線性工程地下水開(kāi)采誘發(fā)地面沉降風(fēng)險(xiǎn)研究

賈 超，姚 越，楊 霄，張 曉 偉

(1.山東大學(xué) 海洋研究院，山東 青島 266232； 2.青島市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山東 青島 266100； 3.濟(jì)寧新城自來(lái)水有限公司，山東 濟(jì)寧 272000)

0 引 言

隨著近年來(lái)中國(guó)高速鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展，高鐵已日漸融入到現(xiàn)代人民的生活當(dāng)中。而地面沉降是高速鐵路建設(shè)所面臨的一大問(wèn)題，地面的不均勻沉降會(huì)導(dǎo)致高鐵軌道線路不平順，嚴(yán)重影響高速列車的安全運(yùn)營(yíng)和舒適度，甚至形成災(zāi)害[1]。隨著中國(guó)鐵路網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)，不少擬建高速鐵路須穿越一些地面沉降發(fā)育較強(qiáng)烈的區(qū)域，由于高速鐵路對(duì)路基的穩(wěn)定性和軌道的平順性要求較高，為了確保高鐵的安全、舒適，有必要在高鐵線路規(guī)劃期間進(jìn)行地面沉降的準(zhǔn)確評(píng)估和嚴(yán)格控制。地面沉降的危險(xiǎn)性評(píng)估是鐵路規(guī)劃的重要決策因素，在高鐵的選址和建設(shè)期間有助于指導(dǎo)進(jìn)行更好的風(fēng)險(xiǎn)管理和緩解措施。

地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)估是指在各種外界因素影響下，評(píng)估研究區(qū)地面沉降發(fā)生的可能性及程度，其已經(jīng)成為地面沉降研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外不同的專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，如Rafie等[2]在進(jìn)行沉降危險(xiǎn)性評(píng)估時(shí)嘗試采取試錯(cuò)模型以及影響分析法結(jié)合進(jìn)行評(píng)估。劉凱斯等[3]采用PS-InSAR技術(shù)分析地面沉降的空間分布特征，并結(jié)合信息熵-網(wǎng)絡(luò)模型開(kāi)展地面沉降引發(fā)的地鐵運(yùn)營(yíng)危險(xiǎn)性分析。劉德成等[4]利用MAPGIS空間分析法對(duì)通州區(qū)地面沉降災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。王寒梅[5]基于上海地面沉降長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，應(yīng)用層次分析法對(duì)上海市地面沉降進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及區(qū)劃，并提出各分區(qū)控制風(fēng)險(xiǎn)的管理對(duì)策。以上研究對(duì)于地面沉降的防控具有重要的推動(dòng)作用，但當(dāng)前國(guó)內(nèi)外有關(guān)地面沉降的研究多集中在區(qū)域性、大面積范圍內(nèi)的沉降，對(duì)線性工程方面的研究相對(duì)較少。層次分析法是地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)比較常用的方法，但由于建設(shè)工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)具有模糊性，且利用層次分析法分析判斷矩陣是否具有一致性比較困難[6]，因此多采用改進(jìn)后的模糊層次分析法(FAHP)進(jìn)行地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。FAHP在確定單目標(biāo)分級(jí)上更顯出靈活性，既解決了判斷矩陣的一致性問(wèn)題，也解決了解的收斂速度和精度問(wèn)題，以此求得與實(shí)際相符的排序向量。

