越南紅河三角洲地面沉降易發程度研究

關鍵詞：地面沉降；易發程度；越南紅河三角洲；模糊層次分析法

作為全球性地質災害，地面沉降具有區域性、長期性、差異性等特征，早期一般不易察覺，且多發生在大中城市，影響著當地城市安全與經濟社會可持續發展，其危害在低海拔的沿海地區尤為嚴重，如中國長江三角洲、越南紅河三角洲等河口三角洲地區，受到了國際社會的廣泛關注，但不同地區的防治水平差異較大[1-3]。不少地面沉降防治程度相對薄弱地區，由于缺少監測資料，很難掌握其地面沉降發育狀況，制約了當地地面沉降防治措施的制定與實施。紅河三角洲是越南北部的主要經濟區域，人口密集，并擁有河內市、海防市、南定市等重要城市和港口。由于高人口密度和快速的城市擴張，該地區對大規模地下水開發利用和基礎設施發展的需求很高，誘發了地面沉降[3-8]。河內市等地面沉降發育區已出現房屋傾斜、相對地面上抬、洪澇災害加劇等危害。但是，該地區目前較少開展地面沉降監測與防治工作，相關研究主要以越南首都河內為目標[5-8]，其地面沉降監測與綜合防治能力亟需提升。地面沉降易發程度可用于表征地面沉降發生的概率大小程度，是地面沉降危險性增加的重要因素之一[9-11]，其評價結果可為監測網絡規劃與建設、差異化防治措施制定等提供依據。

依托外交部亞洲合作專項“長江三角洲與紅河三角洲海洋地質環境與地質災害對比研究”，作者及其所在科研團隊聚焦中越兩國共同應對的地面沉降災害問題，開展了長江三角洲和紅河三角洲地面沉降對比分析研究、紅河三角洲地面沉降防治對策研究及技術指導等工作。在對比研究基礎上，本文以紅河三角洲為研究對象，開展地面沉降易發性評價研究，以期為研究區地面沉降防治提供技術指導，為河口三角洲地區的地面沉降研究提供參考案例。

1 研究區概況

紅河三角洲是沖積平原，位于北西—南東向新近沉積盆地中，被山脈包圍，主要涉及越南2 個直轄市、9 個省（圖1），分別為河內市（Hanoi）、海防市（HaiPhong）、南定省（Nam Dinh）、寧平省（Ninh Binh）、河南省（HaNam）、太平省（Thai Binh）、興安省（Hung Yen）、海陽省（Hai Duong）、北寧省（Bac Ninh）、永福省（VinhPhuc）、廣寧省（Quangninh），是東南亞的第4 大三角洲，呈朵狀向北部灣展開，縱向長約150 km（垂直于海岸線方向）[12-17]。該三角洲是越南全國人口密度最高的地區，同樣是城市網絡最密集的地方，其城市化和工業化過程對三角洲地質環境產生著強烈的影響。

紅河三角洲的天然河流網絡非常密集，密度約0.7km/km2，屬于熱帶季風區域，全年主要分雨季（5 月—10 月）和旱季（11 月—4 月），年平均降雨量在1500 mm 以上，地表水資源豐富。但地表水資源分布不均且地表水中含有大量的懸浮物，同時由于基礎設施的不足及不合理的市政污水管理，在某些地區，湖泊等地表水都被嚴重污染。因此，歷史上很長一段時間地下水成為其主要的生活用水來源，特別是人口密集的大城市。豐富的地下水資源主要存儲在第四紀地層中（圖2），包括全新世潛水含水層（Holocene Unconfined Aquifer，HUA）、更新世承壓含水層（Pleistocene Confined Aquifer，PCA）。兩個含水層之間為全新世—更新世弱透水層（Holocene-PleistoceneAquitard，HPA）。第四紀松散沉積物則位于新生代新近紀至中生代二疊紀的基巖上。第四紀松散沉積物中地下水主要以孔隙水的形式存在。HUA 和PCA 主要的補給水源是河水、降雨、灌溉用水。紅河由于河床侵蝕，在一些地方穿過HUA 和PCA，是重要的天然補給水源。紅河三角洲地勢低平，地形從西北向東南傾斜，海拔高度主要在12 m 以下，平均海拔約3 m，紅河入海處海拔僅0.4 m，低海拔結合地面沉降及海平面上升等綜合作用，威脅著該地區的高程安全[12-17]。

