉降易發(fā)性是指在自然條件下，一定地區(qū)時(shí)段內(nèi)地面沉降發(fā)生的概率，是通過一定的評價(jià)方法對地面沉降進(jìn)行定性和定量的分析評定。易發(fā)區(qū)的劃分基于產(chǎn)生地面沉降的地質(zhì)環(huán)境條件，主要取決于平原第四系沉積物的工程地質(zhì)性質(zhì)與結(jié)構(gòu)［2］，含水層分布和水文地質(zhì)特征等。易發(fā)性主要描述了以自然條件下，在未來發(fā)生地面沉降相對可能性的高低。

地面沉降危險(xiǎn)性的劃分目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，目前的評價(jià)方法為結(jié)合地面沉降速率及累計(jì)地面沉降量來進(jìn)行危險(xiǎn)性分區(qū)。它反映了地面沉降在各種外界因素影響下的發(fā)育程度，是對已經(jīng)發(fā)生的地面沉降的描述，對地面沉降現(xiàn)狀的總結(jié)。

地面沉降易損性是指承災(zāi)區(qū)遭受地面沉降破壞機(jī)會的多少與發(fā)生損毀的難易程度，這一概念暗含了人類社會和經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平應(yīng)對正在發(fā)生地面沉降災(zāi)害的能力。地面沉降以一定危險(xiǎn)程度的概率發(fā)生而對受威脅對象或承災(zāi)區(qū)的人口、財(cái)產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境等造成的可能損失程度就是地面沉降易損性評價(jià)。易損性要素系列包括人口易損性、工程設(shè)施與社會財(cái)產(chǎn)易損性、經(jīng)濟(jì)活動與社會易損性等要素。

在地面沉降易發(fā)性、危險(xiǎn)性及易損性評價(jià)基礎(chǔ)上進(jìn)行地面沉降風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，隨后結(jié)合地面沉降風(fēng)險(xiǎn)的大小和性質(zhì)，確定控制風(fēng)險(xiǎn)的途徑并付諸實(shí)施，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理。即根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果劃分地面沉降防治區(qū)，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)各區(qū)的防治工作重點(diǎn)，其結(jié)果將為地面沉降監(jiān)測、預(yù)報(bào)、防治等提供基礎(chǔ)資料，為政府決策部門和領(lǐng)導(dǎo)提供決策信息［3］。

1.1 地面沉降易發(fā)性評價(jià)

易發(fā)區(qū)的劃分基于產(chǎn)生地面沉降的地質(zhì)環(huán)境條件，主要取決于平原第四系沉積物的工程地質(zhì)性質(zhì)與結(jié)構(gòu)、含水層分布和水文地質(zhì)特征等。在選取評價(jià)因素和建立評價(jià)體系的時(shí)候，既要考慮到北京市的特殊性，又要結(jié)合北京市地面沉降長期監(jiān)測和綜合研究成果，選取切實(shí)可行的評價(jià)因素（表1）。

首先考慮地面沉降的內(nèi)因，主要是地質(zhì)條件，其中選取可壓縮層厚度和第四系厚度作為地質(zhì)條件的評價(jià)因素?？蓧嚎s層是指粉質(zhì)粘土、粘土或粉土為主的間夾薄層粉砂或（和）粉細(xì)砂的地層。從北京地面沉降的實(shí)際情況來看，可壓縮層累計(jì)厚度大的地區(qū)地面沉降發(fā)育普遍嚴(yán)重?？梢娍蓧嚎s層厚度對北京市地面沉降有著重要的控制作用。另外，第四系的沉積環(huán)境決定了沉積層的發(fā)育程度和特征，一般第四系厚度大的地區(qū)會發(fā)育較厚的軟土夾砂層，而第四系薄的地區(qū)則幾乎沒有地面沉降跡象。所以第四系厚度也應(yīng)作為一個(gè)必要的考慮條件。

表1 地面沉降易發(fā)區(qū)影響因素判別表Table 1 Assessment index and its weight of susceptibility