津?yàn)H鐵路是一條既承擔(dān)山東半島路網(wǎng)中長(zhǎng)途旅客運(yùn)輸，同時(shí)又能滿足山東半島各地城際旅客需求的重要客運(yùn)鐵路。受區(qū)域性地下水開(kāi)采影響，擬建線路兩側(cè)發(fā)生了較強(qiáng)烈的地面沉降。本次研究以津?yàn)H高鐵沿線為例，基于地理信息系統(tǒng)(GIS)，采用災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估法和改進(jìn)的層次分析法(FAHP)綜合評(píng)估高鐵沿線的地面沉降危險(xiǎn)性，并提出具有針對(duì)性的防控措施。研究對(duì)擬建津?yàn)H鐵路工程的建設(shè)和沉降防治規(guī)劃提供一定的科學(xué)指導(dǎo)和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于東營(yíng)市城區(qū)以南、濰坊西北地區(qū)，北至支脈河，東到萊州灣，南至壽光市，主要包括東營(yíng)區(qū)、廣饒縣、壽光市、寒亭區(qū)部分區(qū)域(見(jiàn)圖1)，面積約3 100 km2，其中重點(diǎn)研究區(qū)域(擬建鐵路沿線兩側(cè)寬度4km)面積約300 km2。全區(qū)為第四系覆蓋，由一套疏松的河湖相、濱海相、海相及山前沖洪積相沉積物組成，厚度50～250 m，以發(fā)育巨厚的新生界為特征。區(qū)域含水層主要包括潛層微承壓含水層、中層鹵水含水層和深層淡水含水層，含水層厚度由南向北逐漸遞減。且北部鹵水資源豐富，鹽田和養(yǎng)殖大棚分布廣泛。地勢(shì)是東部高西部低，高程范圍為0～113 m，由陸地向渤海灣傾斜，屬魯北堆積平原。研究區(qū)多年平均降水量577.62 mm，年際變化大，最大968.1 mm(1990年)，最小為327.0 mm(2000年)，相差641.1 mm。

圖1 研究區(qū)及監(jiān)測(cè)井位置

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文利用歐空局Sentinel-1的高分辨率SAR圖像數(shù)據(jù)，對(duì)津?yàn)H高速鐵路的地面沉降進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析。Sentinel-1衛(wèi)星攜帶C波段SAR儀器，每6 d或12 d提供一次地球表面的全天候、晝夜圖像。其使用復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集程序，通過(guò)逐行掃描的成像模式對(duì)地形進(jìn)行觀測(cè)，分辨率為15 m。數(shù)字高程模型(DEM)來(lái)源于NASA的30 m分辨率SRTM DEM數(shù)據(jù)，被用于消除衛(wèi)星干涉圖中地形相位的影響。

研究區(qū)內(nèi)57口地下水監(jiān)測(cè)井的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于計(jì)算水位降深，由山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站提供。土地利用數(shù)據(jù)被用于鐵路沿線的土地分析與規(guī)劃，其來(lái)源于中科院地理信息云平臺(tái)與實(shí)地調(diào)查的結(jié)合，并且與DEM數(shù)據(jù)具有相同的空間尺度和分辨率。

2.2 分析方法

2.2.1沉降量計(jì)算方法

干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)是一種微波遙感方法，可以在空間和時(shí)間的基礎(chǔ)上監(jiān)測(cè)地球表面的變形情況[7-8]。津?yàn)H高鐵的地面沉降圖基于Sentinel-1雷達(dá)影像和DEM數(shù)據(jù)，采用SBAS-InSAR處理技術(shù)獲取鐵路沿線的地面沉降信息。其基本原理為通過(guò)分析一對(duì)在不同時(shí)間從相同的軌道位置獲取的兩幅SAR圖像來(lái)生成干涉圖，然后將兩次采集獲得的相位差轉(zhuǎn)換為沿衛(wèi)星視線(LOS)的地表位移[9-10]，最后基于GIS系統(tǒng)計(jì)算累計(jì)沉降量和沉降坡度。其采用的公式如下。

δφi(x，r)=φB(x，r)-φA(x，r)

(1)

式中：φi(x，r)為像元(x，r)處的干涉相位；φA(x，r)，φB(x，r)分別為tA，tB時(shí)刻像元(x，r)的干涉相位；λ為雷達(dá)波長(zhǎng)；d(tA，x，r)，d(tB，x，r)分別為tA，tB時(shí)刻相對(duì)于參考時(shí)刻t0的雷達(dá)實(shí)線方向的地表形變量。

(2)用兩幅SAR影像之間的平均相位速率來(lái)代替相位值，即：

(2)

則第i幅干涉圖的干涉相位可表示為

(3)

式中：Mi，Si分別為第i個(gè)干涉圖像對(duì)應(yīng)的主從影像獲取時(shí)刻；vk表示k時(shí)刻對(duì)應(yīng)像元的形變速率。矩陣形式表示為

Bv=δ

(4)