2 地面沉降易發程度評價

2.1 評價指標選取

地面沉降易發程度與地形地貌、地質條件、主要誘因等有關[9-11]。從地形地貌看，河口三角洲、內陸平原、盆地等地貌類型為地面沉降的易發區，基巖出露區為不易發區，而本文的研究對象是紅河三角洲，屬河口三角洲。對整個研究區而言，地形地貌的影響是一樣的，故未將其放在評價指標中。地面沉降是在自然因素和人為因素作用下，引發松散地層壓縮所導致的，即松散地層是地面沉降發育的內因。紅河三角洲主要的松散地層是第四紀地層， 其由HUA、HPA、PCA 構成， 且HUA、PCA是主要的地下水開采層。已有資料表明，水質為淡水的地下水資源開采是紅河三角洲地面沉降發育的主要外因。地下水是否是淡水，可用溶解性總固體（Total dissolvedsolids，TDS）判別。故選取HUA 厚度、HUA 溶解性總固體、HPA 厚度、PCA 厚度、PCA 溶解性總固體等作為紅河三角洲地面沉降易發性的主要評價指標。

2.2 資料收集整理與評價指標特征分析

通過文獻資料收集到了全新世潛水含水層、更新世承壓含水層相關資料[12-17]，通過對圖件數字化獲取研究區易發程度評價指標相關數據。其中HPA 厚度數據主要通過PCA頂面埋藏深度數據與全新世潛水含水層厚度相減獲得。

紅河三角洲大部分地區地表出露為HUA，東部、北部等局部地區地表出露為HPA，最北部出露有PCA。其中，HUA 主要由細砂、黏質砂土、砂質黏土、黏土等組成，分布在88% 的紅河三角洲地區，含水層的厚度為0-60m，變化較大，從三角洲西北到東南厚度逐漸增大，但在三角洲中間有一區域厚度小于30 m；在三角洲北部及部分邊緣區域，HUA 缺失（圖3）。HUA 中地下水水質為淡水的分布面積約占整個三角洲的1/3，且主要分布在紅河三角洲的西北部（圖4）。

PCA 主要由細砂、中粗砂、礫石、卵石、黏質砂土、砂質黏土等組成，在整個紅河三角洲幾乎完全分布，是該地區最主要的地下水開發層，其埋藏深度從西北到東南逐漸增加（圖5），最大埋藏深度超過了60 m；厚度和其埋藏深度類似，同樣從西北到東南逐漸增加，且變化較大，厚度超過60m 主要分布在沿海，但三角洲中間有一區域厚度也超過60 m，河內市也有一小部分地區PCA 厚度超過60 m（圖6）。PCA 中地下水水質為淡水的分布面積約占整個三角洲的3/4，主要分布在紅河三角洲的西北部、中部、東北角、西南角（圖7）。

HPA 主要由黏土、砂質黏土等組成，平均厚度約10 ｍ，大體上也具有從西北到東南逐漸增加的規律，但在北部HUA 缺失區及其附近有部分地區的HPA 厚度較大，超過了15 m（圖8）。

2.3 評價指標權重計算

在眾多的風險評價方法中，層次分析法以其定性和定量相結合處理各種評價因素，使決策依據易于被人接受等特點，在許多領域得到了廣泛應用。但其存在一些缺陷，其中最大的問題是思維一致性很難保證。與之相比，改進后的模糊層次分析法（Improved Fuzzy AnalyticalHierarchy Process，IFAHP）能夠更好地解決判斷矩陣的一致性問題，又能有效解決解的收斂速度及精度問題 [18-19]，故本文采用IFAHP 確定紅河三角洲地面沉降易發程度各評價指標的權重。

