天津市滨海新区地面沉降经济损失评估----

天津市滨海新区地面沉降经济损失评估

摘要 鉴于地面沉降演化的地质系统渐变性特征,从主要致灾因子考虑建立地面沉降数值模型。基于情景分析设计3种地下水开采方案:方案一,保持2007年抽水条件不变;方案二,以2007年实际开采量为基准逐年递减2%;方案三,南水北调水源逐步替换地下水开采,到最后完全替换地下水源;编译计算机程序预测地下水位动态变化过程中的地面沉降值。在此基础上,以分部门统计分析为原则,把地面沉降灾害经济损失分为23个小类;综合运用终值法、影子工程法、重置成本法、工程费用法、灾情比较法、间接损失与直接损失比例法和权重分解法等评估方法,计算不同情景下的地面沉降损失。2007-2020年,在最不利、适中和最理想3种情景下天津市滨海新区最大累计沉降量分别达640mm、520mm和150mm;地面沉降损失分别达122.21*108元、80.71*108元和43.32*108元。

关键词 地面沉降;情景分析;经济损失;天津市滨海新区

天津市滨海新区是国内外地面沉降最为严重的区域之一,地面沉降导致的严重危害和巨大损失,在某种程度上已制约该区社会和经济可持续发展[1]。鉴于天津市滨海新区地面沉降在国内外所具有的典型性和代表性,科学预测该区地面沉降趋势并评估其灾害损失,对促进其他地区地面沉降灾

害损失的评估,并对制定相应的控沉减灾政策,具有十分重要的理论和实际意义。

1 研究区概况

天津市滨海新区规划面积2270km2,2007年户籍人口114.41*104人,2007年实现地区生产总值2364.08*108元[2]。随着社会经济的快速发展,由于过量开采地下流体资源,地面沉降已经成为滨海地区最为严重的灾害之一。天津市滨海地区出现了塘沽、汉沽、大港三个沉降中心;2008年度,塘沽区、汉沽区和大港区平均沉降量分别为25mm、15mm和25mm。1959到2008年累计监测结果显示,全市最大累计沉降量为3.312m,位于塘沽区上海道与河北路交口一带,该地区已低于平均海平面0.982m(天津市控制地面沉降工作办公室1986-2008天津市地面沉降年报)。地面沉降给天津市滨海新区造成了多方面的危害:如建筑物下沉变形、开裂乃至破坏;市政给排水管线的破坏;海水倒灌造成的地下水质破坏;地面标高损失,风暴潮灾害加剧;河流排泄能力的丧失和土壤的盐渍化等。

2 天津市滨海新区地面沉降预测

2.1 预测方法

本文基于地面沉降数值模型和情景分析!预测了2007-2020年天津市滨

海新区地面沉降量[3]。情景!(Scenario)最早出现于1967年HermanKahn 和Wiener合著的?2000年#一书中[4]。情景分析!(ScenarioAnalysis)是在对经济、产业或技术重大演变提出各种关键假设基础上,通过对未来详细、严密地推理和描述来构想未来各种可能的方案[5-8]。该方法已广泛应用于灾害预测模拟中[9-10]。

本文设计了最不利、适中和最理想三种情景对2020年滨海新区地面沉降进行了预测。首先预测地下水的动态变化:南水北调2012年给天津供水后,将展开大规模地下水压采,同时根据近几年地下水开采逐年减少的实际情况,设计三种地下水开采方案,预测不同情景下地下水系统动态变化情况。情景一:2001-2007年以实际开采量为准输入,2007年以后地下水开采量按照2007年实际开采量输入,各含水组开采量参照2001-2005年年均各含水组地下水开采比例来计算,其目的是预测最不利情况下的地面沉降发展状态。

情景二:2001-2007年以实际开采量为准输入,2007年以后地下水开采量,以2007年实际开采量为基准逐年降低2%,各含水组开采量参照2001-2005年年均各含水组地下水开采比例来计算,以模拟没有外来水源,保持现在控沉措施条件下地面沉降发育状况。

情景三:2001-2007年以实际开采量为准输入,2007-2012年地下水开采量,以2007年实际开采量为基准逐年降低2%,各含水组开采量参照2001-2005年年均各含水组地下水开采比例来计算;2013-2020年各乡镇压采方案为准。情景三模拟预测南水北调水源利用以后地下水系统动态变化和地面沉降发育状况,是地下水限采的最理想方案。

2.2 预测结果

依据前述情景设计,编译计算机程序,来计算滨海新区地下水位动态变化过程中的地面沉降值[3]。

在保持2007年抽水条件不变情况下(情景一),到2020年,两个沉降中心分别在东丽和汉沽,最大沉累计沉降量可达640mm,全区平均累计沉降量达268mm。从沉降的层位分布特征分析,大港区沉降主要发生于第IV含水层,东丽、塘沽沉降主要发生于第III、第IV含水组,汉沽沉降主要发生于第II含水组。本次计算结果还显示,90%以上的沉降发生于含水层,而隔水层沉降所占份额较小。

在抽水量历年递减2%的情况下(情景二),第II含水层水位基本稳定,故沉降主要发生在第III、第IV含水层,主要沉降区位于东丽、塘沽两区。至2020年,最大累计沉降量达520mm,全区平均累计沉降量达177mm。

情景三是目前地下水限采的最理想方案,即南水北调水源逐步替换地下水开采,到最后完全替换地下水源。地下水动态数值模拟显示,根据规划方案,2013年开始水源替换以后,全区各层水位基本上呈现稳定恢复态势,故地面沉降的趋势将得到根本扭转。情景三2007-2020年累计沉降量实际上是2007-2013年累计沉降量,最大累计沉降量达150mm,全区平均累计沉降量达95mm。

3 地面沉降损失评估

3.1 经济损失分类

地面沉降灾害经济损失风险评价是指在未来某个特定的时期内,对地面沉降灾害可能造成的预期经济损失进行评估的过程,其目的是要回答未来地面沉降灾害产生经济损失的可能性有多大、损失程度如何等[11]。

通过系统分析地面沉降对社会、经济和环境各方面致灾机理,以分部门统计分析为原则,把地面沉降灾害经济损失共分为23个小类(见图1)。

地面沉降防治投入:指历年来为控制地面沉降采取的工程和非工程措施的费用。安全高程损失:指地表高程降低引起的损失。地表具备一定高程是土地具有承载功能和经济价值的基础,故地表高程是一种基础性的经济资源和自然资源,其消失或降低必将导致经济损失。测量标志经济损失:指因