式中：B為M×N的系數(shù)矩陣。若M≥N，則B為滿秩，可用最小二乘法求解形變速率；若M

2.2.2危險(xiǎn)性評(píng)估方法

本次地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)選取地面沉降嚴(yán)重性、沉降坡度和地下水位降深作為主要評(píng)價(jià)因子，基于GIS平臺(tái)，結(jié)合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、模糊層次分析法確定風(fēng)險(xiǎn)因子及其權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而應(yīng)用綜合評(píng)價(jià)法對(duì)擬建鐵路兩側(cè)一定范圍內(nèi)的區(qū)域按地面沉降危險(xiǎn)性做出分區(qū)，最后進(jìn)行方案評(píng)估。具體方法如下：

(1)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法。地面沉降危險(xiǎn)性是指在各種外界因素影響下，某一地區(qū)在某段時(shí)間內(nèi)發(fā)生地面沉降的可能性及程度，主要用地質(zhì)地貌條件、人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、災(zāi)害防控措施等地面沉降的動(dòng)力條件指標(biāo)來(lái)表征。對(duì)于高速鐵路這種線狀工程來(lái)說(shuō)，地面沉降危險(xiǎn)性主要表現(xiàn)在沿線累計(jì)沉降量，沉降速率和沉降坡度這幾方面[11-12]，尤其是鐵路沿線沉降坡度不能太大。當(dāng)初始沉降量為0時(shí)，累計(jì)沉降量與沉降速率存在確定的數(shù)量關(guān)系，可將其統(tǒng)稱為地面沉降嚴(yán)重性[13]。通常情況下，地面累計(jì)沉降量越大，地面沉降速率越大，說(shuō)明地面沉降活動(dòng)性越強(qiáng)，危險(xiǎn)性越大。其次是沿線地下水水位的變化，地下水開(kāi)采量大的地方水位降深也比較大，地面沉降發(fā)展趨勢(shì)也就越大[12]。因此，津?yàn)H高鐵沿線地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)程度主要取決于3個(gè)因素：地面沉降嚴(yán)重性、沉降坡度和地下水位降深。根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，定量化的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可表示如下：

DR=f(S，G，D)

(5)

式中：DR表示風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；S為地面沉降嚴(yán)重性；G為地面沉降坡度；D為地下水位降深。

(2)模糊層次分析法(FAHP)。模糊層次分析法(FAHP)是將層次分析法(AHP)和模糊綜合評(píng)價(jià)法結(jié)合的一種評(píng)價(jià)方法，它克服了AHP判斷矩陣一致性的檢驗(yàn)-調(diào)整-再檢驗(yàn)這一復(fù)雜過(guò)程[5]。FAHP在確定單目標(biāo)分級(jí)上更顯出靈活性，通過(guò)構(gòu)建各因子對(duì)地面沉降災(zāi)害的隸屬度函數(shù)可以使得分級(jí)的界線發(fā)生模糊。既解決了判斷矩陣的一致性問(wèn)題，也解決了解的收斂速度和精度問(wèn)題，以此求得與實(shí)際相符的排序向量，因此可用于確定地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子權(quán)重，具體流程如下[14-15]。

首先，建立模糊一致判斷矩陣。模糊一致判斷矩陣表示兩兩元素之間的相對(duì)重要性，一般采用0.1～0.9數(shù)量標(biāo)度(見(jiàn)表1)賦值進(jìn)行定量描述。

表1 FAHP標(biāo)度

有了上面的數(shù)字標(biāo)度之后，對(duì)于元素A1，A2，…，An進(jìn)行兩兩比較，以確定各因子之間的優(yōu)先次序，可得到如下模糊一致判斷矩陣：

(6)

其次，采用模糊一致判斷矩陣的排序并進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。

目前，對(duì)于模糊一致判斷矩陣的排序主要有方根法、按行求和歸一化法以及根據(jù)模糊一致判斷矩陣的元素與權(quán)重的關(guān)系式給出的排序法3種方法[16]。由于根據(jù)模糊一致判斷矩陣的元素與權(quán)重的關(guān)系式給出的排序分辨率最高，且具備可靠的理論基礎(chǔ)，本文采取此方法來(lái)計(jì)算權(quán)重，有利于提高決策的科學(xué)性，避免決策失誤。計(jì)算公式為

(7)

(3)綜合評(píng)價(jià)。綜合評(píng)價(jià)法是一種處理多指標(biāo)共同影響某一評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)方法，將各指標(biāo)通過(guò)加權(quán)求和計(jì)算出該評(píng)價(jià)對(duì)象的總體分?jǐn)?shù)。計(jì)算公式為

