地面沉降与地下水开采相关关系及沉降预测

计划》，封停机井、压采地下水，使水位下降和地面沉降得到缓解。2009年，中心城区先期完成了地下水用户的水源转换工作。截止目前，环城四区目前有机井2 790眼，合计开采地下水6 001.6万m3/a[5-6]。

（2）滨海新区。滨海新区包括塘沽区、汉沽区和大港区。塘沽区在引滦入塘前大量开采深层地下水，1985年地下水开采量达3 000万m3，超采量在1倍以上，造成地下水位大幅下降和地面沉降，20世纪80年代后期实施引滦入塘后水位开始回升。汉沽区工农业用水主要靠开采地下水，深层淡水—直处于超采状态。大港区目前外调水源不足，工农业和生活用水主要靠开采深层地下水，深层地下水一直处于超采状态，尤以城市规划控制范围最为严重。截止目前，滨海新区目前有机井2 191眼，合计开采地下水7 186.69万m3/a[7-8]。

（3）两区两县。其余开采地下水的区域主要分布于宝坻区、武清区、宁河县和静海县。截止目前，两区两县目前有机井10 141眼，合计开采地下水15 588.61万m3/a。

本文的研究范围主要涉及天津市中心城区和滨海新区（包括塘沽区、汉沽区和大港区）。

2 地面沉降与地下水开采相关关系

2.1 模型理论

一般情况下，沉降量与地下水年开采量之间相关性差，但逐年累计沉降量与地下水逐年累计开采量间相关性很好，通过累计沉降量和累计开采量之间的一元相关分析，可以克服地下水开采量和沉降量间的滞后性，并减小数据的零散程度、突出规律性。据此建立两者之间的相关方程：

3.2 模型验证

为研究地面沉降与地下水开采的相关性，本文利用1980年-2013年地下水开采量和地面沉降值计算天津市中心城区、塘沽区、汉沽区和大港区逐年累计沉降量和累计开采量，见图2和图3。

将1980年-2013年的各监测区域的累积地下水开采量代入相应回归方程，可得各年度的累积地面沉降量，与实际累计沉降量进行比较，结果见图4。

将上述四个区域年沉降量和累计沉降量模拟结果与实际监测的数据进行误差分析，其结果见表2所示。可以看出，利用相关性模型模拟的年度地面沉降量效果不理想，总体误差大，其中只有11.9%的数据拟合的误差率在10%以内。利用相关性模型模拟的累计地面沉降量效果较好，其中62.4%的数据误差在10%以内，34.3%的数据误差在10%～30%，误差率30%以上的数据仅有5.1%。

通过上述分析可得到，相关性模型在模拟年度地面沉降量时误差大，模拟累计地面沉降量时误差小，可以认为模型适用于以累计地下水开采量为参数的累计地面沉降量的模拟。

3 地面沉降趋势预测

天津市中心城区从2011年开始已实现地下水全部禁采。根据《天津市地面沉降防治规划（2011年-2020年）》[12]和《天津市地下水压采实施方案》[13]，从2013年开始将按照先城区后农村、先严重超采区后一般超采区、先生产用水后生活用水的原则，逐步安排深层孔隙地下水水源转换工作，并将滨海新区作为水源转换的重点工作区域。2014年天津市实现南水北调通水，由于大量替代水源的出现，天津市深层地下水开采量大幅减少，整体供水形势发生巨大变化。本文根据今后几年天津市外调水源和地下水开采的情况，设计三种地下水开采方案（见表3），采用地面沉降与地下水开采量相关性模型方法分别对塘沽区、汉沽区和大港区的累计地面沉降量进行预测。模型输入为累计地下水开采量，模型输出为累计地面沉降量，并计算年度的沉降量。预测结果见图6-图8。

预测结果显示，方案1和方案2情况下地面沉降趋势将进一步加大，其中若采用方案1，到2020年塘沽区、汉沽区和大港区的年均沉降量与现状变化不大，而累计沉降量将分别达到815.05 mm、1 232.29 mm和1 024.82 mm。在考虑地下水压采即方案3情况下，塘沽区、汉沽区和大港区的年沉降量分别下降到7.5 mm、0.92 mm和0.79 mm，同时到

