廣東珠海-坦洲地區(qū)地面沉降風險評價

段 梅(廣東省地質局第四地質大隊，廣東 湛江 524049)

廣東珠海-坦洲地區(qū)地面沉降風險評價

段 梅
(廣東省地質局第四地質大隊，廣東 湛江 524049)

選擇珠江三角洲地面沉降最為典型的地段——珠海中西部至坦洲地區(qū)，根據區(qū)域地質條件、水文地質條件和地面沉降現狀，系統(tǒng)分析了地面沉降機理和主要影響因素，建立了地面沉降風險評價體系。利用MapGIS空間分析功能，在地面沉降易發(fā)性、危險性和現狀評價的基礎上，開展地面沉降風險綜合評價。本研究成果可為珠海-坦洲地區(qū)地面沉降防災減災決策提供科學依據。

地面沉降;易發(fā)性;危險性;風險評價;珠海-坦洲地區(qū)

0 引言

地面沉降在沿海三角洲地區(qū)和地下水主采區(qū)是常見的地質災害，珠江三角洲地區(qū)也不例外。隨著社會經濟快速發(fā)展，珠江三角洲平原區(qū)的地面沉降災害日愈嚴重，珠海-坦洲地區(qū)作為典型區(qū)域，地面沉降現象危害嚴重。多位學者對該區(qū)地面沉降進行了分析研究，如支兵發(fā)[1]、董好剛等[2]、張宇明[3]對珠江三角洲經濟區(qū)的地面沉降現象及其危害等進行了闡述，張琢[4]、駱以道[5]等對珠三角地區(qū)軟基沉降計算預測進行了研究，劉會平[6]對廣州市地面沉降危險性進行了評價。以上研究涉及風險評價較少。地面沉降風險評價在國內外已有部分學者開展研究，羅文林[7]等在分析比較當前地面沉降災害危險性評估方法的基礎上，提出了規(guī)劃階段地面沉降風險評估方法；段學敏[8]、劉德成等[9]分別對滄州地區(qū)、北京市通州區(qū)開展地面沉降危險性評價；楊勇等[10]對北京市開展地面沉降易發(fā)性分區(qū)；姚晶娟[11]、于軍[12]等對江蘇省錫西—澄南地區(qū)進行地面沉降易損性、風險評價。為了減輕地面沉降造成的危害，本研究以珠海-坦洲地區(qū)的地質、水文地質條件、地面沉降現狀為基礎，通過系統(tǒng)分析區(qū)內地面沉降的機理和影響因素，建立本區(qū)地面沉降風險評價體系，利用MapGIS空間分析功能，在開展地面沉降易發(fā)性、危險性和現狀評價的基礎上，進行地面沉降風險綜合評價，并提出防治建議，可為本區(qū)城市規(guī)劃和減災防災提供科學依據。

1 研究區(qū)地質環(huán)境概況

1.1 自然地理

研究區(qū)位于珠江口西岸南段，由中山市坦洲鎮(zhèn)-珠海市香洲區(qū)南部-金灣區(qū)-斗門區(qū)的大部分地區(qū)組成，面積約134 3 km2。瀕臨南海，地表水系發(fā)育。與澳門比鄰，多條交通干線穿境而過，經濟、交通發(fā)達。

1.2 地質地貌

研究區(qū)構造上位于緯向構造體系與早期新華夏系交接復合部位，南部與珠江口盆地相毗鄰，被北東及北西向斷裂分割成塊狀隆起或沉降的地貌單元，隆起山地及沖積海積平原組成棋盤格式地貌。研究區(qū)地層巖石較簡單，山地為多期次侵入花崗巖及泥盆系砂巖等巖石，平原區(qū)則是在花崗巖、砂巖等巖石形成的基底之上，沿珠江水系出海河道流域沉積一套沖積、海河堆積物或沿海地區(qū)沉積海積物而成，沉積物多為深灰色淤泥、淤泥質土夾少量松散狀粉細砂，多屬于軟土。區(qū)內軟土分布廣泛，約占陸地總面積70%。其厚度一般大于10 m，最大可達63.8 m，具有由三角洲頂端往前緣由薄增厚的特點。由于形成機制的特殊性，具有含水量大、壓縮性高及承載力低且具結構性等特性，故本區(qū)土體穩(wěn)定性很差。加之近年經濟快速發(fā)展，伴隨工程建設、圍海造地等工程活動，新近欠固結人工填土分布范圍劇增，導致由軟土和新近欠固結人工填土組成的軟弱類土在區(qū)內廣泛分布。

