如前所述，地面沉降引起的地面变形量微小，非专业人员进行精密测量不易察觉。因此，要有效防治地面沉降，必须建立统一的评价体系和分级标准，这是开展地面沉降的灾情评估和灾害防治工作的一项重要基础性工作。一个地区发生地面沉降必定要具备一定的地质环境条件，如地面高程相对较低的平原，具有一定厚度的软土层，开采含水层顶板埋深较浅等等。如果存在产生地面沉降的基本条件，过量开采地下水就可能诱发地面沉降。因此，地面沉降易发程度评价就是对产生地面沉降的地质环境条件进行等级划分和分区。而地面沉降危险程度评价则是对可能存在产生地面沉降的地质环境条件，并且过量开采地下水就可能诱发地面沉降的地区，根据地表多年水位观测和地下水开采等资料，通过对累计地下水开采量—地面沉降中心累计沉降量关系、地面沉降量—沉降区面积分布关系、地下水位下降—地面年沉降速率关系、地面高程与地表多年平均水位值分布关系等的分析，评价地下水开采状况对诱发地面沉降的影响程度，并进行等级划分。地面沉降灾害易发程度和地面沉降危险程度评价的目的是为对地面沉降灾害防治工作提供指导。
朱川（2002，见69页脚注）根据对地面沉降形成条件，影响因素和危害迹象等的长期观察，提出了一种经验的地面沉降易发程度和地面沉降灾害危险程度等级划分方案（表3.10和3.11），为研究该问题提供了一个很有价值也富有启迪的思路。在此基础上，我们应用高分辨率卫星遥感和DEM数据获取地形地貌和地表相对高程信息，结合地表多年水位观测数据，对浙江区域内地面沉降的易发程度进行分区评价，进而根据对地下水开采资料和地面沉降观测数据的分析研究，建立有统计学证据的判别地面沉降易发程度和地面沉降危险程度等级的方法。
3.2.3.1 数据
本文使用的数据主要包括美国陆地卫星Landsat-7ETM＋影像数据、国家测绘局制作的1∶5万数字高程模型（DEM）、浙江省水文勘测局提供的嘉兴、路桥、鄞州黄古林、温岭水位站的地表水多年平均水位观测数据（表3.12）、对《浙江省地质环境监测综合报告（1996～2000年）》（浙江省地质环境监测总站，2002）中的图26等图件进行数字化后采集的1964～2000年期间的地面沉降、地下水位、地下水开采量等数据。
3.2.3.2 方法与结果
（1）由表3.13可知，从1954至2000年，杭嘉湖平原地下水开采量的变化具有明显的不均匀分布特点，因此要评价因地下水开采而引起的地面沉降发展程度，很重要的一个方面就是获得可以表征地面沉降不同发展阶段的特征值。根据分形统计学的概念（Mandelbrot,1983），若以P作为表征地面沉降特征（如地面年沉降速率或累计沉降量等）的一个函数，δ表示对地下水开采情况（如年开采量或开采强度、地下水位下降值等）的度量尺度，如果P与δ之间满足以下关系
浙江省国土资源遥感调查与综合研究
且β为函数P（δ）的拐点处值，则对应于拐点处的P与δ可以作为评价地面沉降发展程度的特征值。
对杭嘉湖平原地面沉降和地下水开采情况的系统观测始于1964年，在此之前缺乏比较系统和完整的资料，并且在1964年以前地下水的开采量很小，仅占开采总量的1.6%（见表3.13），对地面沉降的影响比较小。因此下面主要依据1964～2000年的资料进行分析。
表3.10 地面沉降易发程度等级划分参考表
（据朱川，2002，地下水资源开发利用及地面沉降防治，地质灾害培训班讲义。）
表3.11 地面沉降危险程度等级划分参考表
（据朱川，2002，地下水资源开发利用及地面沉降防治，地质灾害培训班讲义。）
表3.12 杭嘉湖平原、温黄平原、宁奉平原地区地表水位数据 （单位：m）
注：①采用黄海基面，该值加上1.881m即为吴淞基面。温黄地区水位采用用温岭站水位。本表中数据由浙江省水文勘测局提供。
表3.13 1954～2000年杭嘉湖平原地下水阶段开采量统计表 （单位：104m3）
