冀東平原地面沉降影響因素及易發(fā)性評(píng)價(jià)

汪洋　單強(qiáng)　馬丙太　王錦彪　王穎　董明奇

摘要：為了解冀東平原地區(qū)地面沉降機(jī)理，揭示誘發(fā)地面沉降的主要影響因素，以唐山市平原區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)分析研究區(qū)地面沉降現(xiàn)狀、第四系地層性質(zhì)及地下水位埋深等因素，系統(tǒng)解釋了引起地面沉降的主要因素，并借助綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法進(jìn)行了地面沉降易發(fā)性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：① 研究區(qū)地面沉降自北向南逐漸增強(qiáng)，沉降嚴(yán)重地區(qū)分布于沿海地帶；研究區(qū)地面沉降高易發(fā)區(qū)面積1 859.74 km2，占比為22.30%，中易發(fā)區(qū)面積為2 699.34 km2，占比為32.36%，低易發(fā)區(qū)面積3 781.92 km2，占比為45.34%。② 影響地面沉降的內(nèi)部因素為第四系地層厚度、地下水主要開采層黏性土厚度，外部影響因素為淺層、深層地下水位埋深。研究成果可為提高地面沉降災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與預(yù)警能力提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：地面沉降； 綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法； 易發(fā)性評(píng)價(jià)； 冀東平原； 唐山市平原區(qū)

中圖法分類號(hào)： P694

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.04.021

0 引 言

冀東平原地處京津冀城市群和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，地下水長(zhǎng)期過(guò)量開采，冀東平原區(qū)發(fā)生了不同程度的地面沉降，唐山沿海地區(qū)尤為典型和突出［1-2］。地面沉降造成地面高程降低、城市堤壩防洪能力降低、建筑基礎(chǔ)下沉、城區(qū)內(nèi)澇積水，加劇沿海地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害；引起河床下沉，南水北調(diào)等水利工程輸水能力降低；導(dǎo)致井管抬升，甚至影響采油采水井的使用；地面不均勻沉降還造成墻體開裂和市政管道斷裂，乃至影響高速鐵路、曹妃甸新區(qū)等區(qū)域重大工程的安全［1-3］。

地面沉降是一種緩變性的地質(zhì)災(zāi)害，具有難恢復(fù)性特點(diǎn)［4］。地面沉降的誘發(fā)因素主要有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、軟土層自重固結(jié)、海平面上升、地下液態(tài)資源過(guò)度開采等［3］。華北平原范圍內(nèi)由于地下水大量開采，至20世紀(jì)80年代地面沉降已具相當(dāng)規(guī)模，次生地裂縫災(zāi)害凸顯［4］。冀東平原地面沉降作為華北平原地面沉降的重要組成部分，其地面沉降主要分布在濱海平原區(qū)。陶志剛引入貯水系數(shù)概念，結(jié)合地面沉降速率數(shù)據(jù)，建立了唐山沿海地區(qū)地面沉降數(shù)學(xué)模型，并對(duì)該區(qū)近10 a 的地面沉降發(fā)展情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)［2］。李志明結(jié)合地質(zhì)特征和inSAR技術(shù)，系統(tǒng)研究了河北平原地面沉降機(jī)理及發(fā)育特征，并利用層次分析法進(jìn)行了易發(fā)性區(qū)劃［4］。郭海朋等發(fā)現(xiàn)華北平原地面沉降與大量開采深層地下水密切相關(guān)［5］。

冀東平原地面沉降災(zāi)害具有形成時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、發(fā)展迅速、防治難度大、難以恢復(fù)等特點(diǎn)，已成為影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一［5］。為進(jìn)一步了解冀東平原地區(qū)地面沉降機(jī)理，揭示研究區(qū)地面沉降的主要影響因素，本文以唐山市平原區(qū)地面沉降為例，通過(guò)地層性質(zhì)、地下水位變化和地面沉降數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析研究區(qū)地面沉降成因，并結(jié)合ArcGIS空間分析手段，對(duì)研究區(qū)地面沉降易發(fā)性進(jìn)行區(qū)劃，研究成果可為地面沉降災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與預(yù)警能力的提高以及政府有關(guān)部門有效行使地質(zhì)環(huán)境管理職能、合理制定社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

