北京地面沉降風險評價與管理

姜 媛，賈三滿，王海剛

（北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195）

0 引言

地面沉降風險是指一定空間尺度內的地面沉降災害對社會經濟所造成危害的大小及其可能性。它是一項綜合性區劃評價工作，以加強重點地區并兼顧一般地區為原則，按照輕重緩急部署監測、評價和防治工作，提出分區地面沉降防治對策技術及管理措施，為政府實行有效的地質災害防治管理提供決策依據［1］。

1 地面沉降風險評價

國內外對于地面沉降風險評估和風險管理的研究起步較晚，這方面的應用尚沒有形成統一的標準和系統。但地面沉降發育較嚴重的地區，如天津、上海、滄州及蘇錫常等地，均對地面沉降的風險評價和管理做過探索性工作。天津市考慮地面沉降狀況、地下水現狀、地層狀況、經濟狀況及防災抗損狀況評價了地面沉降危險性。蘇錫常地區建立了風險評價指標體系，即地面沉降的易發性、受災體易損性及抗風險性，并分別進行評價，其中易發性評價作為研究的基本內容，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，累計地面沉降量，地面沉降速率這幾項指標。上海市的研究成果表明地面沉降的風險要素由危險性和易損性這兩個要素系列組成。危險性要素系列包括地質條件、地貌條件、人為地質動力活動以及地質災害規模、發生概率（或發展速率）等指標。在北京市前期相關工作中，參考羅元華、張梁、張業成編著的《地質災害風險評估方法》，將地面累計沉降量和沉降速率作為評價地面沉降危險性評價的兩個指標。

參考以上幾個城市的地面沉降風險性評價體系，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險評價分為地面沉降易發性、地面沉降危險性和地面沉降易損性三個方面（圖1）。

圖1 地面沉降風險與管理評價體系圖Fig.1 Risk assessment and management system of land subsidence

其中，地面沉降易發性是指在自然條件下，一定地區時段內地面沉降發生的概率，是通過一定的評價方法對地面沉降進行定性和定量的分析評定。易發區的劃分基于產生地面沉降的地質環境條件，主要取決于平原第四系沉積物的工程地質性質與結構［2］，含水層分布和水文地質特征等。易發性主要描述了以自然條件下，在未來發生地面沉降相對可能性的高低。

地面沉降危險性的劃分目前尚無統一標準，目前的評價方法為結合地面沉降速率及累計地面沉降量來進行危險性分區。它反映了地面沉降在各種外界因素影響下的發育程度，是對已經發生的地面沉降的描述，對地面沉降現狀的總結。

地面沉降易損性是指承災區遭受地面沉降破壞機會的多少與發生損毀的難易程度，這一概念暗含了人類社會和經濟技術發展水平應對正在發生地面沉降災害的能力。地面沉降以一定危險程度的概率發生而對受威脅對象或承災區的人口、財產、基礎設施、經濟、資源環境等造成的可能損失程度就是地面沉降易損性評價。易損性要素系列包括人口易損性、工程設施與社會財產易損性、經濟活動與社會易損性等要素。

在地面沉降易發性、危險性及易損性評價基礎上進行地面沉降風險評價，隨后結合地面沉降風險的大小和性質，確定控制風險的途徑并付諸實施，進行風險管理。即根據風險評價結果劃分地面沉降防治區，在此基礎上提出相應各區的防治工作重點，其結果將為地面沉降監測、預報、防治等提供基礎資料，為政府決策部門和領導提供決策信息［3］。

1.1 地面沉降易發性評價

易發區的劃分基于產生地面沉降的地質環境條件，主要取決于平原第四系沉積物的工程地質性質與結構、含水層分布和水文地質特征等。在選取評價因素和建立評價體系的時候，既要考慮到北京市的特殊性，又要結合北京市地面沉降長期監測和綜合研究成果，選取切實可行的評價因素（表1）。

首先考慮地面沉降的內因，主要是地質條件，其中選取可壓縮層厚度和第四系厚度作為地質條件的評價因素?？蓧嚎s層是指粉質粘土、粘土或粉土為主的間夾薄層粉砂或（和）粉細砂的地層。從北京地面沉降的實際情況來看，可壓縮層累計厚度大的地區地面沉降發育普遍嚴重?？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，第四系的沉積環境決定了沉積層的發育程度和特征，一般第四系厚度大的地區會發育較厚的軟土夾砂層，而第四系薄的地區則幾乎沒有地面沉降跡象。所以第四系厚度也應作為一個必要的考慮條件。

