天津市地面沉降防治区划的研究

王 淼 陆 阳 易长荣

(天津市控制地面沉降工作办公室，天津 300061)

天津市地面沉降防治区划的研究

王 淼 陆 阳 易长荣

(天津市控制地面沉降工作办公室，天津 300061)

为了制定天津市地面沉降防治区划，利用灰色关联度法和效果测度法对影响地面沉降的因素进行了定量分析，并根据定量分析结果将全市划为四个类别的防治分区，针对每一类分区提出了不同防治重点。

地面沉降，影响因素，定量分析，防治区划

根据2006年国家定位，天津市要逐步建设成为经济繁荣、社会文明、科教发达、设施完善、环境优美的国际港口城市、北方经济中心和生态城市。同时，天津市也是全国地面沉降最严重的城市之一，20世纪80年代的最大地面沉降速率曾达到100 mm/年，地面沉降已从某种程度上制约城市的可持续发展。为此，亟需制定出地面沉降防治区划，以便实行统一管理，采取针对性更强的地面沉降防治措施，这对缓解天津市地面沉降具有重要意义。

1 研究区概况

天津市除北部蓟县和宝坻区部分区域外，南部平原区8 000多平方千米均存在不同程度的地面沉降现象(见图1)，并形成了多个围绕中心城区和滨海新区的地面沉降漏斗。全市地面沉降受自然因素和人为因素的影响，人为因素占主导地位，其中地下水开采又是主要原因。自然因素包括地层固结和地质构造运动。人为原因主要包括开采地下(热)水、油气和人类工程活动。

2 研究方法

对引起天津市地面沉降的各影响因素进行定量分析，根据各因素所占的比重对全市进行防治管理分区。在进行定量分析时，假设序列中有m年地面沉降监测值y(i)，其中i=1,2，…，m，有n个影响因素，第j个影响因素在第i个年度的表征量为xj(i)，其中j=1,2，…，n。采用常见的灰色关联度法[1]和效果测度法[2]，可求解x和y的关系。关联系数反映了某个因素对地面沉降的贡献程度，用关联系数作为权重，将总的沉降量按比例分配，就可得到各因素引发的沉降量。设n年的平均沉降量为Sn，第j种因素的关联系数为rj，则其引发的沉降量为:

(1)

3 地面沉降因素定量分析

为方便计算，将影响天津市地面沉降的影响因素分为地质构造、软土次固结、地下水、500 m以下(地热水、石油)和人类工程活动(以密集高层建筑荷载为主)五类。根据以前学者的分析结果[3,4]，地质构造和软土次固结导致的地面沉降均为已知，将这部分扣除后，剩下的就是需要定量分析的沉降量。

3.1 单元划分与数据来源

由于获取各人为因素的统计资料和制定防治措施都是面向区(县)为行政单元的，因此本文分析过程中也是以每个区(县)的行政边界来划分计算单元。需要强调的是，市内六区中各区面积均较小，可合起来作为一个计算单元；另外，现在的滨海新区包括了以前的塘沽区、汉沽区和大港区，南北地理跨度较大，某些影响因素一直有较大差别，这里仍按三个独立的计算单元划分，最终全市共分为11个计算单元(参考图1，蓟县和宝坻区因无明显沉降除外)。开采地下水和地热水对地面沉降的影响分别用开采强度来量化，人类工程活动对地面沉降的影响用平均建设用地强度来量化。

3.2 计算分析

将各影响因素指标无量纲化，对每个单元分别用灰色关联度法和效果测度法计算得到各因素的关联系数。将各区县沉降量扣除自然因素的沉降值后，用式(1)即可计算得到各因素引发的沉降量。灰色关联度法和效果测度法两种方法计算同一种因素引发的沉降量存在差异，在5年的分析结果中，同一因素沉降量的平均差异为3 mm。由于每种因素引发的沉降量大小不一，3 mm的差异并不能说明问题，可按相对误差来统计，它可以反映每个因素中较差相对于地面沉降量的比例。经统计，相对误差最小为3%，最大为10%。这个相对误差范围说明两种方法得到的结论基本一致，得到的各因素引发的地面沉降量值比较可靠。综合两种方法的结果，取其平均值，得到近5年来人为因素引起的沉降量占各区县沉降量的比例如表1所示。

表1 人为因素引发地面沉降比例 %

结果表明，在影响全市地面沉降的各因素中，地下水开采引起的地面沉降量占全市沉降量的57%，各单元内地下水开采的影响比例存在较大波动，为26.7%～96.7%。500 m以下的地层对地面沉降影响相对较小，在14.7%～46.7%范围内波动。人类工程活动对地面沉降的影响为12.4%～27.8%，波动范围较小。