唐山市平原區(qū)地處渤海灣西北岸，為陡河沖積平原［6］，總面積8 341 km2。研究區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)濱海大陸性季風(fēng)氣候，陸域年降水量600～700 mm，海域多年平均降水量647 mm，多年平均蒸發(fā)量1 400～1 920 mm［6］。區(qū)內(nèi)河流眾多，水系縱橫，包括灤河、冀東沿海和薊運(yùn)河三大水系［6］。唐山市是河北省最大的重工業(yè)城市，至2020年，唐山市國(guó)民生產(chǎn)總值已達(dá)到7 210億元，常住人口共有796.42萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口512.26萬(wàn)人。

唐山市地處華北斷坳，Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元以寧河-昌黎斷裂為界，北部為燕山塊陷，南部為冀渤塊陷［7］。Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元有薊縣坳陷、山海關(guān)隆起、黃驊坳陷、渤海中部隆起［7］。第四系巖性由砂質(zhì)黏土、黏質(zhì)砂土、砂礫卵石組成，根據(jù)第四紀(jì)沉積環(huán)境、水文地質(zhì)條件，研究區(qū)分為沖洪積傾斜平原水文地質(zhì)區(qū)和沖積海積低平原水文地質(zhì)區(qū)［7］（見圖1）。根據(jù)地質(zhì)勘察成果資料和地下水賦存條件，可將第四系地層劃分為淺層地下水含水組、深層地下水含水組，研究區(qū)生活及工農(nóng)業(yè)用水主要以開采深層地下水為主。

2 研究區(qū)地面沉降現(xiàn)狀

根據(jù)InSAR衛(wèi)星遙感測(cè)繪監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS軟件空間分析技術(shù)，繪制了唐山市平原區(qū)2020年累計(jì)地面沉降量分區(qū)圖（見圖2）和唐山市平原區(qū)2020年度地面沉降速率分區(qū)圖（見圖3）。

2.1 地面累計(jì)沉降特征

截至2020年，唐山市平原區(qū)累計(jì)地面沉降量大于1 000 mm的面積達(dá)到97.19 km2，占總面積的1.16%，主要分布于豐南區(qū)南部黑沿子以北一帶；500～1 000 mm的面積達(dá)到856.76 km2，占總面積的10.27%，主要分布于豐南區(qū)南部、曹妃甸區(qū)西部、漢沽管理區(qū)南部區(qū)域；300～500 mm的面積達(dá)到1 119.19 km2，占總面積的13.42%，主要分布于漢沽管理區(qū)北部、豐南區(qū)中部尖子沽和大新莊一帶、曹妃甸區(qū)中部及北部軍墾農(nóng)場(chǎng)和曾家灣一帶、灤南縣柏各莊一帶和胡各莊附近、樂亭縣西部小部分區(qū)域；小于300 mm的面積達(dá)到6 267.86 km2，占總面積的75.15%，主要分布于玉田縣、豐潤(rùn)區(qū)、灤縣、灤南縣、樂亭等區(qū)域（見圖2）。總體來(lái)看，唐山市平原區(qū)累計(jì)地面沉降量自北向南逐漸增大，累計(jì)沉降量最大的區(qū)域位于豐南區(qū)黑沿子鎮(zhèn)，累計(jì)沉降量大于1 400 mm。

