超采地下水引發(fā)的區(qū)域地面沉降動態(tài)風(fēng)險評估及區(qū)劃研究

嚴(yán) 斌

(菏澤市引黃灌溉工程管理服務(wù)中心,山東 菏澤 274000)

1 研究內(nèi)容概要

本文生成的文件將參考土地所有權(quán)在沉降過程中可能出現(xiàn)的一定風(fēng)險和高度不確定性,借助具體數(shù)學(xué)方法和相應(yīng)的信息處理技術(shù),系統(tǒng)地分析土地沉降的形成機制,為便于構(gòu)建反映結(jié)算主要特征的安全風(fēng)險評估體系,綜合各評估方法的優(yōu)缺點,尋求與計算市場監(jiān)管相對應(yīng)的全局評估三維地圖。研究內(nèi)容區(qū)可被認(rèn)為是超量選用地下水資源的工作面總體評價沉降風(fēng)險較小的參考。同時,為了做到土地沉降的長期科學(xué)預(yù)防與控制,能夠臨時預(yù)測一定的表土沉降風(fēng)險,決策者能夠借助外部特征數(shù)據(jù)庫中的動態(tài)數(shù)據(jù)進行決策。

1.1 重大風(fēng)險評估

1.1.1 篩選評價指標(biāo)體系

大多數(shù)情況下,在具體分析土地權(quán)屬結(jié)算的控制機制和解決結(jié)算方式的基礎(chǔ)上,借助關(guān)聯(lián)分析,化學(xué)分析造成土地權(quán)屬結(jié)算的因素,選擇可能真實反映土地權(quán)屬結(jié)算的外部因素特征的影響因素被認(rèn)為是風(fēng)險評估的重要參考指標(biāo)。詳見表1。

表1 危險性評價指標(biāo)體系及指標(biāo)權(quán)重

1.1.2 沉降滯時研究

由于地面沉降可能發(fā)生延遲,只有兩次,是在地下水資源過度使用一段時間后,自然發(fā)生的。有必要研究表土沉降的時間跨度,以確定反映當(dāng)前表土沉降的地下水資源強度,以確保安全風(fēng)險評估的最終規(guī)范性。

1.1.3 評價指標(biāo)體系的確定

其所在區(qū)域的沉降風(fēng)險評價和評價指標(biāo)體系的計算是重要的一環(huán)。計算評價指標(biāo)體系,主要有層次分析法、化學(xué)成分分析法、灰色系統(tǒng)分析法等常用的方法。對所在地區(qū)研究內(nèi)容,進行安全風(fēng)險評估時,應(yīng)參考基本指標(biāo)并結(jié)合計算,選擇最合適、最具體的方法。

1.1.4 3D圖形評價

目前,安全風(fēng)險評估,通常包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、信息法、定性分析與推理、模糊綜合評估法、敏感因素模型等,通過分析比較各種評估方法的長處與不足,取長補短,建立反映土地沉降特點的風(fēng)險評估模型。

1.1.5 極高風(fēng)險性評估

首先確定其價值多少和權(quán)重指標(biāo)值,然后繼續(xù)結(jié)合相應(yīng)的安全風(fēng)險評估三維地圖,采取使用具體分析GIS所在區(qū)域的方法,在計算出的范圍內(nèi)進行具體分析兩個時間段研究內(nèi)容能夠預(yù)測的區(qū)域土地所有權(quán)沉降的可能性比較小。

1.2 脆弱性評價

首先,要綜合分析研究該地區(qū)的基本構(gòu)成,發(fā)生地陷的土地權(quán)屬類型和土地權(quán)屬數(shù)量是否符合當(dāng)今社會家庭經(jīng)濟條件,以及然后繼續(xù)細分相關(guān)材料的基本構(gòu)成。統(tǒng)計和調(diào)查不同相關(guān)主體的分布和數(shù)量,借助對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析,受災(zāi)土地所有權(quán)造成的破壞程度、損失率構(gòu)建研究內(nèi)容所在區(qū)域的土地出讓不確定性評價指標(biāo)體系,選擇合適的具體方法確定各基礎(chǔ)指標(biāo)的權(quán)重值,根據(jù)各個指標(biāo)所占的權(quán)重,確定基于GIS的來評估其脆弱性。詳見表2所示。

表2 易損性評價指標(biāo)體系及指標(biāo)權(quán)重

1.3 總體確定性風(fēng)險動態(tài)總體評價

如果想到達這樣的效果,必須能夠預(yù)測當(dāng)今社會經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展,我們一定要得以預(yù)測某些風(fēng)險并進行動態(tài)的安全風(fēng)險評估,而不是局限于靜態(tài)的安全風(fēng)險評估。一般情況下,往往根據(jù)上述相關(guān)安全風(fēng)險評估的相關(guān)知識,選擇具備聯(lián)系的動態(tài)評估方法,比如投影研究的內(nèi)容和活性聚合方法、有機化合物基本元素的可拓方法、馬爾可夫方法和最小二乘法或不同特定方法的組合。對研究區(qū)表土壤沉降的某些風(fēng)險,進行動態(tài)綜合評價。本文通過算術(shù)平均綜合評價和數(shù)據(jù)分析,動態(tài)綜合評價地下水開采區(qū)土地權(quán)屬安置相對確定的風(fēng)險。