其次，水文地質(zhì)條件作為地面沉降的誘因，其中選取極限開采厚度和含水層組個(gè)數(shù)作為評價(jià)因素。地面沉降主要發(fā)生在粘土中，對地下水動態(tài)變化敏感度高。之所以不選用其他各省市普遍使用的地下水水位作為評價(jià)因素，是由于北京平原區(qū)的地形特殊性。北京位于整個(gè)華北平原的西北邊緣，地形西北高，東南低，地形坡度為0.1％ ～0.3％，地面高差最大為2295m。另外，受到構(gòu)造運(yùn)動印象，第四系沉積厚度變化很大，從幾十米到幾百米。例如，山前門頭溝地區(qū)和沖洪積扇下部通州地區(qū)的地下水位沒有可對比性。本次工作選用水位（水頭）至第四系基底的極限開采厚度作為其中一個(gè)評價(jià)要素。在其他條件相同的情況下，極限開采厚度越大，意味著將來水位下降的空間就越大，即地面沉降的易發(fā)性就越大，相應(yīng)的量化分值也應(yīng)越高。另外，若某區(qū)域含水層組發(fā)育不全，可依次降級判定。

在易發(fā)性評價(jià)的因子中，地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件分別作為地面沉降的內(nèi)因和誘因，在分析地面沉降易發(fā)性時(shí)，無法確定哪一個(gè)為主要因素，所以本次評價(jià)工作中給出相同的權(quán)重。另外，在地質(zhì)條件中，可壓縮層厚度對地面沉降起到主控作用，權(quán)重相對較大；

根據(jù)綜合指數(shù)法計(jì)算各個(gè)評價(jià)因素相應(yīng)等級的分值與權(quán)重乘積之和（綜合分值），按照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別，對地面沉降易發(fā)區(qū)進(jìn)行劃分。綜合指數(shù)法計(jì)算公式如下：

式中：A——綜合分值；

Ai——評價(jià)因素相應(yīng)等級的分值；

B——評價(jià)因素相應(yīng)權(quán)重；

n——評價(jià)因素個(gè)數(shù)；

經(jīng)過一個(gè)積累過程之后，還可進(jìn)一步完善和修正地面沉降風(fēng)險(xiǎn)因子要素所占的權(quán)重、量化等級及量化分值，逐步提高地面沉降風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的準(zhǔn)確性和客觀性，從而提高地面沉降風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

1.2 地面沉降危險(xiǎn)性評價(jià)

北京平原區(qū)地面沉降危險(xiǎn)性分區(qū)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 地面沉降危險(xiǎn)性分區(qū)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria of hazards zoning

該評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)北京市城市發(fā)展空間布局實(shí)況以及區(qū)域內(nèi)建筑物的重要性，綜合考慮近三年北京平原區(qū)地面沉降發(fā)展現(xiàn)狀、地裂縫災(zāi)害分布以及多年累計(jì)沉降量情況等因素制定。

1.3 地面沉降易損性評價(jià)

地面沉降易損性評價(jià)也就是承災(zāi)體受到損害的容易性評價(jià)，是受災(zāi)體的自然屬性與社會屬性的綜合。地面沉降易損性評價(jià)反映了人類工程活動、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然環(huán)境組成要素之間的適宜程度。由于區(qū)域評價(jià)中承災(zāi)體具體數(shù)據(jù)獲取難，基于行政單元（市轄區(qū)、縣）的區(qū)域易損性評價(jià)較好，并通過社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)（表3）來表征區(qū)域易損性［4］。地面沉降易損性評價(jià)指標(biāo)主要考慮社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)類指標(biāo)（人口密度，GDP），同時(shí)也要單獨(dú)考慮線性軌道的影響。

表3 各區(qū)縣社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics of social economic in each district

表4 地面沉降易損性分區(qū)影響因素判別表Table 4 Assessment index and its weight of vulnerability

1.4 地面沉降風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

在地面沉降易發(fā)性、危險(xiǎn)性及易損性評價(jià)基礎(chǔ)上進(jìn)行地面沉降風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（表4、圖2），隨后結(jié)合地面沉降風(fēng)險(xiǎn)的大小和性質(zhì)，確定控制風(fēng)險(xiǎn)的途徑并付諸實(shí)施，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理。即根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果劃分地面沉降防治區(qū)，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)各區(qū)的防治工作重點(diǎn)，其結(jié)果將為地面沉降監(jiān)測、預(yù)報(bào)、防治等提供基礎(chǔ)資料，為政府決策部門和領(lǐng)導(dǎo)提供決策信息［5］。