2.2 地面沉降速率特征

由圖3可以看出，2020年度，唐山市平原區(qū)沉降速率≥50 mm/a的面積為122.67 km2，占總面積的1.47%，主要分布于曹妃甸區(qū)黑沿子西部區(qū)域及柳贊鎮(zhèn)附近；沉降速率為30～50 mm/a的沉降面積為400.23 km2，占總面積的4.80%，主要分布于曹妃甸區(qū)西部、豐南區(qū)南部和北部大齊各莊附近、樂亭縣西部及玉田縣南部等地；沉降速率為10～30 mm/a的沉降面積為3 576.75 km2，占總面積的42.88%，主要分布于研究區(qū)南部及西部地區(qū)；沉降速率<10 mm/a 的沉降面積為4 241.35 km2，占總面積的50.85%?？傮w上看，唐山市平原區(qū)地面沉降速率較大區(qū)域分布于沿海地區(qū)。

綜合水文地質(zhì)條件和地面沉降現(xiàn)狀，唐山市平原區(qū)地面沉降相對(duì)嚴(yán)重區(qū)域主要分布在沖積海積低平原區(qū)，地面沉降中心及沉降速率高值區(qū)均集中于此；沖洪積傾斜平原區(qū)地面累計(jì)沉降量一般小于400 mm，沉降速率一般在10 mm/a以下。山前沖洪積傾斜平原區(qū)具有基巖埋深較淺，松散堆積物較薄的特點(diǎn)，地下水埋深淺，開采層位以第四系淺層含水組地下水為主，地下水補(bǔ)給以降水入滲補(bǔ)給為主，補(bǔ)給速度相對(duì)較快。該區(qū)淺層含水層組砂層厚度較厚，地層巖性以砂或者砂土為主，黏性土厚度相對(duì)較薄，該區(qū)不具備地面沉降快速發(fā)展的基礎(chǔ)條件。此外，由于該區(qū)淺層地下水富水性較好，地下水補(bǔ)給相對(duì)較快，即使水位下降也會(huì)迅速恢復(fù)，這就使得該區(qū)地面沉降的發(fā)展相對(duì)緩慢。只有地下水集中開采區(qū)地面沉降量較大，沉降較為集中，形成孤立型的沉降漏斗。研究區(qū)山前沖洪積傾斜平原區(qū)地面沉降量多低于400 mm，年均沉降量多小于10 mm，只有地下煤礦采空塌陷地區(qū)年沉降量超過(guò)30 mm，但均低于50 mm。濱海沖積海積低平原區(qū)以開采深層含水組地下水為主，地下水的補(bǔ)給方式以側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，地下水補(bǔ)給速度相對(duì)較緩，且該區(qū)地層多以黏性土為主，砂層厚度相對(duì)較薄。因此，深層地下水開采、黏性土厚度較厚等因素使得該區(qū)具備了地面沉降發(fā)展的外因和基礎(chǔ)條件，加之深層地下水超量開采，地下水水位降幅較大，該區(qū)成為了唐山市平原區(qū)地面沉降發(fā)展最嚴(yán)重的地區(qū)。

3 研究區(qū)地面沉降影響因素

國(guó)內(nèi)外學(xué)者大量研究成果表示，按影響地面沉降的外界因素類型，引起地面沉降的因素主要包括地質(zhì)構(gòu)造作用、軟土層壓縮固結(jié)、地震、海平面上升等自然因素，以及地下資源開發(fā)利用、地下空間建設(shè)所造成的土體形變等人為因素［8-9］。引起地面沉降的內(nèi)部因素主要有黏性土的巖性、厚度、固結(jié)性和滲透性等［10-11］。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等條件，研究區(qū)地面沉降主要受地下水開采、地下煤炭開采、第四系地層厚度及黏性土層厚度影響。

3.1 內(nèi)部影響因素

基于太沙基有效應(yīng)力原理，地面沉降是由于地下水的開采引起含水層孔隙水壓力的下降，土層骨架間的有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致含水層或土層的壓縮［4，10-12］。因此，第四系地層厚度和地下水主要開采層可壓縮層（黏性土層）厚度是地面沉降產(chǎn)生的重要內(nèi)部影響因素。