2 動態(tài)風(fēng)險評估指標(biāo)的量化

按照風(fēng)險等級的不同,綜合各評價指標(biāo)和影響因素,構(gòu)建地下水超采地區(qū)的動態(tài)風(fēng)險評估指標(biāo)體系,劃分各指標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn),詳細見表3。

表3 地面沉降動態(tài)風(fēng)險評估指標(biāo)體系及指標(biāo)分類標(biāo)

3 區(qū)域分析

3.1 區(qū)域基本情況

單縣位于山東省西南部,魯、豫、皖、蘇四省交界處。單縣年均地下水資源量4.47億 m3,人均地下水資源市場占有量351.83 m3,是全國平均水平的6倍,是單縣最重要的地下水資源,地下水資源年均自來水供應(yīng)量占自來水供應(yīng)總量的60%以上。它對保障單縣國民經(jīng)濟發(fā)展起著至關(guān)重要的作用,是人民生產(chǎn)生活的唯一用水。全縣地下水資源年均總量減少到3.172億 m3。2017年地下水資源長期可供量16 819萬 m3,地下水開采率為53.0%。

當(dāng)前,單縣生態(tài)環(huán)境治理,一方面是生態(tài)環(huán)境治理。參照“開采即超采”的具體基本原則,結(jié)合持續(xù)承壓淺水,將全年范圍內(nèi)深部連續(xù)承壓水礦井劃分為持續(xù)承壓淺水超采采煤工作面。單縣淺水和連續(xù)承壓水超采總面積1 702 km2,連續(xù)承壓淺水超采面積1 060萬 m3/a。地下水資源實際運行自定義模數(shù)一般為55-10(/(·a));考慮到連年開采的地下水濃度較高,水位上升的持續(xù)時間將縮短,更容易引起該地區(qū)的沉降。在超采范圍內(nèi)的巖土層,地下水資源被快速釋放,裸露地面被壓實,厚度要求降低,從而致使頂層巖石出現(xiàn)不均勻沉降。地表土壤被完全覆蓋,鑒于自身的實際重量,排水管一般自上而下移動、折疊變形,逐漸向星球表面發(fā)展,造成地表土壤變形,大型建筑物開裂和建筑物屋頂?shù)膲Ρ?并造成巨大的經(jīng)濟損失。與水利水電工程開挖水源相比,地下水資源超采造成的土地權(quán)屬分區(qū)格式的范圍也非常大。

3.2 不同開采量下區(qū)域不均勻沉降風(fēng)險動態(tài)評價結(jié)果

針對各地地下水開采強度不同的特點,對土地所有權(quán)沉降風(fēng)險進行了動態(tài)綜合評估。從總體評價的具體分析可以看出,隨著時間的推移地下水資源地質(zhì)勘探強度的動態(tài)轉(zhuǎn)移,本區(qū)域相對確定的地表土壤沉降風(fēng)險,呈現(xiàn)出明顯的動態(tài)變化。隨著時間的推移,地下水開采強度逐漸加大,平均而言,一定的風(fēng)險和高風(fēng)險所在的區(qū)域會逐漸消失和擴大。合計/(a),中等風(fēng)險所在區(qū)域約占45%。隨著時間的推移,地下水開采強度可加大,中等風(fēng)險區(qū)域減少,中等以上風(fēng)險區(qū)域提高尤為顯著,地下水資源不足的一定風(fēng)險持續(xù)存在提高。Total/(a),長方形面積中屬于高危居住區(qū)的百分比,約占15%。

3.3 不同生態(tài)環(huán)境治理比例下部分地面沉降風(fēng)險動態(tài)評價結(jié)果

廣泛的應(yīng)用評估不同百分比的地下水抽取、土地利用規(guī)劃不當(dāng)?shù)膭討B(tài)風(fēng)險。借助不同生態(tài)環(huán)境治理比例下地表土壤沉降動態(tài)安全風(fēng)險評估可以看出,區(qū)域地表土壤沉降屬于生態(tài)環(huán)境治理比例可進一步提升的高風(fēng)險分布區(qū)相對集中,該區(qū)域表土沉降風(fēng)險最低。參照結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果,當(dāng)?shù)叵滤Y源生態(tài)環(huán)境惡化比例在15%～20%之間時,表層土壤不足處于高風(fēng)險的可能性較小,比例在30%-50%左右,但應(yīng)當(dāng)需要合理規(guī)劃所在地區(qū)地下水資源的開采比例。隨著時間的推移生態(tài)環(huán)境治理的逐漸消失和增強,深層地下地質(zhì)勘探的某些風(fēng)險相對集中。該區(qū)地下水資源開采深度大多較高,地質(zhì)地貌較為穩(wěn)定。與預(yù)想不同的是,地下地質(zhì)勘探的某些風(fēng)險相對較小。