表1 地面沉降易發區影響因素判別表Table 1 Assessment index and its weight of susceptibility

其次，水文地質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數作為評價因素。地面沉降主要發生在粘土中，對地下水動態變化敏感度高。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因素，是由于北京平原區的地形特殊性。北京位于整個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，受到構造運動印象，第四系沉積厚度變化很大，從幾十米到幾百米。例如，山前門頭溝地區和沖洪積扇下部通州地區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評價要素。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，即地面沉降的易發性就越大，相應的量化分值也應越高。另外，若某區域含水層組發育不全，可依次降級判定。

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

根據綜合指數法計算各個評價因素相應等級的分值與權重乘積之和（綜合分值），按照一定標準進行判別，對地面沉降易發區進行劃分。綜合指數法計算公式如下：

式中：A——綜合分值；

Ai——評價因素相應等級的分值；

B——評價因素相應權重；

n——評價因素個數；

經過一個積累過程之后，還可進一步完善和修正地面沉降風險因子要素所占的權重、量化等級及量化分值，逐步提高地面沉降風險評價的準確性和客觀性，從而提高地面沉降風險管理水平。

1.2 地面沉降危險性評價

北京平原區地面沉降危險性分區評價標準見表2。

表2 地面沉降危險性分區評價標準Table 2 Criteria of hazards zoning

該評價標準主要根據北京市城市發展空間布局實況以及區域內建筑物的重要性，綜合考慮近三年北京平原區地面沉降發展現狀、地裂縫災害分布以及多年累計沉降量情況等因素制定。

1.3 地面沉降易損性評價

地面沉降易損性評價也就是承災體受到損害的容易性評價，是受災體的自然屬性與社會屬性的綜合。地面沉降易損性評價反映了人類工程活動、社會經濟發展與自然環境組成要素之間的適宜程度。由于區域評價中承災體具體數據獲取難，基于行政單元（市轄區、縣）的區域易損性評價較好，并通過社會經濟統計指標（表3）來表征區域易損性［4］。地面沉降易損性評價指標主要考慮社會經濟統計類指標（人口密度，GDP），同時也要單獨考慮線性軌道的影響。

表3 各區縣社會經濟統計表Table 3 Statistics of social economic in each district

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

1.4 地面沉降風險評價

在地面沉降易發性、危險性及易損性評價基礎上進行地面沉降風險評價（表4、圖2），隨后結合地面沉降風險的大小和性質，確定控制風險的途徑并付諸實施，進行風險管理。即根據風險評價結果劃分地面沉降防治區，在此基礎上提出相應各區的防治工作重點，其結果將為地面沉降監測、預報、防治等提供基礎資料，為政府決策部門和領導提供決策信息［5］。

圖2 北京平原區地面沉降風險性分區圖Fig.2 Risk zoning map of land subsidence in Beijing Plain

（1）風險性大區

風險性大區面積約1729km2。北部地區包括海淀區蘇家坨-上莊，昌平沙河-八仙莊，順義南法信、后沙峪地區，平谷城區，朝陽來廣營、金盞、樓梓莊、東八里莊—大郊亭、三間房—管莊地區，通州區城區、臺湖—黑莊戶、張家灣地區。南部地區包括大興榆垡—禮賢、定福莊、采育地區。本區屬于地面沉降高易發區、地面沉降中—強危險性區以及中易損區。上述區域處于地面沉降快速發展地區，是整個平原區地面沉降風險性最高的區域。該區的地質、水文地質條件等決定了地面沉降的高易發性，加上近年來的該區建設快速發展，再考慮到城市建設過程中需抽汲大量地下水，預測本區的地面沉降在未來幾年仍將持續快速發展。同時，局部地區地裂縫的進一步發展也可能與地面沉降發展起到相互影響、相互促使進一步發展的作用。

（2）風險性中區

風險性中區面積約2346km2。主要分布城區、海淀、豐臺、朝陽西部、順義、懷柔、大興北部及通州南部，環地面沉降高風險區的周邊地區。本區屬于地面沉降中—低易發區、地面沉降弱危險性區以及中—高易損區。該區域盡管不是目前北京市地面沉降最嚴重區，但涵蓋首都機場、CBD地區等重要建筑、重點區域等，區內經濟高速發展，城市建筑密集，是北京市主要的經濟發展區域和規劃中的重點城鎮建設區域，同時大量高速公路、鐵路、地鐵及輕軌等線性工程穿區而過，如果該區域內地面沉降繼續快速發展，將對城市建設造成一定的破壞作用，其可能造成的經濟損失十分巨大。

