地面沉降风险评价与管理技术方法
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发布时间：2022-04-23 15:29
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时间：2023-10-08 14:25
一、内容概述
1.建立风险评价指标体系
地面沉降地质灾害风险程度主要取决于地面沉降发生的危险性及承灾体的易损性两方面。结合灾害本身的特点及承灾体对地面沉降敏感性程度等特征，可构建大区域地面沉降灾害的风险评价指标体系，并可用于实际量化统计。
2.地面沉降危险性评价
1）先对危险性各个单项指标进行评价，在各类单要素评价基础上，建立相关的模型，进行综合评价。
2）改进的模糊层次分析法综合评价模型：
地质灾害防治技术方法
式中：H危险性为地质灾害危险性评价指数；Wi为权重；Nj为各因素指数。
3）基于GIS技术进行地面沉降危险性评价分区。
3.地面沉降易损性评价
1）获取基于行政单元（市辖区、县）的地面沉降承灾体具体数据，用社会经济统计指标表征区域易损性。
2）建立易损性评价的模糊综合评判模型。
4.地面沉降风险评价
1）对危险性分区和易损性分区进行等级量化。等级的取值范围在［0，1］之间，具体划分为很低、较低、中等、较高、很高5个等级，其中危险等级与易损等级对应的量值范围为［0，0.2］、或为（0.2，0.4］、（0.4，0.6］、（0.6，0.8］、（0.8，1.0］5个级别，
2）进行风险度计算，即风险度（R）＝危险等级（H）×易损等级（V）。
3）基于GIS技术进行风险等级划分。风险等级对应的量值范围为［0，0.04］、（0.04，0.16］、（0.16，0.36］、（0.36，0.64］、（0.64，1.0］5个级别。
5.地面沉降风险管理
（1）地面沉降防治管理区划
以地面沉降风险评价结果为基础，开展地面沉降防治管理区划。
（2）地面沉降防治管理区建设方案
研究制定不同管理区的地面沉降控制目标，针对地面沉降现状和影响因素，采取分类管理措施和分类管理办法。
二、应用范围及应用实例
（一）应用范围
应用于区域地面沉降的防治管理。
（二）应用实例——上海市地面沉降风险评价与管理
1.建立地面沉降风险评价指标体系
依据地面沉降发育机理、孕育条件、监测成果等因素，上海地区选取地面沉降易发程度、历史灾害强度、预测沉降速率、地势高程作为地面沉降危险性评价的指标。地面沉降易损性指标主要考虑社会经济统计类指标（人口密度、单位面积GDP、单位面积建设用地比重等）、受地面沉降影响明显的线性基础设施（防汛墙长度、轨道交通密度、供水管密度、高架桥道路密度）、地区以往单位面积减灾防护的投入（监测与防治设施）等（图1）。
图1 地面沉降风险评价指标体系
2.地面沉降危险性评价
（1）地面沉降易发程度评价
以上海地区第四纪松散层分布厚度、土层力学性质及其空间分布规律、含水层发育个数、含水层富水性、浅部土层主要压缩层发育情况等因素为主要条件，开展地面沉降易发区评价。将全区划分为地面沉降高易发区、较高易发区、中等易发区、较低易发区、低易发区等5个级别（图2）。
（2）地面沉降历史灾害强度评价
根据监测资料和研究程度，本次分析了1921～2006年间上海市地面沉降发育的分布状况，并在对各区造成的危害及经济损失进行综合评价的基础上，进行地面沉降历史灾害强度分区，共分为5个区（图3）。
（3）地面沉降预测沉降速率评价
应用三维地下水渗流-一维地面沉降非线性耦合数学模型对地面沉降进行预测，对预测至2020年的预测结果进行分区，共划分为5个区（图4）。
图2 上海市地面沉降易发程度分区图
（4）地势高程评价
地势高程对地面沉降危险性评价的影响主要体现在安全高程的损失，依据2006年上海市实测的地势数据，将上海市现有地势高程划分为低地势区、较低地势区、中地势区、较高地势区、高地势区5个区（图5）。
（5）地面沉降危险性综合评价分区
利用改进的模糊层次分析模型对危险性各要素评价结果进行综合评价，得到地面沉降危险性综合评价分区图（图6），结果显示上海主要处于地面沉降危险性中等区，危险性高区主要分布于中心城区及与江浙两省交界的嘉定、金山局部地区。
3.进行地面沉降易损性评价
（1）人口密度评价
人口密度越大，城市化程度越高，面临的易损性风险越大。根据上海的实际情况，将人口密度划分为5个等级（图7）。
（2）单位面积GDP评价
单位面积GDP反映的是城市的经济发展水平，单位面积GDP越大，面临的易损性风险越大。根据上海的实际情况，将单位面积GDP划分为5个等级（图8）。
（3）单位面积建设用地比重评价