1.3 水文地質概況

本區(qū)地下水類型和分布受地形地貌的控制，由基巖組成的山地和平原基底賦存少量基巖裂隙水，平原區(qū)賦存少量松散巖類孔隙水。由于歷史上海侵海退的影響，加上局部海水倒灌的影響，平原區(qū)地下水以微咸-咸水為主，僅在丘間谷地等近山區(qū)分布少量淡水。目前，僅在平原區(qū)開采地下咸水用于水產養(yǎng)殖，開采深度20～35 m，主要集中在4月和8月開采，其余時間少量開采。

2 地面沉降現狀與影響因素

2.1 地面沉降現狀

隨著近年人類活動對地質環(huán)境影響加劇，區(qū)內地面沉降進入快速發(fā)展階段。通過InSAR解譯獲得平原區(qū)2007-2010年平均沉降速率20～40 mm/a；據2012-2013年水準監(jiān)測和GPS監(jiān)測數據，平原區(qū)沉降速率以10～50 mm/a為主，最大達122 mm/a(圖1)；2013年野外實測累計沉降量10～145 cm不等。據局部典型地段監(jiān)測資料，如珠海大道線路，1994-2003年沉降量為21.1～73.1 cm，平均沉降量為44.3 cm，估算平均沉降速率2.11～7.31 cm/a； 2007-2010年平均沉降速率在20～40 mm/a； 2012-2013年沉降速率以20～60 mm/a為主，其沉降速率總體上呈上升趨勢。同時，調查發(fā)現地面沉降區(qū)域與軟弱土層分布范圍基本一致，沉降災害點則多分布于居民區(qū)、公路沿線、工業(yè)園等人類活動較為頻繁的地段。地面沉降對區(qū)內構筑物造成不同程度的影響：直接在軟土上建造的低矮建筑物發(fā)生整體下沉、傾斜開裂、變形等，形成“矮腳樓”；以基巖為持力層的建筑則地板陷落或懸空，形成“吊腳樓”；經過沉降區(qū)的管網、給水供氣等管道設施隨地面不均勻沉降而發(fā)生彎曲變形甚至折斷；軟土區(qū)公路路基不均勻下沉，路面波狀起伏、路基位移、路橋接觸處出現不均勻沉降差、路面開裂等現象[1、13-15]。總體上，研究區(qū)地面沉降現象十分嚴重。

圖1 珠海-坦洲地區(qū)地面沉降速率等值線圖Fig.1 Contours of land subsidence speed at Zhuhai-Tanzhou area

2.2 地面沉降影響因素

地面沉降產生需要一定的地質、水文地質條件和土層內的應力轉變(由水承擔的應力不斷轉移到土顆粒上)條件。本區(qū)地面沉降影響因素可分為：

內因：區(qū)域地質、水文地質條件，是地面沉降產生的物質基礎和先決條件。區(qū)內平原區(qū)基底巖石雖然埋藏較淺，但其上覆蓋第四紀松散堆積層多為厚20～50 m軟土、欠固結填土等軟弱類土，在自身重力或外力作用下，軟弱類土固結下沉。第四紀松散堆積層是本區(qū)地面沉降的主要發(fā)生層位。

外因：包括外部動力和人為活動帶來的影響，主要為人類活動，包括超采地下水、上部荷載和交通線路動態(tài)附加應力等[16-20]。(1)超采地下水導致地下水位下降。近年區(qū)內大力發(fā)展水產養(yǎng)殖業(yè)致使地下咸水開采量劇增，局部地段嚴重超采，水位急劇下降，形成地下水降落漏斗。隨著地下水水頭壓力的消散，土體傳遞的有效應力相應增大，顆粒之間孔隙度降低，加之水流滲透作用，土體顆粒重新排列變得更密實，同時降低顆粒本身強度，土體被壓縮固結[21-22]。(2)上部荷載主要為上部建筑物和人工填土產生的應力。平原上老舊鄉(xiāng)村住宅區(qū)均以天然地基作為簡易基礎支撐平臺，基礎直接置于未經固結處理的軟弱類土之上，在上部建筑的壓力作用下，軟弱類土發(fā)生壓密固結而導致上部建筑整體下沉；此外，人工填土面積大增甚至連續(xù)成片，在堆土的重力作用下，軟弱類土體壓密固結。(3)交通線路車流產生的動態(tài)附加應力。區(qū)內經濟活躍，交通發(fā)達，軟基公路未經壓密處理的軟弱類土在車流產生的動態(tài)附加應力作用下形成系列的瞬時變形和壓密固結沉降。

