北京地面沉降风险评价与管理

姜 媛，贾三满，王海刚

（北京市水文地质工程地质大队，北京 100195）

0 引言

地面沉降风险是指一定空间尺度内的地面沉降灾害对社会经济所造成危害的大小及其可能性。它是一项综合性区划评价工作，以加强重点地区并兼顾一般地区为原则，按照轻重缓急部署监测、评价和防治工作，提出分区地面沉降防治对策技术及管理措施，为政府实行有效的地质灾害防治管理提供决策依据［1］。

1 地面沉降风险评价

国内外对于地面沉降风险评估和风险管理的研究起步较晚，这方面的应用尚没有形成统一的标准和系统。但地面沉降发育较严重的地区，如天津、上海、沧州及苏锡常等地，均对地面沉降的风险评价和管理做过探索性工作。天津市考虑地面沉降状况、地下水现状、地层状况、经济状况及防灾抗损状况评价了地面沉降危险性。苏锡常地区建立了风险评价指标体系，即地面沉降的易发性、受灾体易损性及抗风险性，并分别进行评价，其中易发性评价作为研究的基本内容，包括了第四系松散层厚度，含水层厚度，软土层厚度，地下水位降深，累计地面沉降量，地面沉降速率这几项指标。上海市的研究成果表明地面沉降的风险要素由危险性和易损性这两个要素系列组成。危险性要素系列包括地质条件、地貌条件、人为地质动力活动以及地质灾害规模、发生概率（或发展速率）等指标。在北京市前期相关工作中，参考罗元华、张梁、张业成编著的《地质灾害风险评估方法》，将地面累计沉降量和沉降速率作为评价地面沉降危险性评价的两个指标。

参考以上几个城市的地面沉降风险性评价体系，考虑到北京市已有的综合研究成果及资料掌握情况，将北京市地面沉降风险评价分为地面沉降易发性、地面沉降危险性和地面沉降易损性三个方面（图1）。

图1 地面沉降风险与管理评价体系图Fig.1 Risk assessment and management system of land subsidence

其中，地面沉降易发性是指在自然条件下，一定地区时段内地面沉降发生的概率，是通过一定的评价方法对地面沉降进行定性和定量的分析评定。易发区的划分基于产生地面沉降的地质环境条件，主要取决于平原第四系沉积物的工程地质性质与结构［2］，含水层分布和水文地质特征等。易发性主要描述了以自然条件下，在未来发生地面沉降相对可能性的高低。

地面沉降危险性的划分目前尚无统一标准，目前的评价方法为结合地面沉降速率及累计地面沉降量来进行危险性分区。它反映了地面沉降在各种外界因素影响下的发育程度，是对已经发生的地面沉降的描述，对地面沉降现状的总结。

地面沉降易损性是指承灾区遭受地面沉降破坏机会的多少与发生损毁的难易程度，这一概念暗含了人类社会和经济技术发展水平应对正在发生地面沉降灾害的能力。地面沉降以一定危险程度的概率发生而对受威胁对象或承灾区的人口、财产、基础设施、经济、资源环境等造成的可能损失程度就是地面沉降易损性评价。易损性要素系列包括人口易损性、工程设施与社会财产易损性、经济活动与社会易损性等要素。

在地面沉降易发性、危险性及易损性评价基础上进行地面沉降风险评价，随后结合地面沉降风险的大小和性质，确定控制风险的途径并付诸实施，进行风险管理。即根据风险评价结果划分地面沉降防治区，在此基础上提出相应各区的防治工作重点，其结果将为地面沉降监测、预报、防治等提供基础资料，为政府决策部门和领导提供决策信息［3］。

1.1 地面沉降易发性评价

易发区的划分基于产生地面沉降的地质环境条件，主要取决于平原第四系沉积物的工程地质性质与结构、含水层分布和水文地质特征等。在选取评价因素和建立评价体系的时候，既要考虑到北京市的特殊性，又要结合北京市地面沉降长期监测和综合研究成果，选取切实可行的评价因素（表1）。

首先考虑地面沉降的内因，主要是地质条件，其中选取可压缩层厚度和第四系厚度作为地质条件的评价因素。可压缩层是指粉质粘土、粘土或粉土为主的间夹薄层粉砂或（和）粉细砂的地层。从北京地面沉降的实际情况来看，可压缩层累计厚度大的地区地面沉降发育普遍严重。可见可压缩层厚度对北京市地面沉降有着重要的控制作用。另外，第四系的沉积环境决定了沉积层的发育程度和特征，一般第四系厚度大的地区会发育较厚的软土夹砂层，而第四系薄的地区则几乎没有地面沉降迹象。所以第四系厚度也应作为一个必要的考虑条件。