资料来源：浙江省地质环境监测总站，2000，浙江省杭嘉湖平原地下水资源开发利用及其环境效应论证。
将1964～2000年期间杭嘉湖平原地下水年开采量（Q）与地面沉降中心的年沉降速率（V）投在双对数坐标图上，得到图3.34，且图中Q-V相关线与按式（3.5）拟合的结果吻合很好。在不同的地下水年开采量区间Q-V相关线具有不同的斜率，在拐点两侧地面沉降的速率变化不同，说明由地下水开采引起的地面沉降变化可能具有多重分形特征。在Q-V相关线三个拐点处的Q和V值分别为：Q=0.2×108m3,V=16.7mm/a（1972年）；Q=1.2×108m3,V=51.1mm/a（1988年）：Q=1.5×108m3,V=25.5mm/a（1996年）。杭嘉湖平原面积约6490km2，因此与三个拐点处Q值对应的地下水开采强度（Qi）分别为0.3×104m3/km2.a（1972年）、1.8×104m3/km2.a（1988年）；2.3×104m3/km2.a（1996年）。根据图3.34并结合表3.13，可以把1964～2000年期间杭嘉湖平原地区地下水开采量及其引起的地面沉降速率的变化划分为四个阶段：
图3.34 1964～2000年杭嘉湖平原地下水年开采量与地面沉降速率之间的关系
第一阶段从1964～1972年。在这个阶段地下水年开采量从1426×104m3增加到2070×104m3，嘉兴城区等6个主要城镇的地下水开采量占开采总量的79.3%，而广大乡镇和乡村的地下水开采量仅占开采总量的20.7%，表明本阶段地下水开采主要集中在嘉兴城区等少数几个主要城镇。在这个阶段，地面沉降速率快速增大（按幂指数关系），Q-V相关线的斜率为3.82512。
第二阶段从1973～1988年。在这个阶段地下水年开采量从2070×104m3增加到11681×104m3，但是嘉兴城区等主要城镇的地下水开采量占开采总量的比例下降为60.1%，而乡镇和乡村的地下水开采量占开采总量的比例上升到39.9%。在该阶段Q-V相关线的斜率为0.8234，地面沉降中心的年沉降速率增长比第一阶段有所减缓。
第三个阶段从1989～1996年。在这个阶段地下水年开采量从11681×104m3增加到14785×104m3，但是嘉兴城区等主要城镇的地下水开采量在总开采量中的比例继续下降为37.2%，而广大乡镇和乡村的地下水开采量占开采总量的比例继续上升，达到62.8%。表明在这个阶段虽然地下水开采总量仍然增加，但增加的开采量分散在多开采点，分布较广的乡镇和乡村，因此Q-V相关线的斜率为负值（-2.92381），沉降中心的年沉降速率呈下降趋势，这表明地面沉降中心沉降速率的变化不仅与地下水开采量有关，而且受地下水开采量的分布所影响。
第四个阶段从1997～2000年。在这个阶段，由于有关部门采取措施限制地下水开采，地下水年开采量从14785×104m3减少到11411×104m3，并且嘉兴城区等主要城镇的地下水开采量占开采总量的比例继续下降为20.9%，而乡镇和乡村的地下水开采量占开采总量的比例进一步上升到79.1%，但是这个阶段地面沉降速率的减小明显比第三个阶段缓慢，并且Q-V相关线的趋势与第二阶段（1973～1988年）基本一致。这表明如果地下水开采量的继续下降，地面年沉降速率的变化可能将依照先前的增长模式进行回落。
对1964～2000年期间杭嘉湖平原地下水位累计降低值（∑h）与地面沉降中心累计沉降量（∑Q）数据，按式（3.5）进行拟合，结果如图3.35所示，在∑h-∑Q相关线存在两个拐点，对应的∑h值分别为8m（1971年）和22m（1980年）。即从1964至1971年，平均地下水位下降速率为1.1m/a，从1971年至1980年的平均地下水位下降速率为1.6m/a。两个拐点将∑h-∑Q相关线分为三段，从下端向上，相关线斜率分别为0.1890、1.5533和7.6261，表明当地下水位累计降低值（∑h）的增加超过拐点值时，地面沉降中心累计沉降量（∑Q）急剧增大。将该两拐点处的∑h值分别代入对地下水位累计降低值（∑h与地下水位值h的拟合关系（见图3.36）。
