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:指因地面沉降导致测量水准点失效引起的重建、校准费用。
房屋建筑损失:指除重大工程外的一般民用、商用建筑,其损失主要分为建筑物损坏维修费以及由于沉降引起的建筑物价值、功能损失。
排水系统损失:指地面沉降导致的排水系统实物破坏损失、日常维护费用增加和排水系统功能损失。
给水系统损失:指地面沉降导致的给水系统实物破坏损失、日常维护费用增加和给水系统功能损失。
燃气系统损失:指地面沉降导致的燃气系统实物破坏损失和日常维护费用增加。
公路损失:指地面沉降导致的路基额外加高费用,以及由于潜水位上升引起的路面瘫软、冻裂等损失。
桥梁损失:指地面沉降导致桥梁毁坏损失、恢复桥下净空高度进行的桥梁抬升工程费用。
铁路损失:指地面沉降导致的额外维护费用,以及地铁、快速铁路设计为预留地面沉降而增加的工程费用。
防潮堤工程损失:地面沉降导致海挡防护标准降低,海挡工程损失指为恢复海挡工程到设计防护标准而增加的工程费用。
河道堤防工程损失:地面沉降导致河道堤埝防护标准降低,河道堤防工程损失指为恢复堤埝工程到设计防护标准而增加的工程费用。
闸门损失:指地面沉降导致闸门损坏和防护标准降低,为恢复闸门工程到设计防护标准而增加的工程费用。
风暴潮灾害损失:指地面沉降导致风暴潮加剧,灾害损失额外增大部分的经济损失。
涝灾损失:指因地面沉降引起的涝灾加重损失。
城市水淹水泡损失:指地面沉降导致城市内涝加重,灾害损失额外增大部分的经济损失。
防汛抢险费用:指因地面沉降引起防汛抢险费用增加的损失。
工业生产经济损失:工业的经济损失分为直接经济损失和间接经济损失两部分,直接经济损失指地面沉降所造成的厂房裂缝、渗漏水、倾斜甚至倒塌以及对生产设备造成直接破坏的修复费用。
间接经济损失主要指因地面沉降导致的生产成本提高及产出减少等方面的损失。
港口码头经济损失:指因地面沉降造成的港口码头破坏的修复、重建费用;港口码头需追加及已经追加的设备费用(如港区建闸,加设排水泵房等);因地面沉降造成仓库废弃以及货物淹泡损失。
农业生产损失:指为防治地面沉降进行农业用水限采,导致农业收入减小的经济损失。
土壤盐渍化:指由于地面沉降导致潜水位上升,从而导致土壤盐渍化加重的经济损失。
地表水污染损失:指地面沉降导致河流重力排污降低,引起地表水污染加重的经济损失。
建设用地适宜性损失:指地面沉降导致建设用地适宜性降低引起的经济损失。
以上各分项损失计算中,测量标志建设、维护、修复的历年费用计入控沉的防灾减灾投入中,港口码头的经济损失也作为直接经济损失计入地面沉降加剧的风暴潮损失!中,均不再单独计算。
3.2 评估方法和模型地面沉降经济损失估算以灾害机理分析为主线,全面分析地面沉降对社会、环境各方面危害;以部门统计分析为主体,便于灾情行业分析和防灾减灾对策制定。
相比国内其他地区地面沉降经济损失评价方案,增加了城市房屋建筑、环境经济损失的内容。
在分项经济损失计算中,主要采用了以下具体计算方法:终值法:由于货币时间价值的原因,不同年份受灾体的损失不可能是同值的,经济损失也不是简单的评估期内各项损失的静态代数之和。
估算时,应采用计算期内各年的有关贴现率将相应年份的各类经济损失之和贴现到评估基准点,相加后才能得出地面沉降灾害经济损失总值。
设地面沉降灾害造成某区域第j类受灾体在第i年当年的经济损失为Sij,第i年的折现率为Ri,则从t1到tn的时段内,以tn为估算时点,该区域因地面沉降造成的总经济损失为:S=%mj=1%tni=t1Sij[&tni=t1(1+Ri)],式中:S为估算时点地面沉降经济损失;Sij为第j类受灾体在第i年当年的经济损失,i=t1,?tn;Ri 为第i年的折现率,i=t1,?,tn;m为受灾体的种类或者损失项目[12-13]。
影子工程法:该法是一种工程替代的方法,即为了估算某个不可能直接得到结果的损失项目,假设采用某项实际效果相近但实际上并未进行的工程,以该工程建造成本替代评估项目的经济损失的方法。
在本次损失评估中,在计算地面标高资源损失时,就采用了影子工程法,即:用人工填土夯实的方法使安全高程恢复到沉降前的状况,用该替代高程的成本作为安全高程降低后的损失。
典型调查法:对统计资料比较齐全的相关工程、设施以及地面沉降所加剧的某些灾害损失中,利用典型调查法,通过有记载的具体数据资料来获取地面沉降带来的经济损失。
本次评估计算中,地面沉降增加的防汛抢险、风暴潮、洪涝灾害及防灾减灾投入等项中,均采用该方法。