(8)

式中：DR為危險(xiǎn)性綜合指數(shù)值；wi為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；Bi為各評(píng)價(jià)因子對(duì)應(yīng)的分值；n為評(píng)價(jià)因子總數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 研究區(qū)地面沉降量

基于SBAS-InSAR方法得到的研究區(qū)2016～2020年地面沉降分布如圖2所示。研究區(qū)地面沉降發(fā)育較為嚴(yán)重的地區(qū)主要出現(xiàn)在丁莊鎮(zhèn)、大馬頭-牛頭鎮(zhèn)-臥鋪鄉(xiāng)、北洛鎮(zhèn)-寒橋鎮(zhèn)、留呂鄉(xiāng)北部3～4 km等區(qū)域，最大沉降量達(dá)到270～300 mm，出現(xiàn)在擬建鐵路DK313～DK323沿線2～5 km處。研究區(qū)中部主要發(fā)育大馬頭-牛頭鎮(zhèn)沉降區(qū)和牛頭鎮(zhèn)-臥鋪鄉(xiāng)沉降區(qū)，并且具有連成一片的趨勢(shì)。研究區(qū)北部地面沉降較嚴(yán)重的區(qū)域位于丁莊鎮(zhèn)周圍，沉降量可達(dá)210～240 mm。研究區(qū)南部主要為北洛鎮(zhèn)-寒橋鎮(zhèn)沉降區(qū)，累積沉降量達(dá)240～270 mm。

圖2 研究區(qū)地面沉降量

3.2 單目標(biāo)因子評(píng)估

3.2.1危險(xiǎn)性因子權(quán)重的確定

隸屬度是對(duì)地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子去量綱的過(guò)程，使評(píng)價(jià)因子之間具有可比性[17]。本文研究的評(píng)價(jià)因子為定性因子，主要依據(jù)野外調(diào)查及前人研究資料，按照0.1～0.9數(shù)量標(biāo)度將隸屬度進(jìn)行定性賦值，進(jìn)而構(gòu)建模糊一致判斷矩陣(見(jiàn)表2)。

表2 模糊一致性矩陣

依據(jù)上表可得模糊一致判斷矩陣：

(9)

根據(jù)模糊一致判斷矩陣R及公式(7)計(jì)算各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重(見(jiàn)表3)。由表3可知，地面沉降坡度對(duì)研究區(qū)地面沉降危險(xiǎn)性貢獻(xiàn)度最高，其次是地面沉降嚴(yán)重性，地下水位降深的權(quán)重值最低。

表3 各評(píng)價(jià)因子計(jì)算權(quán)重

3.2.2各評(píng)價(jià)因子的評(píng)估

在對(duì)地面沉降危險(xiǎn)性應(yīng)用綜合分析法作出評(píng)價(jià)之前，首先要對(duì)每個(gè)影響因子控制下的地面沉降危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)處理，并為每個(gè)分區(qū)賦值，賦值越大說(shuō)明危險(xiǎn)性越高。

(1)地面沉降嚴(yán)重性評(píng)估。依據(jù)研究區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)得到的鐵路沿線累計(jì)沉降值和沉降速率的情況，結(jié)合GB/T40112-2021《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估規(guī)范》[18]將擬建鐵路沿線約4 km范圍內(nèi)的區(qū)域劃分為地面沉降一般、較嚴(yán)重、嚴(yán)重3個(gè)區(qū)域(見(jiàn)表4和圖3)。擬建鐵路主要穿越沉降嚴(yán)重性一般區(qū)及較嚴(yán)重區(qū)，年均沉降速率小于50 mm，占研究區(qū)總面積的94.96%；擬建鐵路無(wú)里程段穿越沉降嚴(yán)重區(qū)。

表4 地面沉降嚴(yán)重性分區(qū)

圖3 地面沉降嚴(yán)重性分區(qū)