图3.35 1964～2000年杭嘉湖平原地下水位累计降低值与地面沉降中心累计沉降量的关系
图3.36 1964～2000年杭嘉湖平原地下水位标高与地下水位累计降低值之间的关系
浙江省国土资源遥感调查与综合研究
得到，当∑h=8m时，h=-28.5m；当∑h＝22m时，h=-42.5m。
（2）研究地面高程及其与地表多年平均水位之间差值的变化，有助于评价一个地区地面沉降灾害的危险程度。在此，根据ETM＋影像解译结果和1∶5万数字高程模型（DEM）数据首先分析杭嘉湖平原地面高程值的变化，从图3.37可以看出，地面沉降区域范围内的地面高程变化存在2个分布。我们再考察地面沉降区内地面高程值与地表多年平均水位（见表3.12）之间差值（Δ）的分布特征，由图3.38可知，地面高程值与地表平均水位之间差值的变化同样存在2个分布。根据图3.37和图3.38，我们可以获得划分杭嘉湖平原地区地面沉降灾害易发程度等级的地面高程特征数值，其结果见表3.14。
图3.37 杭嘉湖平原地面沉降区内地面高程值（hDEM）的分布特征
a—表示地面高程值的直方图；b—表示地面沉降区内大于给定值的数据点数。该图显示地而高程值的变化存在2个分布
图3.38 杭嘉湖平原地面沉降范围内地面高程值与地表多年平均水位之间差值的分布特征
a—表示地面高程值与地表多年平均水位之间差值（Δ）的直方图；b—表示地面沉降区内地面高程平均值与地表多年平均水位之间差值（Δ）大于给定高程值的数据点数。该图显示地面高程值与地表多年平均水位之间差值（Δ）的变化存在2个分布
同理，由图3.39～图3.42（为节省篇幅，这里没有如图3.37和图3.38那样给出数据分布的直方图，但这并不影响我们对问题的讨论），可以得到对宁波市区和温黄平原地区进行地面沉降危险程度等级划分的地面高程特征数值（见表3.14）。
图3.39 宁波市地面沉降区内地面高程分布的变化
图3.40 宁波市地面沉降区内地而高程平均值与地表多年平均水位之间的差值（Δ）与地面高程分布的关系
图3.41 温黄平原地面沉降区内地面高程分布的变化
图3.42 温黄平原地面沉降区内地面高程平均值与地表多年平均水位之间的差值（Δ）与地面高程分布的关系
综合以上所述，对浙江省地面沉降易发程度和地面沉降危险程度等级划分与评价指标分别概括于表3.14和表3.15中。据此编制的嘉兴、宁波和温黄平原地区地面沉降易发程度分区、各区面积分布见图3.43～3.46和表3.16。表3.17给出了不同等级地面沉降区在遭遇5年一遇、10年一遇、20年一遇和50年一遇洪水时的水淹面积估计结果。
表3.14 浙江地面沉降易发程度等级划分表
①引自朱川，2002年。②对于地面高程，在统计时，对杭嘉湖平原、宁波市、温黄平原均已剔除大于10m以上部分，其中杭嘉湖平原地而沉降区地面高程平均值为2.80m；宁波市地面沉降区地面高程平均值为2.44m；温黄平原地面沉降区地面高程平均值为4.06m。
表3.15 浙江地面沉降危险程度等级划分表
①由于目前对于宁波市和温黄平原还缺乏比较系统的地下水开采和地而沉降观测数据，因此表中有关地面沉降特征与地下水开采动态的评价指标主要依据对杭嘉湖平原的统计结果。
图3.43 嘉兴市地面沉降灾害易发程度分区图
图3.44 宁波市地面沉降易发程度分区图
图3.45 温黄平原地区地面沉降易发程度分区图
图3.46 地面沉降易发程度分区面积分布统计
表3.16 嘉兴、宁波和温黄平原地区地面沉降易发等级的面积分布
注：地表高程值大于10m以上部分已剔除。
表3.17 嘉兴、宁波和温黄平原地区地面沉降易发区与多年设计水位设计值之间的水淹面积估计