3.1.1 第四系地層厚度

研究區(qū)第四系地層由沖洪積、海積構(gòu)成，廣泛分布于平原及濱海地區(qū)，第四系地層由下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)沖洪積、海積形成的砂、碎石類土與黏性土互層組成的巨厚松散沉積物組成，其厚度隨基底的起伏而變化［7］。根據(jù)研究區(qū)鉆孔資料，自山前向?yàn)I海方向，第四系地層逐漸變厚，厚度一般為50～600 m，至濱海地區(qū)的豐南區(qū)南部、樂亭南部和曹妃甸區(qū)部分區(qū)域第四系底板埋深在600 m以上。

通過(guò)地面沉降與第四系厚度分布情況進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)累計(jì)地面沉降量與第四系地層厚度大體呈正相關(guān)趨勢(shì)分布，第四系地層厚度小于300 m區(qū)域的累計(jì)地面沉降量多低于100 mm，厚度大于600 m區(qū)域累計(jì)地面沉降量相對(duì)較大，在豐南區(qū)南部沿海一帶大于800 mm（見圖4）。

3.1.2 地下水主要開采層黏性土厚度

研究區(qū)山前沖洪積傾斜平原區(qū)以開采第四系淺層地下水為主，濱海沖積海積低平原區(qū)以開采深層地下水為主，主要開采層對(duì)應(yīng)地層中黏性土層厚度分布情況：山前傾斜平原黏性土層厚度占比較小，濱海平原黏性土層厚度占比較大。研究區(qū)地下水主要開采層中黏性土層厚度一般在40～180 m之間，黏性土厚度大于180 m的區(qū)域主要在曹妃甸南部。山前傾斜平原黏性土厚度一般介于40～120 m，平均黏性土厚度約65 m，平均占比44.11%；濱海平原黏性土厚度一般介于120～180 m，平均黏土層厚度約131 m，平均占比57.27%（見圖5）。

由圖5主要開采層黏性土厚度與地面沉降量對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，山前沖洪積傾斜平原區(qū)累計(jì)地面沉降量一般小于300 mm，與第四系淺層地層（Qh、Qp3）中砂層厚度較厚、黏性土層厚度相對(duì)較薄的規(guī)律大體一致；濱海沖積海積低平原區(qū)受深層地下水開采影響，樂亭西南部、灤河入海口沿海地區(qū)地面沉降迅速發(fā)展，地面沉降發(fā)育較強(qiáng)區(qū)與第四系深部地層（Qp2、Qp1）中黏性土厚度分布情況對(duì)應(yīng)一致。

3.2 外部影響因素

地下水的大量開采是區(qū)域地面沉降的主要誘發(fā)因素［13-14］，通過(guò)收集2020年研究區(qū)淺、深層地下水埋深數(shù)據(jù)，繪制了淺、深層地下水位埋深等值線圖。

3.2.1 淺層地下水

據(jù)2020年研究區(qū)淺層地下水位埋深分布圖（見圖6），研究區(qū)淺層地下水位埋深由北部的山前地帶向南部沿海逐漸變淺，灤縣與古冶交接一帶及豐潤(rùn)中部至玉田東北部一帶地下水位埋深大于20 m，約占全區(qū)面積的10.10%左右，受開采影響，豐潤(rùn)城區(qū)一帶水位埋深最大為48 m；玉田、灤南、樂亭、曹妃甸大部及豐南南部地區(qū)地下水位埋深小于7 m，約占全區(qū)面積的44.57%左右，主要分布在有咸水區(qū)。

由于淺層地下水富水性較好，補(bǔ)給相對(duì)較快，水位恢復(fù)迅速，研究區(qū)淺層地下水位埋深與研究區(qū)地面沉降分布趨勢(shì)一致性較差，僅在豐潤(rùn)區(qū)和古冶區(qū)附近水位埋深及地面沉降速率值較高。