3 地面沉降風險評價

根據滑坡專家Varnes提出地質災害風險的定義，地面沉降風險是地面沉降對人類社會及其生存環(huán)境所造成危害或不利影響的可能性及不確定性，包括地面沉降發(fā)生的可能性(即易發(fā)性或危險性)和造成的后果(即易損性)兩個方面。根據地面沉降風險的含義，地面沉降風險評價的核心研究內容應包括在全面分析地面沉降風險的基礎上構建風險評價指標體系，進行地面沉降危害現狀、易發(fā)性和易損性評價并開展地面沉降風險綜合評價，提出地面沉降風險防控建議等(圖2)[7、12]。地面沉降的易發(fā)性和易損性分別描述地面沉降發(fā)生的概率和可能產生的后果的危害，是預測評價組成部分。地面沉降現狀評價是實時評價，與預測評價組成地面沉降風險綜合評價。

圖2 地面沉降風險系統(tǒng)構成要素關系示意圖Fig.2 Model of risk evaluation on land subsidence

地面沉降風險評價指標因素眾多(表1)，相互影響，關系復雜，建立一個包含所有因素的模型來評價地面沉降在實際工作中幾乎是不可能的。根據區(qū)內地面沉降實際情況，將地面沉降風險系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，對各子系統(tǒng)分別選取有代表性的評價項目(因子)。根據各因子不同表現程度進行等級劃分并賦予不同分值，把所得分值相加得出綜合評分，再根據綜合評分進行總體評價。研究區(qū)內山地基巖區(qū)沉降很少不參與評價。

表1 地面沉降風險評價指標因素Table 1 Indicatorsof risk evaluation on land subsidence

3.1 危險性(易發(fā)性)評價

3.1.1 評價指標及指標量化

根據前述地面沉降機理和影響因素(表1)，分別選取地質環(huán)境背景條件、人類活動作為地面沉降易發(fā)性評價的子系統(tǒng)。

地質環(huán)境背景條件方面，主要因素為第四系覆蓋層巖性、軟土層厚度，其余較為穩(wěn)定。結合地層情況，選取包含欠固結填土和軟土的軟弱類土作為代表性因素。平面上軟弱類土成分基本相似，其厚度成為主要決定因素，故以軟弱類土厚度作為本次評價的因子參與評價。軟弱類土厚度越大，可壓縮固結的空間越大，對地面沉降的貢獻越大，故厚度越大，賦予的分值越高。以軟弱類土厚度為依據，按表2劃分地質環(huán)境背景條件對地面沉降的貢獻。

研究區(qū)經濟活躍，發(fā)展迅速，工程建設活動頻繁，水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達，對地面沉降有影響的人類活動主要有工程活動和地下水開發(fā)利用。反映工程活動的指標應包括人類活動的類型、活動持續(xù)時間、活動強烈程度等，一般工程類型越大，持續(xù)時間越長，活動程度越強烈，最后建筑密度和重要性越大。結合本研究實際情況，選取具有代表性的建設工程密度作為評價因子參與評價。根據研究區(qū)建筑分布情況和建筑類型，從珠海市區(qū)-坦洲鎮(zhèn)中心區(qū)、各區(qū)和鎮(zhèn)中心區(qū)及重要工業(yè)園區(qū)、一般鎮(zhèn)區(qū)和分散居民區(qū)、耕地和林地及魚塘，依次劃分為工程建設活動大、中、小、極小。反映地下水開發(fā)利用情況的要素應包括地下水開采量、地下水水位變化等指標[10]，由于工作區(qū)范圍地下水動態(tài)監(jiān)測一直處于空白狀態(tài)，缺乏系統(tǒng)的資料，準確計算地下水開采量的數據也難于獲取，因區(qū)內地下水開采僅為咸水養(yǎng)殖供水，根據咸水產養(yǎng)殖分布情況，結合取得的部分地下水水位數據劃分出地下水開發(fā)利用強度分區(qū)：地下咸水需求量大的蝦塘密集養(yǎng)殖區(qū)，開發(fā)利用強度高；地下咸水需求量略少的蝦塘、魚塘交錯分布區(qū)，開發(fā)利用強度中等；少量蝦塘區(qū)域或地下水資源缺少區(qū)，開發(fā)利用強度低；抽取海水供水無需開采地下水區(qū)域及無水產養(yǎng)殖區(qū)域，開發(fā)利用強度極低或無地下水開發(fā)利用。

