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天津市滨海新区地面沉降经济损失评估

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中国人口・资源与环境 2010年 第20卷 第8期 CHINA POPULATION。砌强DlJRCES AND ENVIRONMENT Vol・20 No・8 2010 天津市滨海新区地面沉降经济损失评估 周 俊 杨建图 姜衍祥 于 强 王 威 胡蓓蓓2 (1.天津市控制地面沉降工作办公室,天津300961;2.天津师范大学城市与环境科学学院,天津300387) 天津市滨海新区是国内外地面沉降最为严重的区域 潮灾害加剧;河流排泄能力的丧失和土壤的盐渍化等。 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…。鉴于天津市滨 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 21307—2020年天津市滨海新区地面沉降量 3 J。“情景” (Scenario)最早出现于1967年Herman Kahn和Wiener合著 的(2o00年》一书中[ 。“情景分析”(Scenario Analysis)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【 J。该方法已广泛应用于灾害预测模拟 IZlzl[9一lo]。 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2 270 kmz,2007年户籍人 151 114.41×lo4人,2O07年实现地区生产总值2 364.08× lOs元l2j。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 一本文设计了最不利、适中和最理想三种情景对2020 。天津市滨海地区出现了塘沽、汉沽、大港三个沉降中 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 心;2008年度,塘沽区、汉沽区和大港区平均沉降量分别为 25 mln、15 lnln和25 lain。1959到2008年累计监测结果显 示,全市最大累计沉降量为3.312 m,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0.982 m(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 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 破坏;海水倒灌造成的地下水质破坏;地面标高损失,风暴 收稿日期:201O一03—22 作者简介:周俊,工程师,主要研究方向为地面沉降研究及技术管理。 *国家自然科学基金重点项目(No.40730526);国家自然科学基金项目(№.删・OlO)和天津师范大学博士基金(No.52)【09ol9)资助。 l54・ 周俊等:天津市滨海新区地面沉降经济损失评估 状态。 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 情景二:2001—2OO7年以实际开采量为准输入,2OO7 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—2O05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—2OO7年以实际开采量为准输入,2007— 2012年地下水开采量,以2OO7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 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 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。 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 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 J。 在保持2007年抽水条件不变情况下(情景一),到 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 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64O Inin,全区平均累计沉降量达268 mn,l。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 程损失:地面沉降导致海挡防护标准降低,海挡工程损失 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,9o% 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520 mlTl,全区平均累计沉降量达l77 nlln。 情景三是目前地下水限采的最理想方案,即南水北调 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 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。