2020年累计沉降量分别为759.67 mm、1 113.13 mm和868.57 mm。从表5可以看出，方案3较方案1年沉降量降低比率约68.29%，累计沉降量降低比率约5.47%；方案3较方案2年沉降量降低比率约65.65%，累计沉降量降低比率约4.97%。因此，南水北调天津输水工程通水后将大幅减缓天津市的地面沉降速率，对于遏制沉降地质灾害的进一步发展起到至关重要的作用。

4 结论

（1）地面沉降与地下水开采量相关性模型在模拟年度地面沉降量时误差较大，而模拟累计地面沉降量时误差较小，因此此模型较适用于以累计地下水开采量为变量的累计地面沉降量的模拟。

（2）根据三种不同的地下水开采方案下2014年-2020年地面沉降量的预测结果，方案3最优，其较方案1年沉降量降低比率约68.29%，累计沉降量降低比率约5.47%；较方案2年沉降量降低比率约65.65%，累计沉降量降低比率约4.97%。即南水北调天津输水工程通水后，若采用方案3将大幅降低天津市地面沉降速率。因此应尽快进行其他区域水源转换，严格控制地下水开采，以有效遏制地面沉降的发展。[HJ2.3mm]

参考文献（References）：

[1] 段晓峰，许学工，王若柏.天津沿海地区地面沉降及其影响因素[J].北京大学学报，2014，50（6）：1071-1076.（DUAN Xiao-feng，XU Xue-gong，WANG Ruo-bai.Land subsidence and its influencing factors in Tianjin Coastal Area[J].Journal of Peking University，2014，50（6）：1071-1076.（in Chinese））

[2] 胡琪坤.天津市地下水功能分区及地下水位研究[D].天津：天津大学，2012.（HU Qi-kun.Study on function zoning and the control level of groundwater in Tianjin City[D].Tianjin：Tianjin University，2012.（in Chinese））

[3] 王淼.天津市中心城区地面沉降成因分析[D].天津：天津大学，2013.（WANG Miao.Analysis of land subsidence of factors in Tianjin city center downtown[D].Tianjin：Tianjin University，2013.（in Chinese））

[4] 郑芃.天津市地下水资源综合控制指标研究[D].天津：天津大学，2011（ZHENG Peng.Research on the indexes for integrated control of groundwater resources in Tianjin[D].Tianjin：Tianjin University，2013.（in Chinese））

[5] 段永侯，王家兵，王栗斌，等.天津市地下水资源与可持续利用[J].水文地质工程地质，2004 （3）：29-39.（DUAN Yong-hou，WANG Jia-bin，WANG Li-bin，et al.Groundwater resources and its sustainable development in Tianjin[J].Hydrogeology and Engineering Geology，2004 （3）：29-39.（in Chinese））

[6] 董克刚，王威，于强，等.天津市地面沉降防治历史的调查研究及启示[J].中国地质灾害与防治学报，2008，19（3）：54-59.（DONG Kegang，WANG Wei，YU Qiang，et al.History and enlightenment of land subsidence controlling in Tianjin City[J].The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2008，19（3）：54-59.（in Chinese））

[7] 胡海军，宫爱玺.天津市汉沽区深层地下水演变研究[J].地下水，2014，36（2）：22-24.（HU Aijun，GONG Aixi.Study on deep groundwater evolution in Hangu District of Tianjin[J].Ground Water，2014，36（2）：22-24.（in Chinese））

[8] 黄晓明，丁尚起，王润华.浅析塘沽区地面沉降原因与控制[J].地下水，2009，31（1）：135-137.（HUANG Xiao-ming，DING Shang-qi，WANG Run-hua.Cause and control of land subsidence in Tanggu District[J].Ground Water，2009，31（1）：135-137.（in Chinese））