工程活動和地下水開發(fā)利用對區(qū)內地面沉降為誘發(fā)或加劇因子，而軟弱類土的分布情況為決定性的基礎因子，故其分級略詳細(表2)。

表2 地面沉降易發(fā)性評價因子分級表Table 2 Grade partition for land subsidence susceptibility assessment indexes

3.1.2 疊加評價

因本區(qū)地面沉降易發(fā)性評價相關研究少，假定各影響因子均等重要，各項因子得分相加即為綜合得分。利用MapGIS 空間疊加分析功能進行地面沉降易發(fā)性疊加運算，得到范圍為1～13的易發(fā)性指數，其中高易發(fā)區(qū)指數7～13，中易發(fā)區(qū)指數4～6，低易發(fā)區(qū)指數0～3。研究區(qū)地面沉降易發(fā)性以中等易發(fā)性為主，低易發(fā)性次之，高易發(fā)性最少，基巖區(qū)基本發(fā)生地面沉降故不進行風險評價，評價結果見圖3。

圖3 珠海-坦洲地區(qū)地面沉降易發(fā)性評價分區(qū)圖Fig.3 Land subsidence susceptibility zoning of Zhuhai-Tanzhou area

3.2 易損性評價

3.2.1 評價指標及指標量化

易損性主要反映地面沉降可能對當地民眾生命、財產造成威脅和破壞的程度，其評價體系應包括當地人口密度、工程重要程度以及地面沉降災害(潛在)災情損失統(tǒng)計等指標，由于災害(潛在)災情損失主要為人員傷亡和財產損失，故選取當地人口密度和建筑物重要程度為本次評價指標。易損性指標等級劃分及分值見表3。

表3 地面沉降易損性評價因子分級表Table 3 Grade partition for land subsidence hazard vulnerability assessment indexes

3.2.2 疊加評價

由于當地民眾人身安全和財產安全均十分重要，故人口密度和工程重要性是兩個并列指標，利用MapGIS空間分析功能劃分研究區(qū)，選其最大值作為易損性最終得分，獲得范圍0～3的易損性指數，其中高易損性指數為3，中易損性指數為2，低易損性指數0～1。研究區(qū)地面沉降易損性以低易損性為主，高易損性次之，中等易損性最小，評價結果見圖4。

3.3 現狀評價

3.3.1 評價指標及指標量化

現狀包括地面沉降的分布情況、沉降活動程度及災情損失等，通常地面沉降越活躍，造成的損失越大。故選取反映地面沉降活躍程度的沉降速率、累計沉降量來表征其危害程度[13、23-24]。危害現狀評價指標見表4。

3.3.2 疊加評價

地面沉降速率和累計沉降量均是現狀嚴重程度的表現，把它們疊加選取較大值作為評價值。利用MapGIS空間分析功能劃分研究區(qū)，得出危地面沉降害現狀分布圖(圖5)。

3.4 地面沉降風險綜合評價

把地面沉降易發(fā)性、易損性和地面沉降現狀危害程度圖三張圖疊加分析，按表5進行劃分得出研究區(qū)地面沉降風險分區(qū)圖(圖6)。把風險分區(qū)圖與易發(fā)性、易損性、現狀危害程度圖對比不難看出，風險性與易發(fā)性分區(qū)的總體走勢基本一致，而高風險區(qū)則與現狀危害程度大或高危險分區(qū)分布情況基本一致，體現了地面沉降風險綜合評價以易發(fā)性為主兼顧其易損性和現狀危害的綜合評價方式。

圖4 珠海-坦洲地區(qū)地面沉降易損性評價圖Fig.4 Land subsidence hazard vulnerability zoning of Zhuhai-Tanzhou area

表4 地面沉降現狀等級劃分表Table 4 Grade partition for current situation on land subsidence

圖5 珠海-坦洲地區(qū)地面沉降現狀評價分區(qū)圖Fig.5 Land subsidence current evaluation zoning of Zhuhai-Tanzhou area

表5 地面沉降風險等級劃分表Table 5 Grade partition for land subsidence risk

圖6 珠海-坦洲地區(qū)地面沉降風險分區(qū)圖Fig.6 Land subsidence risk zoning of zhuhai-tanzhou area