3.2.2 深層地下水

據(jù)2020年研究區(qū)深層地下水位埋深分布圖（見圖7），研究區(qū)的豐南北部及南部地區(qū)、曹妃甸柳贊附近、樂亭西南及東部一帶地下水位埋深大于60 m，面積約為856.38 km2，占研究區(qū)總面積的10.27%；研究區(qū)東側(cè)的灤縣東部、灤南縣大部、樂亭縣北部地區(qū)，研究區(qū)西側(cè)的玉田大部、豐潤(rùn)西部地區(qū)，以及唐山市區(qū)北側(cè)地區(qū)，深層地下水位埋深小于30 m，面積約為2 821.07 km2，占研究區(qū)總面積的33.82%。研究區(qū)全淡水區(qū)深層地下水平均水位埋深低于淺層水12.62 m，有咸水區(qū)深層地下水平均水位埋深低于淺層水48.57 m。與研究區(qū)累計(jì)沉降量分布情況對(duì)比，深層地下水位埋深較大區(qū)域與地面沉降高值區(qū)分布趨勢(shì)基本一致，反映了深層地下水位與地面沉降相關(guān)性較好，深層地下水開采是引發(fā)地面沉降的重要影響因素。

張瑞成通過(guò)收集河北東部平原地層的大量測(cè)試資料，分析得出第四系地層含氟量隨巖性不同而有規(guī)律地變化，地層巖性顆粒越細(xì)含氟量越高，黏性土總氟含量約是砂性土的兩倍［15］。本文分析了唐山市濱海平原區(qū)平均累計(jì)地面沉降量、沉降中心深層地下水位埋深和深層地下水氟離子平均質(zhì)量濃度三者隨時(shí)間變化的關(guān)系（見圖8）。從圖8可以看出，受深層地下水開采影響，地下水位逐年下降，深層含水層水頭壓力降低，在水頭壓力差的作用下，其頂?shù)装屣査母邏嚎s層（黏性土）中的水向含水層釋放，釋水引起黏土層水頭壓力降低，發(fā)生垂向壓縮，導(dǎo)致了該區(qū)域地面不斷沉降，與此同時(shí)，被黏性土所吸附的性質(zhì)十分活潑的氟離子也隨之釋放出來(lái)，導(dǎo)致深層地下水中氟離子含量增多。由此可知，唐山市濱海地區(qū)深層地下水過(guò)量開采是導(dǎo)致地面沉降、地下水中氟離子含量增高等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的主要原因。

4 易發(fā)性評(píng)價(jià)

地面沉降易發(fā)區(qū)是指地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地下水動(dòng)態(tài)變化和氣候等條件容易或者可能引發(fā)或加劇地面沉降的區(qū)域［13］。本次地面沉降易發(fā)分區(qū)采用“綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法”評(píng)價(jià)，綜合考慮潛在地面沉降強(qiáng)度和現(xiàn)狀地面沉降強(qiáng)度［16］。將研究區(qū)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)剖分，運(yùn)用柵格數(shù)據(jù)處理方法對(duì)調(diào)查區(qū)進(jìn)行剖分，每個(gè)單元面積為3 km×3 km的網(wǎng)絡(luò)，共分為1 042個(gè)單元網(wǎng)絡(luò)。在分析總結(jié)唐山市平原區(qū)地面沉降影響因素的基礎(chǔ)上，確定地面沉降易發(fā)性評(píng)價(jià)因子。其中，潛在地面沉降強(qiáng)度影響因素包括淺層地下水位埋深因子、深層地下水位埋深因子、第四系厚度因子、地下水主要開采層黏性土厚度因子，現(xiàn)狀地面沉降強(qiáng)度影響因素包括地面沉降速率因子、累計(jì)地面沉降量因子。