3.4 不同生態(tài)環(huán)境治理比例下土壤沉降反應(yīng)速率具體分析

考慮到土地利用規(guī)劃不足率從某種角度看來,這對于區(qū)域地下水資源研發(fā)的合理規(guī)劃不可或缺,僅對土地出讓率下的土地利用規(guī)劃不足率進行動態(tài)分析不同城市的所有權(quán)。從具體分析可以看出,不同生態(tài)環(huán)境治理比例下的表層土壤低估率與表土沉降安全風(fēng)險評估完全一致,土壤低估淺層為高危區(qū)的動態(tài)沉降表土的反應(yīng)速度也比較大。各區(qū)域表土沉降反應(yīng)速率可達55 mm/A以上,部分區(qū)域表土沉降反應(yīng)速率大于65 mm/A。建議對對該區(qū)的地下水資源進行合理的地質(zhì)勘探和保護,降低表層土沉降反應(yīng)率,保護水文地質(zhì)環(huán)境,在沉降風(fēng)險較低、地表土壤沉降反應(yīng)率為0～40 mm/A的地區(qū),可合理抽取地下水,但也一定要增強地下水礦區(qū)不規(guī)則沉降動態(tài)工作頻率的持續(xù)監(jiān)測。在表土沉降反應(yīng)率為5～40 mm/A的區(qū)域,建議將該區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理率嚴(yán)格控制在5%以下,以降低表土沉降反應(yīng)速率,表土沉降的可能性較小。

4 防患策略分析

(1)借助地下水補給資源提高與沉降表層土的垂直距離。一般而言,在其他表土沉降風(fēng)險較高的地區(qū),可采取使用地下水補給措施,進一步提高表土沉降的垂直距離?？紤]到地下水資源的阻力,從而致使表層土壤顆粒發(fā)生彈性運動,借助可補給地下水資源的逐漸消失,與土壤裸露區(qū)的垂直距離能夠逐漸減小,從某種角度來看,它能夠防止表土下沉。

(2)改善所在地區(qū)的優(yōu)質(zhì)地表水供應(yīng)。全面推進生態(tài)區(qū)域補水工程建設(shè),力度非常大。借助進一步提升其他水不平衡地區(qū)的生態(tài)補水量和水處理量,可用于進一步提升本地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化地區(qū)的地下水資源開采量地下水資源量百分比宜減少,使在疫情高風(fēng)險地區(qū)開采地下水資源的要求更加合理和規(guī)范。

(3)能夠?qū)嵤┰鰪婈P(guān)注環(huán)境和產(chǎn)品成本的財政政策和貨幣政策。從某種角度來說,對于地下水開采的直接受益者,我們一定要合理計算土地利用規(guī)劃不充分所造成的影響,即水資源利用率和土地權(quán)屬帶來的高風(fēng)險和中度風(fēng)險地區(qū)損失率和人員成本以及地下水資源的充分利用資源率。

(4)增強所在區(qū)域地下水資源的日常監(jiān)督管理。借助于進一步提升區(qū)域地下水資源和地表土壤分區(qū)深度連續(xù)監(jiān)測的工作頻率和強度,實時更新地下水資源深度動態(tài)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和地下水資源選用的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù),逐步完善運行管理體系區(qū)域地下水資源,促進其所在區(qū)域地下水開采的日常有效監(jiān)督管理,尤其是在生態(tài)環(huán)境治理比例較高的區(qū)域,要嚴(yán)格采取地下水破壞補救措施資源,借助相關(guān)法律法規(guī),保護地下水資源,降低地表土壤沉降風(fēng)險。

5 結(jié)語

在地下水資源超采區(qū),地表土壤沉降存在一定風(fēng)險,在動態(tài)綜合評價中,建議將地表土壤低估權(quán)重值的時間累加值確定在0.6～0.65之間,以進行安全風(fēng)險評價和生態(tài)保護。對于高度不確定性的整體評估,確定0.24和0.28地下水超采比例。在單縣地下水勘探高風(fēng)險區(qū),表層土壤利用率不足在55～65 mm/A之間,建議地質(zhì)勘探強度嚴(yán)格控制在3/(A)以下,適當(dāng)回饋地下水資源,逐步提高該地區(qū)表層土的垂直距離。本文所建立的地面沉降動態(tài)風(fēng)險評估,未考慮地質(zhì)條件指標(biāo)影響,今后應(yīng)參照區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造,確定對應(yīng)的基本指標(biāo)與施工難度。