(2)地面沉降坡度評(píng)估。地面沉降坡度的變化對(duì)鐵路建成后的運(yùn)營(yíng)影響較大，據(jù)TB10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[19]及研究區(qū)坡度發(fā)展趨勢(shì)，采用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將研究區(qū)劃分為地面沉降坡度大、坡度中、坡度小3個(gè)區(qū)域(見(jiàn)表5和圖4)。其中，研究區(qū)大部分處于地面沉降坡度小的區(qū)域，占研究區(qū)總面積的67.57%，沉降坡度在0～0.033‰；沉降坡度中等區(qū)域占研究區(qū)總面積的27.58%，沉降坡度在0.033‰～0.083‰；坡度大的區(qū)域占研究區(qū)總面積的4.85%，沉降坡度在0.083‰～0.299‰之間。擬建鐵路DK302～DK311、DK315～DK317、DK327～DK329段穿越沉降坡度中等區(qū)，其余部分均穿越沉降坡度小的區(qū)域。

表5 地面沉降坡度分區(qū)

圖4 地面沉降坡度分區(qū)

(3)地下水位降深評(píng)估。松散地層的存在及豐富的地下水資源是地面沉降的基礎(chǔ)，而地下水的開(kāi)采利用則會(huì)引發(fā)地面沉降[20]。研究區(qū)內(nèi)淺層深層地下水均有開(kāi)采，不同開(kāi)采區(qū)域開(kāi)采層位差距較大，依據(jù)2016～2020年地下水水位變幅和地下水開(kāi)采強(qiáng)度，分區(qū)時(shí)為使各個(gè)類之間的差異最大化，采用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法[15]將研究區(qū)劃分為水位影響較小、影響中等和影響較大3個(gè)區(qū)域(見(jiàn)表6和圖5)。結(jié)合圖2可知，研究區(qū)內(nèi)地下水位較低處與地面沉降較嚴(yán)重區(qū)位置基本一致。擬建鐵路DK285～DK311、DK315～DK317、DK319～DK323段穿越水位降深較大區(qū)，水位降深在11.05～16.38 m之間，占研究區(qū)總面積的37.15%。

表6 地下水位降深分區(qū)

圖5 地下水位降深分區(qū)

3.3 地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及分析

運(yùn)用ArcGIS空間分析工具，對(duì)各個(gè)影響因子進(jìn)行歸一化處理，消除數(shù)據(jù)之間性質(zhì)與量綱不同的影響，然后采用綜合評(píng)價(jià)法對(duì)地面沉降嚴(yán)重性分區(qū)圖、地面沉降坡度分區(qū)圖、水位降深分區(qū)圖這3個(gè)單目標(biāo)分區(qū)矢量圖進(jìn)行加權(quán)疊加并按危險(xiǎn)性等級(jí)分為4個(gè)區(qū)，分別為Ⅰ區(qū)(輕微區(qū))、Ⅱ區(qū)(一般區(qū))、Ⅲ區(qū)(較嚴(yán)重區(qū))、Ⅳ區(qū)(嚴(yán)重區(qū))。詳細(xì)結(jié)果如表7和圖6所示。

表7 地面沉降危險(xiǎn)性等級(jí)分區(qū)

圖6 研究區(qū)危險(xiǎn)性分區(qū)

根據(jù)不同分區(qū)與擬建鐵路的關(guān)系將其特征描述如下：

Ⅰ區(qū)(輕微區(qū))，擬建鐵路DK311～DK315、DK323～DK327、DK331～DK353段均穿越Ⅰ區(qū)。該區(qū)地面沉降累計(jì)值保持在70 mm以下，坡度變化不大，區(qū)域多處于潛水微承壓含水層開(kāi)采區(qū)，地下水降幅不大，危險(xiǎn)性最小，地面沉降一般不會(huì)造成破壞影響。

Ⅱ區(qū)(一般區(qū))，擬建鐵路DK285～DK295、DK315～DK323、DK327～DK329段穿越Ⅱ區(qū)。該區(qū)地面沉降累計(jì)值在70～130 mm左右，坡度變化一般，北部處于鹵水開(kāi)采區(qū)，中部處于200～300 m農(nóng)田開(kāi)采區(qū)，承壓含水層水位降幅較大，危險(xiǎn)性一般。建議該區(qū)合理安排建設(shè)地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，注意沉降異常加快區(qū)域，提前做好相應(yīng)的防治工作。

Ⅲ區(qū)(較嚴(yán)重區(qū))，擬建鐵路其余里程段穿越該區(qū)，且DK285～DK295距離Ⅲ區(qū)較近。該處地面沉降累計(jì)值在130～150 mm之間，DK302～DK309跨越零星開(kāi)采區(qū)與農(nóng)田開(kāi)采區(qū)，沉降坡度變化較大，比較危險(xiǎn)。建議開(kāi)展該區(qū)域地面沉降監(jiān)測(cè)及水位觀測(cè)，嚴(yán)格限制地下水的開(kāi)采。