表1 地面沉降易发区影响因素判别表Table 1 Assessment index and its weight of susceptibility

其次，水文地质条件作为地面沉降的诱因，其中选取极限开采厚度和含水层组个数作为评价因素。地面沉降主要发生在粘土中，对地下水动态变化敏感度高。之所以不选用其他各省市普遍使用的地下水水位作为评价因素，是由于北京平原区的地形特殊性。北京位于整个华北平原的西北边缘，地形西北高，东南低，地形坡度为0.1％ ～0.3％，地面高差最大为2295m。另外，受到构造运动印象，第四系沉积厚度变化很大，从几十米到几百米。例如，山前门头沟地区和冲洪积扇下部通州地区的地下水位没有可对比性。本次工作选用水位（水头）至第四系基底的极限开采厚度作为其中一个评价要素。在其他条件相同的情况下，极限开采厚度越大，意味着将来水位下降的空间就越大，即地面沉降的易发性就越大，相应的量化分值也应越高。另外，若某区域含水层组发育不全，可依次降级判定。

在易发性评价的因子中，地质条件和水文地质条件分别作为地面沉降的内因和诱因，在分析地面沉降易发性时，无法确定哪一个为主要因素，所以本次评价工作中给出相同的权重。另外，在地质条件中，可压缩层厚度对地面沉降起到主控作用，权重相对较大；

根据综合指数法计算各个评价因素相应等级的分值与权重乘积之和（综合分值），按照一定标准进行判别，对地面沉降易发区进行划分。综合指数法计算公式如下：

式中：A——综合分值；

Ai——评价因素相应等级的分值；

B——评价因素相应权重；

n——评价因素个数；

经过一个积累过程之后，还可进一步完善和修正地面沉降风险因子要素所占的权重、量化等级及量化分值，逐步提高地面沉降风险评价的准确性和客观性，从而提高地面沉降风险管理水平。

1.2 地面沉降危险性评价

北京平原区地面沉降危险性分区评价标准见表2。

表2 地面沉降危险性分区评价标准Table 2 Criteria of hazards zoning

该评价标准主要根据北京市城市发展空间布局实况以及区域内建筑物的重要性，综合考虑近三年北京平原区地面沉降发展现状、地裂缝灾害分布以及多年累计沉降量情况等因素制定。

1.3 地面沉降易损性评价

地面沉降易损性评价也就是承灾体受到损害的容易性评价，是受灾体的自然属性与社会属性的综合。地面沉降易损性评价反映了人类工程活动、社会经济发展与自然环境组成要素之间的适宜程度。由于区域评价中承灾体具体数据获取难，基于行政单元（市辖区、县）的区域易损性评价较好，并通过社会经济统计指标（表3）来表征区域易损性［4］。地面沉降易损性评价指标主要考虑社会经济统计类指标（人口密度，GDP），同时也要单独考虑线性轨道的影响。

表3 各区县社会经济统计表Table 3 Statistics of social economic in each district

表4 地面沉降易损性分区影响因素判别表Table 4 Assessment index and its weight of vulnerability

1.4 地面沉降风险评价

在地面沉降易发性、危险性及易损性评价基础上进行地面沉降风险评价（表4、图2），随后结合地面沉降风险的大小和性质，确定控制风险的途径并付诸实施，进行风险管理。即根据风险评价结果划分地面沉降防治区，在此基础上提出相应各区的防治工作重点，其结果将为地面沉降监测、预报、防治等提供基础资料，为政府决策部门和领导提供决策信息［5］。

图2 北京平原区地面沉降风险性分区图Fig.2 Risk zoning map of land subsidence in Beijing Plain

（1）风险性大区

风险性大区面积约1729km2。北部地区包括海淀区苏家坨-上庄，昌平沙河-八仙庄，顺义南法信、后沙峪地区，平谷城区，朝阳来广营、金盏、楼梓庄、东八里庄—大郊亭、三间房—管庄地区，通州区城区、台湖—黑庄户、张家湾地区。南部地区包括大兴榆垡—礼贤、定福庄、采育地区。本区属于地面沉降高易发区、地面沉降中—强危险性区以及中易损区。上述区域处于地面沉降快速发展地区，是整个平原区地面沉降风险性最高的区域。该区的地质、水文地质条件等决定了地面沉降的高易发性，加上近年来的该区建设快速发展，再考虑到城市建设过程中需抽汲大量地下水，预测本区的地面沉降在未来几年仍将持续快速发展。同时，局部地区地裂缝的进一步发展也可能与地面沉降发展起到相互影响、相互促使进一步发展的作用。