单位面积建设用地所占比重反映房屋建筑、公益设施规模等。比重越大，面临的易损性风险越大。根据上海的实际情况，将单位面积建设用地比重划分为5个等级（图9）。
图3 上海市地面沉降历史灾害强度分区图
图4 上海市地面沉降预测沉降速率分区图
图5 上海市地面高程分区图
图6 上海市地面沉降危险性综合评价图
图7 上海市人口密度分区图
图8 上海市单位面积GDP 分区图
图9 上海市单位面积建设用地比重分区图
（4）单位面积减灾防护投入评价
单位面积减灾防护投入越大，面临的易损性风险越小。根据上海地面沉降减灾防护设施投入的实际情况，将单位面积减灾防护投入划分为5个等级（图10）。
（5）供水管密度评价
供水管密度越大，面临的易损性风险越大。根据上海市供水管密度的实际情况，将供水管密度划分为5个等级（图11）。
（6）轨道交通密度评价
轨道交通密度越大，面临的易损性风险越大。根据上海轨道交通密度的实际情况，将轨道交通密度划分为5个等级（图12）。
（7）高架道路密度评价
高架道路密度越大，面临的易损性风险越大。根据上海高架道路密度的实际情况，将高架道路密度划分为5个等级（图13）。
（8）地面沉降易损性综合评价
利用模糊综合评判模型对易损性各要素评价结果进行综合评价，得到地面沉降易损性评价分区图（图14）。从评价结果看，以中心城区为代表的经济最发达区同时也是地面沉降程度最为严重的地区，易损性最为严重；原浦东新区地面沉降比较严重的地区，同时单位面积GDP、建设用地比重以及市政设施密度都比较大，为较高易损性区；宝山区和闵行区为较中等易损性区；松江区、原南汇区、嘉定区3个区，单位面积建设用地比重处于中等，人口密度、单位面积GDP以及市政设施密度较小，受到地面沉降危害程度较小，为较低易损性区；奉贤区、崇明县、金山区、青浦区4个区，人口密度、单位面积GDP以及市政设施密度都小，受到地面沉降的危害程度小，归为低易损性区。
图10 上海市单位面积减灾防护投入分区图
图11 上海市供水管密度分区图
图12 上海市轨道交通密度分区图
图13 上海市高架道路密度分区图
图14 上海市地面沉降易损性评价图
4.地面沉降风险评价
在上述地面沉降危险性及易损性评价基础上采用风险度（R）＝危险等级（H）×易损等级 V）进行地面沉降风险评价。地面沉降风险评价结果如图15所示，综合该结果可以看出，上海市地面沉降风险程度在空间上的分布特征为：以中心城区为中心形成地面沉降的*体系，即中心城区基本处于地面沉降风险高区，近郊区处于地面沉降风险较高至中等区，郊区处于地面沉降风险较低区。
5.地面沉降风险管理
（1）地面沉降防治管理区划
遵循地面沉降风险存在的客观性、风险管理的差异性、风险管理与防治主体的一致性等原则，依据地面沉降风险评价成果，进行地面沉降风险管理区划，共分为3个大区，即地面沉降重点防治区、地面沉降次重点防治区、地面沉降一般防治区（图16）。
（2）地面沉降防治分区管理方案
A.地面沉降重点防治区（Ⅰ区）
图15 上海市地面沉降风险评价图
地面沉降重点防治Ⅰ1区：
控制目标：至2015年末，年均地面沉降量控制在7mm以内，第四系承压含水层地下水位恢复至-12m以上，进一步降低差异地面沉降影响。
主要措施：进一步严格地下水采灌管理，开展工程性地面沉降防治试验研究，实施浅层第一承压含水层地下水专门回灌；推进轨道交通、黄浦江防汛墙等生命线工程地面沉降监测与预警机制建设。
地面沉降重点防治Ⅰ2区：
控制目标：至2015年末，年均地面沉降量控制在10mm以内，稳步抬升地下水位，减少地下水开发对区域地面沉降的影响，努力缓解差异地面沉降的影响。
主要措施：着力加强区域地面沉降防治，压缩地下水开采量，进一步增加人工回灌规模；加强深基坑等工程建设活动引发的地面沉降监测与管理；完善大虹桥地区及浦东周浦、航头地区地面沉降监测网络；加强区内地铁、磁悬浮、海塘等生命线工程地面沉降监测。
B.地面沉降次重点防治区（Ⅱ区）
控制目标：至2015年末，年均地面沉降量控制在6mm以内，基本消除生命线工程沿线的地下水位漏斗。
主要措施：进一步优化区域地下水采灌格局，加强高速铁路等工程沿线地下水开发管理；加强重点区域地面沉降监测网络建设。
C.地面沉降一般防治区（Ⅲ区）
图16 上海市地面沉降风险防治分区管理规划布局图
控制目标：至2015年末，年均地面沉降量控制在5mm以内，积极消除由区内地下水开采形成的地下水位漏斗。
主要措施：进一步优化区域地下水采灌格局，加强长江三角洲区域地面沉降防治联动机制建设；完善区内以轨道交通、海塘为主的生命线工程监测网络建设。
三、推广转化方式
地面沉降风险评价与管理技术方法可通过宣传报道和会议交流进行推广。
技术依托单位：上海市地质调查研究院
联系人：方正
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