IFAHP 主要計算步驟如下：首先采用三標度法，通過比較兩兩指標之間的重要性，建立優先關系矩陣R ＝｛ ij r ｝，

對比HUA 厚度、HUA 溶解性總固體、HPA 厚度、PCA 厚度、PCA 溶解性總固體等5 個指標的重要性，利用式（1）建立了紅河三角洲地面沉降易發程度優先關系矩陣：

2.4 易發程度評價與分析

將HUA 厚度、HUA 溶解性總固體、HPA 厚度、PCA 厚度、PCA 溶解性總固體等5 個指標的數值歸一化，然后與對應權重相乘并求和即可得到易發程度指數：

式中： i z 為評價指標歸一化后數值， i x 為該評價指標對應的權重。基于易發程度指數，按表2 所示易發程度分級方案將研究區劃分為地面沉降高易發區、較高易發區、中易發區、較低易發區、低易發區等五個級別（圖9）。如圖所示，整體分布格局為由西北往東南，易發程度增加；由三角洲兩翼向三角洲中間，易發程度增加。高易發區主要分布在沿海的南定省、太平省，較高易發區除沿海省（市）外，還在河內市等內陸城市也有分布。統計不同易發區的面積占比，結果見表3，如表所示，低易發區的面積最少，高易發區的面積也不多，最多的是中易發區，其次是較高易發區和低易發區。

2009 年紅河三角洲HUA 地下水水位漏斗主要分布在河內市較高易發區及其鄰近地區，2009 年的PCA 地下水水位漏斗則主要分布河內市、南定省和海防市[17]。在河內市、南定省等紅河三角洲高易發區、較高易發區、中易發區發育有地面沉降。1988—1995 年河內市最大沉降速率達到了44 mm/a，2003—2006 年河內市最大沉降速率超過了46 mm/a，2016—2020 年河內市最大沉降速率超過了50mm/a[5-8]。南定省一地面高程測量設施監測結果顯示，該測量點2012—2017 年平均沉降速率為34 mm/a[4]。地下水水位及地面沉降相關資料表明本研究所得到的易發程度評價結果，能反映該地區地面沉降發生的概率大小。

3 結語

結合研究區地質條件，針對地下水開發利用等地面沉降主要誘發因素，選取了含水層厚度及其礦化度、弱透水層厚度等為評價指標。利用收集到的相關資料，開展了紅河三角洲地面沉降易發程度研究，為地面沉降監測數據較少地區的地面沉降防治研究提供了案例。

（1）紅河三角洲地區為地面沉降易發區，但易發程度不同，故其應采取差異化的防治措施和地下水開發利用策略。不應當在地面沉降高易發區、較高易發區及其鄰近地區進行地下水開發利用，若已進行開發利用的則應考慮壓縮地下水開采量，當其地面沉降量已較大時應禁止開采地下水。

（2）南定省、太平省等沿海省份多為高易發區、較高易發區，容易誘發地面沉降，且其海拔比內陸地區要低，當疊加海平面上升等因素時，地面沉降危害更大，應優先在這些地區建設監測網絡，開展長期監測預警。河內市、海防市分別是研究區第一、二大城市，越南第二、三大城市，人口密集且用水需求大，雖然在易發程度上比南定省、太平省等沿海地區低，但地面沉降發育的危險性不小，需要加強2 個城市的地面沉降監測與防治力度。

（3）本次研究主要針對地下水開發利用引發地面沉降這一主要誘因開展易發程度研究，但是紅河三角洲仍有其它因素也會導致地面沉降，如沿海地區新近成陸的地層由于成陸時間短，土體容易壓縮變形，發育地面沉降的可能性也很高。后續可在本文研究成果的基礎上，新增新成陸土體分布厚度等指標，修正易發性評價結果。

（4）地面沉降易發程度是地面沉降危險性評價乃至風險評價的一個重要評價要素，能在一定程度上反映地面沉降的風險。受限于資料，本文僅開展了易發程度研究，后續若可獲取研究區較完整的地面沉降監測數據以及社會經濟等易損性相關資料，則可進一步開展地面沉降風險評價等研究，為該地區的地面沉降防治提供更好的建議與指導。