風險評價結果表明研究區(qū)以中風險區(qū)為主，低風險區(qū)較少，高風險區(qū)最少，呈低風險區(qū)分布于基巖周邊，中等風險區(qū)包圍高風險區(qū)的趨勢。其中，高風險區(qū)呈不規(guī)則塊狀斷續(xù)沿北東向分布于東北部珠海-坦洲、中部新青村-聯(lián)港工業(yè)園、西南部臨港工業(yè)園區(qū)和平樂大道(X582)南段、及區(qū)內高速公路沿線；中等風險區(qū)廣泛分布于中部三角洲平原區(qū)、濱海平原區(qū)和山間谷地，囊括了磨刀門和雞啼門水道兩岸三角洲平原大部分地區(qū)；低風險區(qū)是一般分布于基巖臺地外圍和山間谷地。

4 地面沉降防治對策與措施

根據對研究區(qū)地面沉降影響因素和造成危害分析及風險評價，地面沉降的防治對策與措施主要有以下幾方面：

4.1 加強宣傳工作，提高防災減災意識

加強地面沉降災害的科普宣傳，提高民眾的防災減災意識，推普節(jié)約用水知識，提高居民們節(jié)約能源的意識。

4.2 科學規(guī)劃，合理建設

根據地面沉降調查監(jiān)測和評價成果，合理規(guī)劃土地利用類型，如重要工程設施和人口密集區(qū)，應避開地面沉降高風險的區(qū)域。

4.3 專業(yè)防范和治理

首先，依法嚴格管理地下水資源，控制地下水開發(fā)利用，以其他水資源代替地下水資源。廣種植被，增加地下水補給量，確保地下水采補相對平衡。工程建設中采取工程措施降低地面沉降風險，如加強軟基加固處理等。

4.4 監(jiān)測預警網

進一步健全地面沉降監(jiān)測網，優(yōu)化地面沉降監(jiān)測預警體系，及時掌握沉降趨勢、地下水動態(tài)，為相關政府部門的管理和決策提供科學依據。

5 結論

(1)研究區(qū)由于其特殊的地質、地理演化機制，沉積了厚數米至幾十米不等的軟弱土層，為區(qū)內地面沉降產生和發(fā)展提供物質基礎。在自然因素和超采地下水、工程活動等人為因素的共同作用下，地面沉降現象十分普遍，局部危害嚴重。

(2)根據研究區(qū)區(qū)域地質、水文地質條件和地面沉降現狀條件，分析地面沉降影響因素，構建風險評價體系，選取軟弱類土厚度、工程建設密度、地下水開發(fā)利用強度、人口密度、工程重要性、年沉降量、累計沉降量等指標，進行易發(fā)性、易損性和現狀評價，在此基礎上開展地面沉降風險綜合評價。

(3)評價結果表明：研究區(qū)以中風險區(qū)為主，低風險區(qū)較少，高風險區(qū)最少，呈低風險區(qū)分布于基巖周邊，中等風險區(qū)包圍高風險區(qū)的趨勢。根據研究結果，從宣傳、規(guī)劃、防范和治理、監(jiān)測預警等方面提出防治措施。

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Risk evaluation of ground subsidence in typical land subsidence zones of Zhuhai-Tanzhou area

DUAN Mei
(TheFourthGeologyofGuangdongGeologicalBureau,Zhanjiang,Guangdong524049,China)

As the most typical zones of land subsidence in the pearl River Delta，base on geological and hydro-geological conditions and the current characteristic of land subsidence，formation mechanism of ground subsidence and the main factors were analyzed.Through selective preference for the evaluating indicators in the system，an indicator system of risk evaluation on land subsidence was established according to the practical situation in the areas alongZhuhai-Tanzhou.Based on the evaluation of susceptibility ，hazard vulnerability and current status of ground subsidence, the ground subsidence risk was evaluated with MAPGIS tools.The research could provide a scientific basis for the disasters prevention policy-making of Zhuhai-tanzhou area.

land subsidence; susceptibility; hazard vulnerability; risk evaluation;Zhuhai-tanzhou area

2016-09-30;

2016-12-08

中國地質調查項目：珠江三角洲地區(qū)地面沉降調查(水[2013]02-025-018)

段 梅(1985-)，女，云南建水人，環(huán)境工程專業(yè)，工程師，主要從事水文、工程和環(huán)境地質調查工作。E-mail：41548316@qq.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.02.09

P642.26

A

1003-8035(2017)02-0069-09