4.1 地面沉降強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算

唐山市平原區(qū)地面沉降強(qiáng)度指數(shù)的計(jì)算主要考慮自然地質(zhì)環(huán)境條件和地面沉降發(fā)育現(xiàn)狀，選取淺層地下水埋深、深層地下水埋深、第四系厚度、地下水主要開采層黏性土厚度、地面沉降速率、累計(jì)地面沉降量6個(gè)評(píng)價(jià)因子，確定各地面沉降強(qiáng)度評(píng)價(jià)因子強(qiáng)度分級(jí)，并進(jìn)行了評(píng)價(jià)因子量化指數(shù)賦值（見表1）。

通過(guò)層次分析法，使用yahhp軟件構(gòu)造“兩兩比較判斷矩陣”，通過(guò)專家評(píng)分的方法來(lái)計(jì)算因素權(quán)重，并進(jìn)行判斷矩陣一次性檢驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算分析，潛在地面沉降易發(fā)性評(píng)價(jià)因子判斷矩陣最大特征根λmax=4.000 0，現(xiàn)狀地面沉降易發(fā)性評(píng)價(jià)因子判斷矩陣最大特征根λmax=2.000 0，二者一致性比例均為CR=0＜0.1，矩陣的一致性較好，可以作為評(píng)價(jià)地面沉降危險(xiǎn)性的判斷矩陣。獲得各評(píng)價(jià)單元地面沉降強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算結(jié)果，唐山市平原區(qū)在地面沉降易發(fā)性評(píng)價(jià)因子判斷矩陣見表1。

4.2 地面沉降綜合危險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算

唐山市平原區(qū)地層巖性及結(jié)構(gòu)特征是產(chǎn)生地面沉降的重要影響因素［12］，長(zhǎng)期過(guò)量開采地下水是引起并加劇地面沉降的主要原因［1］。當(dāng)前地面沉降發(fā)育嚴(yán)重的地域，地層已經(jīng)壓縮到一定程度，地面沉降加重發(fā)展的可能性較小。相對(duì)于現(xiàn)狀條件，潛在地質(zhì)條件因素更有利于地面沉降發(fā)展預(yù)測(cè)，根據(jù)區(qū)內(nèi)實(shí)際情況，本次在地面沉降易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)，潛在地面沉降強(qiáng)度權(quán)值取值比現(xiàn)狀地面沉降強(qiáng)度權(quán)值要高，分別取為0.6，0.4。根據(jù)各評(píng)價(jià)單元潛在地面沉降強(qiáng)度指數(shù)和現(xiàn)狀地面沉降強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算結(jié)果，按照綜合危險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式，利用ArcGIS空間分析功能對(duì)其進(jìn)行換算疊加，獲得各評(píng)價(jià)單元的地面沉降綜合危險(xiǎn)性指數(shù)。

地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算公式：

式中：Z為地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)；

Zq為潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)；

r1為潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度權(quán)值；

Zx為現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)；

r2為現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度權(quán)值；

Ti為潛在評(píng)價(jià)因子，包括深層地下水埋深（D0）、淺層地下水埋深（S0）、第四系厚度（Q0）、地下水主要開采層黏性土厚度（N0）；

Li為現(xiàn)狀評(píng)價(jià)因子，包括累計(jì)地面沉降量（M0）、地面沉降速率（V0）；

Ai，Bi為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

4.3 地面沉降易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)

根據(jù)地面沉降綜合危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算結(jié)果，利用ArcGIS軟件空間分析功能自動(dòng)生成地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)等值線圖，結(jié)合地面沉降監(jiān)測(cè)實(shí)際情況綜合分析，根據(jù)定性定量相結(jié)合的原則，按照數(shù)值自然斷點(diǎn)法，劃出唐山市平原區(qū)地面沉降易發(fā)性分區(qū)圖（見圖9、表2）。