（3）風險性低區

風險性低區面積約1955km2。主要分布于山前各個沖洪積扇上部地區，如房山、門頭溝、昌平北部、密云北部、平谷山前，地面沉降高-中等風險區之外的其他地區。本區屬于地面沉降低易發區、地面沉降弱危險性區以及低易損區。經濟發展和城市建設速度相對緩慢，部分地區基巖埋深較淺，可壓縮層厚度相對較低，區內地面沉降風險性相對較低。

2 地面沉降風險管理

結合地面沉降風險的大小和性質，確定控制風險的途徑并付諸實施，這就是風險管理的主要內容。毫無疑問，地面沉降風險管理是一項復雜工作，它不是一個純技術決策問題，而是集技術決策、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。把風險降低到使公眾可接受的水平是風險評估與管理的最終目的［6］。

針對地面沉降發育現狀和地區社會經濟發展趨勢，以地面沉降風險評價為基礎，將地面沉降風險性大區作為重點防治區，風險性中區作為次重點防治區，風險性小區作為一般防治區。

（1）重點防治區

該區地面沉降防治工作重點是：重點加強地面沉降區地面沉降監測工作，優化調整地面沉降與地下水監測網布局；繼續深入開展新技術、新方法、新設備在地面沉降監測中的應用研究，實現多種監測手段的有機耦合；嚴格限制并壓縮區內地下水開采，制定地下水開發利用長期規劃和年度規劃，同時加大地下水專灌井建設力度，進一步提升地下水人工回灌能力。加強回灌水源的水質監測，保障地下水環境安全。加強地面沉降致災機理和防治措施技術研究。

（2）次重點防治區

該區地面沉降防治工作重點是：加強地質環境的綜合性基礎性調查評價，結合城市規劃調整優化地面沉降監測網絡，通過監測積累背景數據，為及時掌握災害隱患、災情發展趨勢和采取相應防治措施提供科學依據。嚴格控制并壓縮地下水開發利用，加強建設項目地質災害評估與建設項目施工、運行過程的監測及其分析評價，預防地面沉降災害的發生。在平谷地區，由于受到集中水源地的影響，地面沉降發育日漸顯現。但是由于監測網絡覆蓋不全面，現僅有InSAR手段可以監測到該區的地面沉降，造成該地區監測數據精度不夠，沒有連續的地面沉降監測數據，數據對比性較差。所以建議在平谷地區進一步完善地面沉降監測網絡，建設地面沉降監測站、GPS監測點等。

（3）一般防治區

本區以往地面沉降監測設施相對較為薄弱，需要結合城市規劃和土地利用總體規劃優化監測網絡，采取多鐘手段，進一步加強區域地面沉降監測工作。

3 結語

由于近年來北京市建設快速發展，再考慮到城市建設過程中需抽汲大量地下水，預測北京市地面沉降在未來幾年仍將持續快速發展。加上北京市的土地開發強度高，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，除了山前地區以外，北京市平原區整體上地面沉降風險較大。今后地面沉降防治思路要實現從以往的被動應對向積極主動防御轉變，應針對本市地面沉降發育現狀和社會經濟發展趨勢，基于地面沉降風險科學評價的基礎上，加強區內抗風險能力建設，這是當前地面沉降防治的主要任務。

［1］胡蓓蓓，姜衍祥，周俊，等.天津市濱海地區地面沉降災害風險評估與區劃［J］.地理科學，2008，28（5）：693-697.HU Beibei，JIANG Yanxiang，ZHOU Jun，et al.Assessment and zonation of land subsidence disaster risk of Tianjin Binhai area［J］.Geographical Science，2008，28（5）：693-697.

［2］王寒梅.上海地面沉降風險評價及防治管理區建設研究［J］.上海地質，2010，31（14）：7-17.WANG Hanmei.Study on risk evaluation and control schemes of land subsidence in Shanghai City［J］.Shanghai Geology，2010，31（14）：7-17.

［3］于軍，武健強，王曉梅，等.地面沉降風險評價初探［J］.高校地質學報，2008，14（3）：450-454.YU Jun，WU Jianqiang，WANG Xiaomei.Preliminary research on risk of land subsidence［J］.Geological Journal of China Universities，2008，14（3）：450-454.

［4］張梁.地質災害風險評價理論與方法［J］.中國地質礦產經濟，1996（4）：40-45.ZHANG Liang.The method and research on hazard risk evaluation［J］.China Geology ＆ Mining Economics，1996（4）：40-45.