（2）风险性中区

风险性中区面积约2346km2。主要分布城区、海淀、丰台、朝阳西部、顺义、怀柔、大兴北部及通州南部，环地面沉降高风险区的周边地区。本区属于地面沉降中—低易发区、地面沉降弱危险性区以及中—高易损区。该区域尽管不是目前北京市地面沉降最严重区，但涵盖首都机场、CBD地区等重要建筑、重点区域等，区内经济高速发展，城市建筑密集，是北京市主要的经济发展区域和规划中的重点城镇建设区域，同时大量高速公路、铁路、地铁及轻轨等线性工程穿区而过，如果该区域内地面沉降继续快速发展，将对城市建设造成一定的破坏作用，其可能造成的经济损失十分巨大。

（3）风险性低区

风险性低区面积约1955km2。主要分布于山前各个冲洪积扇上部地区，如房山、门头沟、昌平北部、密云北部、平谷山前，地面沉降高-中等风险区之外的其他地区。本区属于地面沉降低易发区、地面沉降弱危险性区以及低易损区。经济发展和城市建设速度相对缓慢，部分地区基岩埋深较浅，可压缩层厚度相对较低，区内地面沉降风险性相对较低。

2 地面沉降风险管理

结合地面沉降风险的大小和性质，确定控制风险的途径并付诸实施，这就是风险管理的主要内容。毫无疑问，地面沉降风险管理是一项复杂工作，它不是一个纯技术决策问题，而是集技术决策、政府管理、社会参与、法律制约及成本核算、效益分析等为一体的综合决策行为。把风险降低到使公众可接受的水平是风险评估与管理的最终目的［6］。

针对地面沉降发育现状和地区社会经济发展趋势，以地面沉降风险评价为基础，将地面沉降风险性大区作为重点防治区，风险性中区作为次重点防治区，风险性小区作为一般防治区。

（1）重点防治区

该区地面沉降防治工作重点是：重点加强地面沉降区地面沉降监测工作，优化调整地面沉降与地下水监测网布局；继续深入开展新技术、新方法、新设备在地面沉降监测中的应用研究，实现多种监测手段的有机耦合；严格限制并压缩区内地下水开采，制定地下水开发利用长期规划和年度规划，同时加大地下水专灌井建设力度，进一步提升地下水人工回灌能力。加强回灌水源的水质监测，保障地下水环境安全。加强地面沉降致灾机理和防治措施技术研究。

（2）次重点防治区

该区地面沉降防治工作重点是：加强地质环境的综合性基础性调查评价，结合城市规划调整优化地面沉降监测网络，通过监测积累背景数据，为及时掌握灾害隐患、灾情发展趋势和采取相应防治措施提供科学依据。严格控制并压缩地下水开发利用，加强建设项目地质灾害评估与建设项目施工、运行过程的监测及其分析评价，预防地面沉降灾害的发生。在平谷地区，由于受到集中水源地的影响，地面沉降发育日渐显现。但是由于监测网络覆盖不全面，现仅有InSAR手段可以监测到该区的地面沉降，造成该地区监测数据精度不够，没有连续的地面沉降监测数据，数据对比性较差。所以建议在平谷地区进一步完善地面沉降监测网络，建设地面沉降监测站、GPS监测点等。

（3）一般防治区

本区以往地面沉降监测设施相对较为薄弱，需要结合城市规划和土地利用总体规划优化监测网络，采取多钟手段，进一步加强区域地面沉降监测工作。

3 结语

由于近年来北京市建设快速发展，再考虑到城市建设过程中需抽汲大量地下水，预测北京市地面沉降在未来几年仍将持续快速发展。加上北京市的土地开发强度高，人口和建筑物密度大，轨道交通、磁悬浮、桥梁密集，极易受到损害。可以说，除了山前地区以外，北京市平原区整体上地面沉降风险较大。今后地面沉降防治思路要实现从以往的被动应对向积极主动防御转变，应针对本市地面沉降发育现状和社会经济发展趋势，基于地面沉降风险科学评价的基础上，加强区内抗风险能力建设，这是当前地面沉降防治的主要任务。

［1］胡蓓蓓，姜衍祥，周俊，等.天津市滨海地区地面沉降灾害风险评估与区划［J］.地理科学，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.上海地面沉降风险评价及防治管理区建设研究［J］.上海地质，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］于军，武健强，王晓梅，等.地面沉降风险评价初探［J］.高校地质学报，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］张梁.地质灾害风险评价理论与方法［J］.中国地质矿产经济，1996（4）：40-45.ZHANG Liang.The method and research on hazard risk evaluation［J］.China Geology ＆ Mining Economics，1996（4）：40-45.