ROC曲線（工作特征曲線）是檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果精度的指標(biāo)，本文選擇綜合危險(xiǎn)性指數(shù)從高到低的區(qū)域累計(jì)柵格與總柵格的百分比作為橫軸，選擇對(duì)應(yīng)綜合危險(xiǎn)性指數(shù)區(qū)間內(nèi)累計(jì)地面沉降量的平均值與累計(jì)地面沉降量的總平均值百分比作為縱軸，將綜合危險(xiǎn)性指數(shù)公式所得數(shù)值代入，得到過(guò)（0，0），（1，1）的曲線（見圖10）。AUC值通常被用來(lái)評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果的精度，其為ROC曲線下方的面積，綜合危險(xiǎn)性指數(shù)公式的AUC值為0.771，可見本文所采用的評(píng)價(jià)方法在研究區(qū)適用性較好。

唐山市平原區(qū)地面沉降高易發(fā)區(qū)主要分布于唐山市平原區(qū)南部的黑沿子-柳贊-新開口一帶、樂亭縣東部區(qū)域，涉及面積1 859.74 km2，占研究區(qū)總面積的22.30%；中易發(fā)區(qū)主要分布于唐山市平原區(qū)中部的東田莊-軍墾農(nóng)場(chǎng)-大新莊及灤南縣南部、蘆臺(tái)開發(fā)區(qū)全部、樂亭縣和漢沽管理區(qū)大部分區(qū)域，面積為2 699.34 km2，占總面積的32.36%；低易發(fā)區(qū)主要分布于唐山市平原區(qū)的城市區(qū)、豐潤(rùn)區(qū)、玉田縣的全部、豐南區(qū)和灤南縣北部、灤州市南部區(qū)域，涉及面積3 781.92 km2，占總面積的45.34%。其中高易發(fā)區(qū)的區(qū)域地面沉降速率大于30 mm/a，局部地區(qū)超過(guò)60 mm/a，累計(jì)地面沉降量大于700 mm，靠近黑沿子附近超過(guò)1 000 mm。

5 結(jié) 論

（1） 唐山市平原區(qū)累計(jì)地面沉降量自北向南逐漸增大，累計(jì)沉降量最大的區(qū)域位于豐南區(qū)黑沿子鎮(zhèn)，地面沉降速率較大區(qū)域分布于沿海地區(qū)。

（2） 第四系地層厚度和地下水主要開采層可壓縮層（黏性土層）厚度是地面沉降產(chǎn)生的重要內(nèi)部影響因素，地下水的大量開采是地面沉降產(chǎn)生的外部主要因素。其中，地下水主要開采層黏性土厚度和深層地下水埋深分布情況與地面沉降分布規(guī)律相關(guān)性最高。

（3） 綜合考慮潛在地面沉降強(qiáng)度和現(xiàn)狀地面沉降強(qiáng)度，通過(guò)綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法對(duì)地面沉降易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，唐山市平原區(qū)地面沉降高易發(fā)區(qū)主要分布于唐山市平原區(qū)南部的黑沿子-柳贊-新開口一帶、樂亭縣東部區(qū)域，涉及面積1 859.74 km2，占總面積的22.30%；中易發(fā)區(qū)面積為2 699.34 km2，占總面積的32.36%；低易發(fā)區(qū)面積3 781.92 km2，占總面積的45.34%。

參考文獻(xiàn)：

［1］狄勝同，賈超，張少鵬，等.華北平原魯北地區(qū)地下水超采導(dǎo)致地面沉降區(qū)域特征及演化趨勢(shì)預(yù)測(cè)［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2020，94（5）：1638-1654.

［2］陶志剛.唐山沿海地區(qū)地面沉降災(zāi)害及對(duì)策研究［D］.唐山：河北理工大學(xué)，2007.

［3］楊建民，紀(jì)森林.抽水導(dǎo)致區(qū)域性地面沉降中的s-lnr線性關(guān)系［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2016，38（9）：1606-1614.

［4］李志明.河北平原地面沉降特點(diǎn)及成因機(jī)理研究［D］.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2012.