Ⅳ區(qū)(嚴(yán)重區(qū))，擬建鐵路無(wú)里程段穿越該區(qū)，主要分布在DK285～DK293東側(cè)2 km廣北農(nóng)場(chǎng)附近和DK315～DK325兩側(cè)1.5～3.0 km處，研究區(qū)南部有零星分布。該區(qū)累計(jì)沉降值在150～300 mm之間，坡度變化較強(qiáng)，若加劇該區(qū)地下水開(kāi)采可能會(huì)引起較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。

研究區(qū)的土地利用類型有草地、林地、水庫(kù)、旱地、村莊等，如圖7所示。結(jié)合實(shí)地調(diào)查和地面沉降的危險(xiǎn)性評(píng)估，分析認(rèn)為擬建鐵路選址主要分布在旱地上，整體選址較為合理，大部分里程段具有較小的地面沉降危險(xiǎn)性。區(qū)域內(nèi)北部DK285～DK295段和DK302～DK309段處在較嚴(yán)重危險(xiǎn)性500 m范圍內(nèi)，該區(qū)域主要是鹵水資源豐富，同時(shí)存在較多的農(nóng)場(chǎng)及大棚種植活動(dòng)，因此開(kāi)采量較大，危險(xiǎn)性較高。此外，盡管DK315～DK325附近有一沼澤地，但其兩側(cè)1～3 km處仍然具有較高的地下水位降深和較大的地面沉降量，表明了居民地下水開(kāi)采的不合理。在中部地區(qū)沿線經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得存在較多建設(shè)用地，旱地與建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換，以及鐵路工程的建設(shè)會(huì)使得地面荷載有所增加[21-22]，同時(shí)不透水地面阻礙了大氣降水的入滲，影響地下水的補(bǔ)給，地面沉降危險(xiǎn)性也會(huì)有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。

圖7 沿線土地利用類型情況

4 結(jié) 論

(1)本文基于地理信息系統(tǒng)，將災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估法、模糊層次分析法和綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，構(gòu)建了重大線性工程沿線的地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)估理論體系。通過(guò)實(shí)地調(diào)查，在充分考慮研究區(qū)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，確定了線性工程沿線地面沉降危害性評(píng)估的主要因子分別為地面沉降嚴(yán)重性、沉降坡度和地下水位降深。在GIS系統(tǒng)中，結(jié)合多目標(biāo)準(zhǔn)則決策的疊加分析建立了線性工程沿線地面沉降危害性評(píng)估模型。

(2)研究在單目標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)多源數(shù)據(jù)的疊加分析將津?yàn)H鐵路沿線的危險(xiǎn)等級(jí)劃分為4個(gè)區(qū)域，分別為Ⅰ區(qū)(輕微區(qū))、Ⅱ區(qū)(一般區(qū))、Ⅲ區(qū)(較嚴(yán)重區(qū))、Ⅳ區(qū)(嚴(yán)重區(qū))。各區(qū)域?qū)?yīng)的占比分別為42.37%(Ⅰ區(qū))、32.27%(Ⅱ區(qū))、17.37%(Ⅲ區(qū))、8.00%(Ⅳ區(qū))。

(3)根據(jù)實(shí)地調(diào)查和區(qū)域土地利用類型的分布，擬建鐵路大部分里程分布于Ⅰ區(qū)(輕微區(qū))和Ⅱ區(qū)(一般區(qū))，表明了鐵路選址具有較好的適宜性和可控性。其中，Ⅰ區(qū)處于潛層微承壓含水層，地下水開(kāi)發(fā)利用程度較小；Ⅱ區(qū)受大棚和農(nóng)田用水的影響，地下水開(kāi)采強(qiáng)度較高。此外，仍有部分里程段如DK285～DK295和DK302～DK309段靠近或處在較嚴(yán)重區(qū)，其地面沉降量最高值達(dá)150 mm，沉降坡度也較大，因此具有較高的危險(xiǎn)性。綜合考慮地面沉降危險(xiǎn)性及區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，建議對(duì)這兩段鐵路沿線500 m范圍內(nèi)實(shí)施禁采或限制開(kāi)采地下水。