情景三21307—2020年累 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。问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 计沉降量实际上是2007—2013年累计沉降量,最大累计沉 降量达150 1Tlnl,全区平均累计沉降量达95 Hu11。 3地面沉降损失评估 3.1经济损失分类 修复、重建费用;港口码头需追加及已经追加的设备费用 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[1 。 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)。 (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 ・ 155 ・ 中国人口・资源与环境2010年第8期 低引起的经济损失。 替代高程的成本作为安全高程降低后的损失。 以上各分项损失计算中,测量标志建设、维护、修复的 典型调查法:对统计资料比较齐全的相关工程、设施 历年费用计入控沉的防灾减灾投人中,港口码头的经济损 以及地面沉降所加剧的某些灾害损失中,利用典型调查 失也作为直接经济损失计入“地面沉降加剧的风暴潮损 法,通过有记载的具体数据资料来获取地面沉降带来的经 失”中,均不再单独计算。 济损失。本次评估计算中,地面沉降增加的防汛抢险、风 3.2评估方法和模型 暴潮、洪涝灾害及防灾减灾投入等项中,均采用该方法。 地面沉降经济损失估算以灾害机理分析为主线,全面 统计推断法:在调查统计基础上,根据灾情数据之间 分析地面沉降对社会、环境各方面危害;以部门统计分析 的某种内在联系或趋势,对没有定量数据年份的损失进行 为主体,便于灾情行业分析和防灾减灾对策制定。相比国 推断的方法。例如:对于天津市历年的洪涝及潮灾损失, 内其他地区地面沉降经济损失评价方案,增加了城市房屋 并不是每一次的灾害都有定量的损失数据,但是,《水利 建筑、环境经济损失的内容。在分项经济损失计算中,主 志》及《年鉴》等文献的收集记载中,对每次的灾情描述都 要采用了以下具体计算方法: 比较完全,可以根据灾害损失数据之间的比例关系对其他 终值法:由于货币时间价值的原因,不同年份受灾体 年份的损失数据进行估算。 的损失不可能是同值的,经济损失也不是简单的评估期内 重置成本法:在估算以往年份受灾体遭受地面沉降造 各项损失的静态代数之和。估算时,应采用计算期内各年 成的损失时,可以用受灾体在估算时点的重置成本作为其 的有关贴现率将相应年份的各类经济损失之和贴现到评 经济损失值。本研究在估算部分水利工程设施及桥梁等 估基准点,相加后才能得出地面沉降灾害经济损失总值。 市政设施的损失时采用了该方法。 设地面沉降灾害造成某区域第 类受灾体在第 年当年的 建设成本或工程费用法:根据水利工程、建筑工程或 经济损失为Sm第 年的折现率为R,则从t1到t 的时 市政工程受灾体受灾损失程度或修复费用、防灾投入的建 段内,以t 为估算时点,该区域因地面沉降造成的总经济 造成本来估算受灾体因地面沉降造成的经济损失。在估 m 0 损失为:S:∑∑Sij[Ⅱ(1+Rf)],式中:S为估算时 算堤防、港口码头、地下深井、地下管线、海挡及排水工程 』=1 i= I i=t‘ 设施时采用该方法。 点地面沉降经济损失;S 为第. 类受灾体在第i年当年的 灾情对比法:主要用于对潮灾和涝灾损失的估算。在 经济损失,i=t ;R 为第 年的折现率,i=t 一,t ; 对潮灾和涝灾进行估算时,由于历史上有相当部分的潮灾 m为受灾体的种类或者损失项目[12- J。 和涝灾在发生后只有灾情描述而无损失统计资料,因而只 影子工程法:该法是一种工程替代的方法,即为了估 能采用灾情对比的方法,并通过修正系数的调整,根据已 算某个不可能直接得到结果的损失项目,假设采用某项实 知灾情的经济损失推算相似灾情的经济损失。 际效果相近但实际上并未进行的工程,以该工程建造成本 间接损失与直接损失比例法:和其他灾害一样,地面 替代评估项目的经济损失的方法。在本次损失评估中,在 沉降造成的损失也是由直接损失和间接损失组成,但是地 计算地面标高资源损失时,就采用了影子工程法,即:用人 面沉降灾害对于每个受灾体所造成的损失,其间接和直接 工填土夯实的方法使安全高程恢复到沉降前的状况,用该 之比相差很大,因此,应根据不同的受灾体类别进行相应 图1地面沉降灾害经济损失分类 Fig.1 Classiifcation of the economic losses induced by land subsidence ・ 156・ 周俊等:天津市滨海新区地面沉降经济损失评估 的取值。另外,由于潮灾和涝灾的间接损失项目多且缺乏 统计资料,难以估算。因此根据对典型年份潮灾和涝灾的 表1 1959—2OO4天津市滨海新区地面沉降经济损失 分析推断,运用已有的研究成果,得到潮灾和涝灾损失的 Tab.1 Economic losses induced by land subsidence in TBNA from 1959 to 20O4 间接损失与直接损失的比例,并以此通过潮灾或涝灾的直 损失值(10s元) 接经济损失来估算其间接经济损失。 