［5］郭海朋，白晉斌，張有全，等.華北平原典型地段地面沉降演化特征與機(jī)理研究［J］.中國(guó)地質(zhì)，2017，44（6）：1115-1127.

［6］魏風(fēng)華.河北省唐山市地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究［D］.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2006.

［7］龍舟.唐山市區(qū)第四紀(jì)巖石地層與年代地層劃分與對(duì)比［D］.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2010.

［8］秦同春，程國(guó)明，王海剛.國(guó)際地面沉降研究進(jìn)展的啟示［J］.地質(zhì)通報(bào)，2018，37（增1）：503-509.

［9］杜東，劉宏偉，周佳慧，等.北京市通州區(qū)地面沉降特征與影響因素研究［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2022，96（2）：712-725.

［10］ 李莎，成建梅，宮輝力.基于變滲透系數(shù)的地下水開采-地面沉降三維模擬研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2018，45（3）：14-21.

［11］熊小鋒，施小清，吳劍鋒，等.彈塑性變形條件下抽水引起的地面沉降三維數(shù)值模擬［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2017，44（2）：151-159.

［12］肖國(guó)強(qiáng).深部粘性土高壓固結(jié)機(jī)理與地面沉降過(guò)程研究［D］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），2014.

［13］楊勇，鄭凡東，劉立才，等.地下水開采引發(fā)的地面沉降易發(fā)性區(qū)劃及控制措施［J］.中國(guó)地質(zhì)，2013，40（2）：653-658.

［14］賈超，姚越，楊霄，等.線性工程地下水開采誘發(fā)地面沉降風(fēng)險(xiǎn)研究［J］.人民長(zhǎng)江，2022，53（12）：104-110，156.

［15］張瑞成.河北東部平原深層地下水中氟增高的一種機(jī)制［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1991（1）：56-58.

［16］唐佐其，劉凌云，華興，等.綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法在臺(tái)江縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2020，32（3）：26-30.

（編輯：劉 媛）

Influencing factors and susceptibility evaluation on land subsidence in eastern Hebei Plain：case of plain area of Tangshan City

WANG Yang1，2，SHAN Qiang1，2，MA Bingtai2，WANG Jinbiao2，WANG Ying2，DONG Mingqi2

（1.Hebei Key Laboratory of Geological Resources and Environment Monitoring and Protection，Shijiazhuang 050021，China； 2.Hebei Geo-Environment Monitoring，Shijiazhuang 050021，China）

Abstract：

In order to understand the mechanism of land subsidence in the plain area of eastern Hebei Province and to reveal the main influencing factors that induced land subsidence，the plain area of Tangshan City was studied as the research object.By analyzing the current land subsidence in the study area，the nature of the Quaternary strata and the depth of groundwater level，the main factors causing land subsidence were systematically explained，and the land subsidence susceptibility was evaluated based on the comprehensive risk index method.The results showed that：① Land subsidence in the study area gradually increased from north to south，and the areas with serious settlement were located along the coast；the area of high susceptibility to land subsidence in the study area was 1 85974 km2，accounting for 2230%；the area of medium susceptibility was 2 69934 km2，accounting for 3236%；the area of low susceptibility was 3 78192 km2，accounting for 4534%.② The internal factors of land subsidence were the thickness of the Quaternary strata，the thickness of clayey soil of main groundwater extraction layer，and the external influencing factors were the burial depth of shallow and deep groundwater level.The research results can provide scientific basis for improving the monitoring and early warning capability of land subsidence disaster.

Key words： land subsidence；comprehensive risk index method；susceptibility evaluation；eastern Hebei Plain；plain area of Tangshan City

收稿日期：2022-02-16

基金項(xiàng)目：河北省地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（JCYKT202210）

作者簡(jiǎn)介：汪 洋，男，工程師，碩士，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)、工程地質(zhì)。E-mail：wangyang0ts@sina.com

通信作者：馬丙太，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)、工程地質(zhì)。E-mail：46915181@qq.com