超采地下水引发的区域地面沉降动态风险评估及区划研究

严 斌

(菏泽市引黄灌溉工程管理服务中心,山东 菏泽 274000)

1 研究内容概要

本文生成的文件将参考土地所有权在沉降过程中可能出现的一定风险和高度不确定性,借助具体数学方法和相应的信息处理技术,系统地分析土地沉降的形成机制,为便于构建反映结算主要特征的安全风险评估体系,综合各评估方法的优缺点,寻求与计算市场监管相对应的全局评估三维地图。研究内容区可被认为是超量选用地下水资源的工作面总体评价沉降风险较小的参考。同时,为了做到土地沉降的长期科学预防与控制,能够临时预测一定的表土沉降风险,决策者能够借助外部特征数据库中的动态数据进行决策。

1.1 重大风险评估

1.1.1 筛选评价指标体系

大多数情况下,在具体分析土地权属结算的控制机制和解决结算方式的基础上,借助关联分析,化学分析造成土地权属结算的因素,选择可能真实反映土地权属结算的外部因素特征的影响因素被认为是风险评估的重要参考指标。详见表1。

表1 危险性评价指标体系及指标权重

1.1.2 沉降滞时研究

由于地面沉降可能发生延迟,只有两次,是在地下水资源过度使用一段时间后,自然发生的。有必要研究表土沉降的时间跨度,以确定反映当前表土沉降的地下水资源强度,以确保安全风险评估的最终规范性。

1.1.3 评价指标体系的确定

其所在区域的沉降风险评价和评价指标体系的计算是重要的一环。计算评价指标体系,主要有层次分析法、化学成分分析法、灰色系统分析法等常用的方法。对所在地区研究内容,进行安全风险评估时,应参考基本指标并结合计算,选择最合适、最具体的方法。

1.1.4 3D图形评价

目前,安全风险评估,通常包括人工神经网络模型、信息法、定性分析与推理、模糊综合评估法、敏感因素模型等,通过分析比较各种评估方法的长处与不足,取长补短,建立反映土地沉降特点的风险评估模型。

1.1.5 极高风险性评估

首先确定其价值多少和权重指标值,然后继续结合相应的安全风险评估三维地图,采取使用具体分析GIS所在区域的方法,在计算出的范围内进行具体分析两个时间段研究内容能够预测的区域土地所有权沉降的可能性比较小。

1.2 脆弱性评价

首先,要综合分析研究该地区的基本构成,发生地陷的土地权属类型和土地权属数量是否符合当今社会家庭经济条件,以及然后继续细分相关材料的基本构成。统计和调查不同相关主体的分布和数量,借助对相关数据的分析,受灾土地所有权造成的破坏程度、损失率构建研究内容所在区域的土地出让不确定性评价指标体系,选择合适的具体方法确定各基础指标的权重值,根据各个指标所占的权重,确定基于GIS的来评估其脆弱性。详见表2所示。

表2 易损性评价指标体系及指标权重

1.3 总体确定性风险动态总体评价

如果想到达这样的效果,必须能够预测当今社会经济发展的可持续发展,我们一定要得以预测某些风险并进行动态的安全风险评估,而不是局限于静态的安全风险评估。一般情况下,往往根据上述相关安全风险评估的相关知识,选择具备联系的动态评估方法,比如投影研究的内容和活性聚合方法、有机化合物基本元素的可拓方法、马尔可夫方法和最小二乘法或不同特定方法的组合。对研究区表土壤沉降的某些风险,进行动态综合评价。本文通过算术平均综合评价和数据分析,动态综合评价地下水开采区土地权属安置相对确定的风险。

2 动态风险评估指标的量化

按照风险等级的不同,综合各评价指标和影响因素,构建地下水超采地区的动态风险评估指标体系,划分各指标的分类标准,详细见表3。

表3 地面沉降动态风险评估指标体系及指标分类标

3 区域分析

3.1 区域基本情况

单县位于山东省西南部,鲁、豫、皖、苏四省交界处。单县年均地下水资源量4.47亿 m3,人均地下水资源市场占有量351.83 m3,是全国平均水平的6倍,是单县最重要的地下水资源,地下水资源年均自来水供应量占自来水供应总量的60%以上。它对保障单县国民经济发展起着至关重要的作用,是人民生产生活的唯一用水。全县地下水资源年均总量减少到3.172亿 m3。2017年地下水资源长期可供量16 819万 m3,地下水开采率为53.0%。

当前,单县生态环境治理,一方面是生态环境治理。参照“开采即超采”的具体基本原则,结合持续承压浅水,将全年范围内深部连续承压水矿井划分为持续承压浅水超采采煤工作面。单县浅水和连续承压水超采总面积1 702 km2,连续承压浅水超采面积1 060万 m3/a。地下水资源实际运行自定义模数一般为55-10(/(·a));考虑到连年开采的地下水浓度较高,水位上升的持续时间将缩短,更容易引起该地区的沉降。在超采范围内的岩土层,地下水资源被快速释放,裸露地面被压实,厚度要求降低,从而致使顶层岩石出现不均匀沉降。地表土壤被完全覆盖,鉴于自身的实际重量,排水管一般自上而下移动、折叠变形,逐渐向星球表面发展,造成地表土壤变形,大型建筑物开裂和建筑物屋顶的墙壁,并造成巨大的经济损失。与水利水电工程开挖水源相比,地下水资源超采造成的土地权属分区格式的范围也非常大。