圖2 北京平原區(qū)地面沉降風(fēng)險(xiǎn)性分區(qū)圖Fig.2 Risk zoning map of land subsidence in Beijing Plain

（1）風(fēng)險(xiǎn)性大區(qū)

風(fēng)險(xiǎn)性大區(qū)面積約1729km2。北部地區(qū)包括海淀區(qū)蘇家坨-上莊，昌平沙河-八仙莊，順義南法信、后沙峪地區(qū)，平谷城區(qū)，朝陽來廣營、金盞、樓梓莊、東八里莊—大郊亭、三間房—管莊地區(qū)，通州區(qū)城區(qū)、臺湖—黑莊戶、張家灣地區(qū)。南部地區(qū)包括大興榆垡—禮賢、定福莊、采育地區(qū)。本區(qū)屬于地面沉降高易發(fā)區(qū)、地面沉降中—強(qiáng)危險(xiǎn)性區(qū)以及中易損區(qū)。上述區(qū)域處于地面沉降快速發(fā)展地區(qū)，是整個(gè)平原區(qū)地面沉降風(fēng)險(xiǎn)性最高的區(qū)域。該區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件等決定了地面沉降的高易發(fā)性，加上近年來的該區(qū)建設(shè)快速發(fā)展，再考慮到城市建設(shè)過程中需抽汲大量地下水，預(yù)測本區(qū)的地面沉降在未來幾年仍將持續(xù)快速發(fā)展。同時(shí)，局部地區(qū)地裂縫的進(jìn)一步發(fā)展也可能與地面沉降發(fā)展起到相互影響、相互促使進(jìn)一步發(fā)展的作用。

（2）風(fēng)險(xiǎn)性中區(qū)

風(fēng)險(xiǎn)性中區(qū)面積約2346km2。主要分布城區(qū)、海淀、豐臺、朝陽西部、順義、懷柔、大興北部及通州南部，環(huán)地面沉降高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的周邊地區(qū)。本區(qū)屬于地面沉降中—低易發(fā)區(qū)、地面沉降弱危險(xiǎn)性區(qū)以及中—高易損區(qū)。該區(qū)域盡管不是目前北京市地面沉降最嚴(yán)重區(qū)，但涵蓋首都機(jī)場、CBD地區(qū)等重要建筑、重點(diǎn)區(qū)域等，區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市建筑密集，是北京市主要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域和規(guī)劃中的重點(diǎn)城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)域，同時(shí)大量高速公路、鐵路、地鐵及輕軌等線性工程穿區(qū)而過，如果該區(qū)域內(nèi)地面沉降繼續(xù)快速發(fā)展，將對城市建設(shè)造成一定的破壞作用，其可能造成的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大。

（3）風(fēng)險(xiǎn)性低區(qū)

風(fēng)險(xiǎn)性低區(qū)面積約1955km2。主要分布于山前各個(gè)沖洪積扇上部地區(qū)，如房山、門頭溝、昌平北部、密云北部、平谷山前，地面沉降高-中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)之外的其他地區(qū)。本區(qū)屬于地面沉降低易發(fā)區(qū)、地面沉降弱危險(xiǎn)性區(qū)以及低易損區(qū)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)速度相對緩慢，部分地區(qū)基巖埋深較淺，可壓縮層厚度相對較低，區(qū)內(nèi)地面沉降風(fēng)險(xiǎn)性相對較低。

2 地面沉降風(fēng)險(xiǎn)管理

結(jié)合地面沉降風(fēng)險(xiǎn)的大小和性質(zhì)，確定控制風(fēng)險(xiǎn)的途徑并付諸實(shí)施，這就是風(fēng)險(xiǎn)管理的主要內(nèi)容。毫無疑問，地面沉降風(fēng)險(xiǎn)管理是一項(xiàng)復(fù)雜工作，它不是一個(gè)純技術(shù)決策問題，而是集技術(shù)決策、政府管理、社會參與、法律制約及成本核算、效益分析等為一體的綜合決策行為。把風(fēng)險(xiǎn)降低到使公眾可接受的水平是風(fēng)險(xiǎn)評估與管理的最終目的［6］。