[9] 潘云，潘建刚，宫辉力，等，等.天津市区地下水开采与地面沉降关系研究[J].地球与环境，2004，32（2）：36-39.（PAN Yun，PAN Jian-gang，GONG Hui-li，et al.Research on the relation between groundwater exploitation and subsidence in Tianjin Proper[J].Earth and Environment，2004，32（2）：36-39.（in Chinese））

[10] 刘江侠，张建中，刘波.滨海地区地下水开采对地面沉降的影响分析[J].海河水利，2013（1）：3-5.（LIU Jiang-xia，ZHANG Jian-zhong，LIU Bo.Analysis of effect of groundwater exploitation on land subsidence in coastal area[J].Haihe Water Resources，2013（1）：3-5.（in Chinese））

[11] 许烨霜，余恕国，沈水龙.地下水开采引起地面沉降预测方法的现状与未来[J].防灾减灾工程学报，2006，26（3）：352-357.（XU Ye-shuang，YU Shu-guo，SHEN Shui-long.State-of-the-art of approaches of predicting land subsidence due to groundwater with drawal[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，2006，26（3）：352-357.（in Chinese））

[12] 天津市地面沉降防治规划（2011-2020年）[R].天津市控制地面沉降办公室，2011.（Prevention and Control Planning of Ground Subsidence in Tianjin（2011-2020）[R].Ground Subsidence Control Office of Tianjin，2011.（in Chinese））

[13] 天津市地下水压采实施方案[R].天津市地下水资源管理办公室，2013.（ Underground Water Mining Scheme of Tianjin[R].Groundwater Resources Management Office of Tianjin，2013.（in Chinese））

[14] 王吉杰，张媛媛.渤海新区地下水开采现状、影响及对策[J].水利科技与经济，2012，18（1）：78-80.（WANG Ji-jie，ZHANG Yuan-yuan.Groundwater exploitation status，influence and countermeasures of Bohai New District[J].Water Conservancy Science and Technology and Economy，2012，18（1）：78-80.（in Chinese））

[15] 胡蓓蓓.天津市滨海新区主要自然灾害风险评估[D].上海：华东师范大学，2009.（HU Bei-bei.Major natural disaster risk assessment of Tianjin Binhai New Area[D].Shanghai：East China Normal University，2009.（in Chinese））

[16] 金江军，潘 懋.我国地面沉降灾害现状与防灾减灾对策[J].灾害学，2007.22（1）：118-120.（JIN Jiang-jun，PAN Mao.Status of land subsidence damages and strategy for disaster prevention and mitigation in China[J].Journal of Catastrophology，2007.22（1）：118-120.（in Chinese））

[17] 李征，周潮洪，任必穷，等.天津市地面沉降及其对行洪河道的影响[J].海河水利，2009 （1）：23-25.（LI Zheng，ZHOU Chao-Hong，REN Bi-qiong，et al，The ground subsidence in Tianjin city and its influence on the river[J].Haihe Water Resources，2009 （1）：23-25.（in Chinese））

[18] 刘艳艳，李志华，刘耀峰，等.地面沉降对永定河中下游防洪安全影响分析[J].中国水利水电科学研究院学报，2014，3（1）：42-45.（LIU Yan-yan，LI Zhi-hua，LIU Yao-feng，et al.The impact of ground settlement on the flood control in middle and lower reaches of Yongding River[J].Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research，2014，3（1）：42-45.（in Chinese））

[19] 吴清海.地面沉降预测方法的探讨[J].测绘通报，2009（2）：46-47.（WU Qing-hai.Discussion of land subsidence prediction methods[J].Bulletin of Surveying and Mapping，2009（2）：46-47.（in Chinese））

[20] 周潮洪，刘波.天津市地面沉降对水利工程的影响分析研究[J].工程地质学报，2005（13）：135-139（ZHOU Chao-hong，LIU Bo.Study on the influence of land subsidence on water conservancy project in Tianjin[J].Journal of Engineering Geology，2005（13）：135-139.（in Chinese））

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