3.2 不同开采量下区域不均匀沉降风险动态评价结果

针对各地地下水开采强度不同的特点,对土地所有权沉降风险进行了动态综合评估。从总体评价的具体分析可以看出,随着时间的推移地下水资源地质勘探强度的动态转移,本区域相对确定的地表土壤沉降风险,呈现出明显的动态变化。随着时间的推移,地下水开采强度逐渐加大,平均而言,一定的风险和高风险所在的区域会逐渐消失和扩大。合计/(a),中等风险所在区域约占45%。随着时间的推移,地下水开采强度可加大,中等风险区域减少,中等以上风险区域提高尤为显着,地下水资源不足的一定风险持续存在提高。Total/(a),长方形面积中属于高危居住区的百分比,约占15%。

3.3 不同生态环境治理比例下部分地面沉降风险动态评价结果

广泛的应用评估不同百分比的地下水抽取、土地利用规划不当的动态风险。借助不同生态环境治理比例下地表土壤沉降动态安全风险评估可以看出,区域地表土壤沉降属于生态环境治理比例可进一步提升的高风险分布区相对集中,该区域表土沉降风险最低。参照结合数据分析结果,当地下水资源生态环境恶化比例在15%～20%之间时,表层土壤不足处于高风险的可能性较小,比例在30%-50%左右,但应当需要合理规划所在地区地下水资源的开采比例。随着时间的推移生态环境治理的逐渐消失和增强,深层地下地质勘探的某些风险相对集中。该区地下水资源开采深度大多较高,地质地貌较为稳定。与预想不同的是,地下地质勘探的某些风险相对较小。

3.4 不同生态环境治理比例下土壤沉降反应速率具体分析

考虑到土地利用规划不足率从某种角度看来,这对于区域地下水资源研发的合理规划不可或缺,仅对土地出让率下的土地利用规划不足率进行动态分析不同城市的所有权。从具体分析可以看出,不同生态环境治理比例下的表层土壤低估率与表土沉降安全风险评估完全一致,土壤低估浅层为高危区的动态沉降表土的反应速度也比较大。各区域表土沉降反应速率可达55 mm/A以上,部分区域表土沉降反应速率大于65 mm/A。建议对对该区的地下水资源进行合理的地质勘探和保护,降低表层土沉降反应率,保护水文地质环境,在沉降风险较低、地表土壤沉降反应率为0～40 mm/A的地区,可合理抽取地下水,但也一定要增强地下水矿区不规则沉降动态工作频率的持续监测。在表土沉降反应率为5～40 mm/A的区域,建议将该区域生态环境治理率严格控制在5%以下,以降低表土沉降反应速率,表土沉降的可能性较小。

4 防患策略分析

(1)借助地下水补给资源提高与沉降表层土的垂直距离。一般而言,在其他表土沉降风险较高的地区,可采取使用地下水补给措施,进一步提高表土沉降的垂直距离。考虑到地下水资源的阻力,从而致使表层土壤颗粒发生弹性运动,借助可补给地下水资源的逐渐消失,与土壤裸露区的垂直距离能够逐渐减小,从某种角度来看,它能够防止表土下沉。

(2)改善所在地区的优质地表水供应。全面推进生态区域补水工程建设,力度非常大。借助进一步提升其他水不平衡地区的生态补水量和水处理量,可用于进一步提升本地区生态环境恶化地区的地下水资源开采量地下水资源量百分比宜减少,使在疫情高风险地区开采地下水资源的要求更加合理和规范。

(3)能够实施增强关注环境和产品成本的财政政策和货币政策。从某种角度来说,对于地下水开采的直接受益者,我们一定要合理计算土地利用规划不充分所造成的影响,即水资源利用率和土地权属带来的高风险和中度风险地区损失率和人员成本以及地下水资源的充分利用资源率。

(4)增强所在区域地下水资源的日常监督管理。借助于进一步提升区域地下水资源和地表土壤分区深度连续监测的工作频率和强度,实时更新地下水资源深度动态数据库数据和地下水资源选用的数据库数据,逐步完善运行管理体系区域地下水资源,促进其所在区域地下水开采的日常有效监督管理,尤其是在生态环境治理比例较高的区域,要严格采取地下水破坏补救措施资源,借助相关法律法规,保护地下水资源,降低地表土壤沉降风险。

5 结语

在地下水资源超采区,地表土壤沉降存在一定风险,在动态综合评价中,建议将地表土壤低估权重值的时间累加值确定在0.6～0.65之间,以进行安全风险评价和生态保护。对于高度不确定性的整体评估,确定0.24和0.28地下水超采比例。在单县地下水勘探高风险区,表层土壤利用率不足在55～65 mm/A之间,建议地质勘探强度严格控制在3/(A)以下,适当回馈地下水资源,逐步提高该地区表层土的垂直距离。本文所建立的地面沉降动态风险评估,未考虑地质条件指标影响,今后应参照区域地质构造,确定对应的基本指标与施工难度。