经济损失分类 C1assiifcation of the economic losses Economic losses 权重分解法:除地面标高资源的损失外,地面沉降并 (10sYuan) 高程资源损失 不是导致受灾体破坏进而造成经济损失的唯一要素,因此 房屋建筑损失 在估算受灾体损失中地面沉降所引起的那部分损失时,必 市政工程设施损失 须把地面沉降所起作用的权重分解出来。以潮灾为例,地 水利工程损失 水淹水泡 面沉降虽然不是引起潮灾的唯一要素,但却是主要因素。 次生灾害损失 防汛抢险 设地面沉降前防汛墙高程(或地面高程)为 ,沉降后防 风暴潮 涝灾 汛墙高程(或地面高程)为 ,潮灾发生时地面累计沉降 工业损失 量为 ,高潮位为 。毫无疑问,若令 代表潮灾损失 工农业生产损失 农业损失 中地面沉降所占权重,则:当 ≤凰时,潮灾致灾原因只 港口码头损失 生态环境损失 有地面沉降一个,此时 =1;当 >/4o时,潮灾致灾因 防灾减灾投入 素有高潮位与地面沉降2个,假定潮灾损失与地面沉降 总计 量、高潮位呈线性关系,并认为地面沉降与高潮位对潮灾 损失的贡献率相等,则 = /( 一 )【11,BJ。 95 nlm。因此,在情景一下2OO7—2020年天津市滨海新区 地面沉降损失将达122.21×lO8元;情景二下损失将达 比例推广法:由于资料、经费及时间的限制,未能对所 有地面沉降灾害的受灾体逐一进行详细的经济损失统计 80.71×lO8元;情景三下损失将达43.32×l08元。 分析,因此在采用典型调查法对部分有代表性的工程设施 4结论 进行损失统计的基础上,根据工程设施所处区域位置的地 面沉降情况,利用比例推广法来推算整个研究区地面沉降 在保持2007年抽水条件不变情况下(情景一),2007— 造成的灾害损失。 2020年天津市滨海新区最大累计沉降量可达640 rain,全 专家访谈法:专家访谈法是针对特定命题,对具有相 区平均累计沉降量达268 nUTI,地面沉降损失将达122.21× 当资历及代表肚的专家进行访问或组织谈话,综合分析访 lO8元;在抽水量历年递减2%的情况下(情景二),至2O2O 谈内容后,得出研究结论。采用这一研究方法,由于专家 年,最大累计沉降量达520 z砌,全区平均累计沉降量达 177 mill,损失将达80.71×lO8元;南水北调水源逐步替换 的意见一般具有权威性、针对性,不同专家的意见往往相 互印证或补充,还能提供多种视角和多个层面的观点和看 地下水开采,到最后完全替换地下水源(情景三),至2020 法,最终结论往往较为权威、可靠。在损失非市场价值计 能∞m 丌 加 年,最大累计沉降量为150 1TIIn,全区平均累计沉降量为 95 mln,损失将达43.32×lO+元。 量方法选择环节,采用专家访谈法。 3.3评估结果 通过调整地下水开采布局并实施总量控制,可大大减 根据《天津市地面沉降经济损失评估》(天津市控制地 少地面沉降经济损失,但是即使在南水北调水源完全替代 面沉降工作办公室,天津市水利科学研究所.天津市地面 地下水源的理想状态下,2007—2020年天津市滨海新区地 沉降经济损失评估,2008年.),考虑到不同阶段地面沉降 面沉降经济损失仍较大。因此,应从区域社会经济可持续 水准测量资料及相关工程历史资料的记载完整性,根据 发展角度,进一步从法规、工程、技术、行政、经济等多方面 3.1和3.2的理论和方法首先对天津市滨海新区1959— 采取措施,加大控沉力度,增大防灾减灾投入;以提高综合 2OO4年地面沉降损失进行实地调研和评估,评估结果如表 管理水平,增强整体防护能力,减少地面沉降经济损失。 1所示,1959—21304年天津市滨海新区地面沉降损失总计 (编辑:温武军) 达495.1×lO8元,计算得天津市滨海新区每平均沉降1 mm 参考文献(References) 经济损失为0.456×lO8元。 [1]胡蓓蓓,姜衍祥,周俊等.天津市滨海地区地面沉降灾害风险评估 与区划[J J.地理科学,2O08,28(5):693—697.[Hu Beibei,Jiang 依据前述地面沉降预测结果,至2020年,情景一下滨 Yanxiang,Zhou Jun et a1.Assessment and Zonation of Land Subsidence 海新区平均累计沉降量达268 lnnl,情景二下全区平均累 Disaster Risk of Tianjin Binhai Area[J].Scientia Geographica Sinica, 计沉降量达177 inln,情景三下全区平均累计沉降量达 2008,28(5):693—697.] ・ 】57 ・ 中国人口・资源与环境2010年第8期 [2]天津市统计局.天津市统计年鉴2008[M].北京:中国统计出版 (:han ,2006,73(4):405—421. 社,2008:480—509.[ n锄jin Municipal Bureau of Statistics.2OO8 [9]EERI.GuidelinesforDevelopinganEarthquake Scenario[R].Report of ri删in SIatis cal Yearbook[M].Beijing:China Statistisc Press,2008; 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Key words lnad subsidence;scenario analysis;economic losses;Tianjin Binhai New Area ・ 158 ・ 

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