各影响因素呈现明显分群的现象，其中津南区、西青区、北辰区、静海县、武清区、滨海新区汉沽和宁河县等7个区(县)的地下水开采引起地面沉降量超过区县总沉降量的50%。滨海新区塘沽、滨海新区大港、西青区、东丽区等4个区县500 m以下的地面沉降量超过区县总沉降量的30%，而市内六区和滨海新区塘沽人类工程活动引发的地面沉降量超过区县总沉降量的20%。

4 地面沉降防治分区

根据各区县地面沉降影响因素比例，参考各区县地面沉降分布情况(见图1)，将各区县地面沉降灾害防治方向进行区划分类。划分时遵循“全面治理、突出重点”的原则，即哪个因素影响突出，就优先治理这个因素，确保控制地面沉降工作取得实效。可将11个计算单元划为四个类别的防治区，具体划分标准和防治对策如下：1)第一类防治区：市内六区和塘沽区，地下水开采、500 m以下流体开采引起沉降比例均在30%～40%左右，人类工程活动影响比例也较大，因此地下水开采、地热开采和人类工程活动等三个方面因素需要同时采取适当措施。地下水开采引起沉降的防治措施主要是制定地下水压采计划，提供可替代水源。特别是在南水北调通水前，要充分利用好引滦入津水源，在南水北调全面通水后实现水源转换；地热开采引起沉降的防治措施是尽量避免在一段时间或者一片区域集中开采，并加大回灌力度；人类工程活动引起沉降的防治措施是加强工程施工规范管理，加强工程建设期间地面沉降监测工作。2)第二类防治区：北辰区、西青区、津南区和静海县，地下水开采引起沉降比例在90%以上，地面沉降主要防治措施需要从全区(县)角度出发，目前以压采地下水为重点，调整农业开采井布局，在南水北调后积极实施水源转换工程。3)第三类防治区：东丽区、汉沽区、武清区和宁河区，与第二类防治区相似，本区地下水开采引起的沉降比例相对于其他因素比较大，但沉降集中在小范围的局部区域(见图1)，只需要局部压采地下水即可。4)第四类防治区：大港区，除地下水开采影响外，本区地热及油气开采历史也较长。目前，天津地区油气资源对区域地面沉降影响研究资料较少，因此本区除控制地下水开采外，还要加强对开采油气资源引发地面沉降的防治研究。

5 结语

综合考虑天津市地面沉降的自然因素和人为因素，研究了各影响因素在地面沉降中所占比重；然后根据定量分析结果将全市划分为四类不同的防治分区，不同分区沉降形势不同，防治重点不同。本研究将为控制地面沉降管理机构制定防治措施提供科学的参考依据。

分区结果表明，第一类防治区需要采取全面的防治措施，严控地下水和地热水的开采，严控工程建设引发的地面沉降。而第二类防治区和第三类防治区目前的防治重点是压采地下水和水源转换，唯一区别是在全区(县)或局部实行。第四类防治区也要求全区压采地下水，但如何防治油气开采引起的地面沉降，需要做进一步研究。

[1] 葛庆宝，张金荣.利用灰色系统理论关联度分析方法确定某市地面沉降的主要影响因素[J].勘察科学技术，1993(6):15-17.

[2] 郑永胜，王 莹.地面沉降影响因素的效果测度分析[J].中国地质灾害与防治学报，1998,9(2):104-107.

[3] 王若柏.天津和临近地区构造沉降及控沉远景问题的研究[R].天津:天津市控制地面沉降工作办公室,2002.

[4] 牛修俊.天津滨海地区软土特性及其对地面沉降影响的研究[R].天津:天津市环境地质研究所,2003.

Study on land subsidence preventing zonation in Tianjin

Wang Miao Lu Yang Yi Changrong

(TianjinLandSubsidenceControllingOffice,Tianjin300061,China)

In order to enact the ground settlement prevention planning in Tianjin city, both methods with effect conjecture and grey correlated analysis were carried out to evaluate value of land subsidence caused by different factors, based on the above analysis, it was divided into four zones throughout the city, and different measures were proposed.

land subsidence, impact factor, quantitative analysis, preventing zonation

2015-02-05

王 淼(1982- )，女，硕士，工程师； 陆 阳(1983- )，女，工程师； 易长荣(1982- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)11-0056-02

TU478

A