針對地面沉降發(fā)育現(xiàn)狀和地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，以地面沉降風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)為基礎(chǔ)，將地面沉降風(fēng)險(xiǎn)性大區(qū)作為重點(diǎn)防治區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)性中區(qū)作為次重點(diǎn)防治區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)性小區(qū)作為一般防治區(qū)。

（1）重點(diǎn)防治區(qū)

該區(qū)地面沉降防治工作重點(diǎn)是：重點(diǎn)加強(qiáng)地面沉降區(qū)地面沉降監(jiān)測工作，優(yōu)化調(diào)整地面沉降與地下水監(jiān)測網(wǎng)布局；繼續(xù)深入開展新技術(shù)、新方法、新設(shè)備在地面沉降監(jiān)測中的應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)測手段的有機(jī)耦合；嚴(yán)格限制并壓縮區(qū)內(nèi)地下水開采，制定地下水開發(fā)利用長期規(guī)劃和年度規(guī)劃，同時(shí)加大地下水專灌井建設(shè)力度，進(jìn)一步提升地下水人工回灌能力。加強(qiáng)回灌水源的水質(zhì)監(jiān)測，保障地下水環(huán)境安全。加強(qiáng)地面沉降致災(zāi)機(jī)理和防治措施技術(shù)研究。

（2）次重點(diǎn)防治區(qū)

該區(qū)地面沉降防治工作重點(diǎn)是：加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境的綜合性基礎(chǔ)性調(diào)查評價(jià)，結(jié)合城市規(guī)劃調(diào)整優(yōu)化地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過監(jiān)測積累背景數(shù)據(jù)，為及時(shí)掌握災(zāi)害隱患、災(zāi)情發(fā)展趨勢和采取相應(yīng)防治措施提供科學(xué)依據(jù)。嚴(yán)格控制并壓縮地下水開發(fā)利用，加強(qiáng)建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害評估與建設(shè)項(xiàng)目施工、運(yùn)行過程的監(jiān)測及其分析評價(jià)，預(yù)防地面沉降災(zāi)害的發(fā)生。在平谷地區(qū)，由于受到集中水源地的影響，地面沉降發(fā)育日漸顯現(xiàn)。但是由于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全面，現(xiàn)僅有InSAR手段可以監(jiān)測到該區(qū)的地面沉降，造成該地區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)精度不夠，沒有連續(xù)的地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)對比性較差。所以建議在平谷地區(qū)進(jìn)一步完善地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)地面沉降監(jiān)測站、GPS監(jiān)測點(diǎn)等。

（3）一般防治區(qū)

本區(qū)以往地面沉降監(jiān)測設(shè)施相對較為薄弱，需要結(jié)合城市規(guī)劃和土地利用總體規(guī)劃優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，采取多鐘手段，進(jìn)一步加強(qiáng)區(qū)域地面沉降監(jiān)測工作。

3 結(jié)語

由于近年來北京市建設(shè)快速發(fā)展，再考慮到城市建設(shè)過程中需抽汲大量地下水，預(yù)測北京市地面沉降在未來幾年仍將持續(xù)快速發(fā)展。加上北京市的土地開發(fā)強(qiáng)度高，人口和建筑物密度大，軌道交通、磁懸浮、橋梁密集，極易受到損害?？梢哉f，除了山前地區(qū)以外，北京市平原區(qū)整體上地面沉降風(fēng)險(xiǎn)較大。今后地面沉降防治思路要實(shí)現(xiàn)從以往的被動應(yīng)對向積極主動防御轉(zhuǎn)變，應(yīng)針對本市地面沉降發(fā)育現(xiàn)狀和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，基于地面沉降風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)評價(jià)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)區(qū)內(nèi)抗風(fēng)險(xiǎn)能力建設(shè)，這是當(dāng)前地面沉降防治的主要任務(wù)。

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