・第４０卷第１４期 ２５０・ ２ ０ １ ４年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１４ Ｍａｖ． ２０１４ ・水利工程・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１４）１４—０２５０—０２ 南水北调对天津市地面沉降的影响分析 徐冬 崔立 （１．天津市控制地面沉降工作办公室，天津易长荣 ２１００３６） ３０００６１；２．南京国图信息产业股份有限公司，江苏南京摘要：以南水北调对天津市地面沉降的影响为研究对象，根据南水北调配套工程进度核算未来的地下水开采规模，并利用ＢＰ神 经网络，对２０２４年最大区域地面沉降速率进行了预测，得出了一些有价值的结论。 关键词：南水北调，地下水，地面沉降 中图分类号：ＴＵ４７８ 文献标识码：Ａ １ 概述 天津市是北方缺水城市之一，因过度开采地下水，导致地下 经济发展需求的限制，当压采到一定程度时，已经没有多余的可替 代水源，开展节水措施的潜力也逐渐消失，地下水开采量很难进一 土层压密，引发了地面沉降。引滦入津工程对天津市地面沉降影 步减少，因此近几年天津市地下水开采量基本维持在一个稳定的 ６亿 ，平 响很大，通水后大批地下水机井封停，中心城区和塘沽地面沉降漏 水平。２０１１年，中心城区和近郊四区地下水开采量０．６／ｋｍ 。中心城区和近郊四区的工业开采 斗中心的沉降速率从２０世纪８０年代的１００ ｒａｍ／年降为２００３年的 均开采强度为３．１万ｍ 而农业开采地下 ３０ ｍｍ／年 Ｊ。同样，南水北调工程（本文指中线工程）也将对天 地下水具有在时间上连续和空间上集中的特点，水具有季节性，一般集中在春季和夏季。 津市地面沉降趋势和格局产生深远影响。 天津市中心城区和近郊四区（东丽区、西青区、津南区和北辰 ２０世纪８０年代以来中心城区地面沉降漏斗中心沉降量有了 区）总面积２ １２４ ｋｍ ，是近３０年来地面沉降发展比较典型的两类 明显减小。而２０世纪９０年代以来，近郊吸收了大部分的中心城 大力推动工业园区的建设，对地下水开采量依赖增加，地 区域。地下水是该地区经济发展的重要保障，但是超采地下水形 区工业，成了严峻的地面沉降形势，给城市发展带来严重威胁，一定程度 面沉降发展迅速，区域平均地面沉降速率从２Ｏ世纪９０年代初的 ００３年的５０ ｍｍ／年，漏斗中心的沉降速率则达到 上又制约了经济的可持续发展。２０世纪８０年代，天津中心城区 ２０ ｍｍ／年发展到２１３０ ａｒｍ／年。近年来，中心城区地面沉降形势趋于稳定，平均沉降 在引滦通水后地面沉降趋势明显好转，而近郊地区因为工业迅猛 １ 发展，但没有足够地表水源，地面沉降速率明显加快。分析这两 速率能保持在２５ ｍｍ／年以下。类区域在南水北调后地下水压采的可行性和地面沉降发展趋势， ３南水北调水源利用分析 具有重要现实意义。目前已有对南水北调后地下水压采和天津 根据《南水北调工程总体规划》，中线一期工程丹江口水库多 市地面沉降趋势的分析 ，但忽视了地下水替换的可行性分析， 年平均分配给天津市的总水量为１０．２亿ｍ ，总干线（含天津干 由于其中一部分水量根本不可能被压采，因此基于地下水用途的 线）输水损失率约为１５％，天津干线末端以下至水厂、输水管涵损 压采分析更具有科学性。 失率和调节水库蒸发渗漏损失率合计约为６％，进入水厂的净水 ２地下水开采及地面沉降情况 量多年平均为８．１６亿ｍ 。初步的市内配套工程方案包括一个调 天津市逐年减少地下水开采量，主要是压采工业用地下水， 蓄水库和天津干线末端至各水厂的主要输水线路。南水北调中 ４年正式通水。考虑到引江水达到设计用水规模 并扩展近郊四区的自来水管网，用引滦水替换地下水。受水源和 线工程预计２０１保护层等剔凿开，导致防水卷材被破坏，且修补困难。如果是在抢工阶段，由于工期紧张，人员缺少等情况需要先施工土建后施 ４ 结语 卫生间等有水房间的渗漏水是我们都不愿看到的质量隐患， 工安装时应在上下水管道、地漏、洁具等管道口这些重点部位做 对于房屋的使用者也是极大的困扰，所以在今后的施工中还应该 好防水卷材的附加层或者将这些重点位置的防水卷材先空下，待 重点的控制合理的施工工序，并严格按照施工规范以及相关标准 管道、地漏等安装完毕后再进行防水卷材的施工，以保证这些重 的要求进行施工，预防类似渗漏水情况的发生，还业主一个干净、整 点位置的防水效果。 洁、舒适的居住环境，也为我们的施工企业赢得更好的社会信誉。 Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｏｆ ｒｅｓｅｒｖｉｎｇ ｔｈｅ ｈｏｌｅｓ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ＬＩ Ｊｕｎ （Ｓｈａｎｘｉ １ｓｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｏｉｌｅｔ ｌｅａｋａｇｅ ｉｎ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｌｅａｋａｇｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｗｉｎｇ ｔｏ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ ｑｕａｌ— ｉｔｙ ｄｉｓｅａｓｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｌｅａｋａｇｅ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅ，ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｌａｙｅｒ 收稿日期：２０１４－０３－０７ 作者简介：徐冬（１９８０．），女，工程师； 崔立（１９８２一），男，工程师； 易长荣（１９８２．），男，高级工程师 爹 ｏ１ 荤 徐冬等：南水北调对天津市地面沉降的影响分析 ・２５１・ 要有一个过程，相关配套工程也要分期实施，达到设计供水能力 水开采量与地面沉降量之间的非线性问题和模拟未知系统的控 预计需要１０年时间，到２０２４年引江用水量达到设计供水量。 制过程提供了新思路。本文采用文献［４］的方法，利用Ｍａｔｌａｂ建 天津中心城区和近郊四区共分配水量６．０８亿ｍ ，南水北调 立典型的ＢＰ神经网络三层结构，即两个隐含层和一个输出层，学 中线对中心城区和环城四区的供水量都大于目前地下水开采量 习样本为２００１年一２００９年的地下水开采量和相应的平均地面沉 （北辰区除外），理想情况下，地下水能全被替换。但实际上地下 降量，权值随机确定，转移函数采用指数函数，而将２０１０年和 水不可能被完全压采，能替换的部分仅限于工业和生活用地下 ２０１１年的值作为检验。将各年的地下水开采量输入训练好的网 水。根据有关规定，南水北调通水后，将利用引江水逐步替换近 络即可得到各区县年度地面沉降量（即沉降速率，见表２）。从预 郊工业用地下水，然后解决农村生活用水。提高农村生活饮水质 测结果可以看出，２０２４年南水北调达到完全通水能力后，中心城 量，这也是新农村建设的一项重要内容。同时，受成本等方面的 区和近郊四区地面沉降形势将发生重大变化，整体地面沉降速率 且排名 影响，农业生产都免费开采地下水，引江水不可能成为替换水源， 低于２６ ｍｍ／年。西青区和北辰区的地面沉降速率仍较大，所以农业开采地下水的形势无法缓解。除了替换原有工业和农 处于前两位，津南区已经不是地面沉降最严重的区县。西青区现 村生活用地下水外，剩余的引江水用于满足城镇不断增长的用水 时地面沉降速率虽然相对较小，但压采地下水幅度有限，所以地 需求。 由于近几年地下水开采形势变化不大，可用最新的２０１１年 面沉降速率减缓较慢。 表２地面沉降速率预测 区县 ２０１５笠 ２０２０亟 ａｒｍ／年 ２０２４笠 地下水开采现状作为工业用地下水压采分析的基础。东丽区、西 青区和北辰区的工业和农村生活开采量均远小于南水北调供水 中心城区 东丽区 ２４ ２８ １７ ２２ １５ ２０ 量，可以逐步压采。由于南水北调工程必须分步实施，假设从 ２０１４年起的１０年内，供水量平均按每年１０％的速度增加，２０２４年 达到完全供水能力，东丽区、西青区和津南区工业和农村生活用 西青区 津南区 北辰区 ４４ ５ｌ ４８ ３５ ３ｌ ３２ ２６ ２３ ２５ 地下水可完全压采。而中心城区开采地下水为制药等特殊用途， 来被纳入中心城区供水范围，所以北辰区没有单独配置水量，即 可以完全压采。 注：２０１５年和２０２０年为＜全国地面沉降防治规划＞（２０１１—２０２０ 制定的水平年 除非进行产业调整，否则不可能压采。由于北辰区的城镇一直以 ５结语 基于地下水现状开采用途的分析表明，南水北调工程将大幅 在整个地区产业布局不变的情况下，地下水开采量可从２０１１年 北辰区今后能从中心城区调配水量，工业和农村生活用地下水也 减缓天津中心城区和近郊四区的地下水开采和地面沉降形势。 根据每个区域可压采量可以确定最终的地下水开采规模。 的６ ６１０万ｍ 减少到２０２４年的１ ８９９万ｍ ，平均开采强度为 ／ｋｍ 。经ＢＰ神经网络预测，在２０２４年南水北调水源 假设从２０１４年起的１Ｏ年内，工业和农村生活地下水开采量平均 ０．８９万ｍ’按每年１０％的速度减少，到２０２４年完全实现禁采。扣除这些可 得以完全利用后，中心城区和近郊四区的地面沉降速率迅速下 压采部分后，能匡算各时期的大致地下水开采规模，其中２０２４年 降，普遍在２６ ｍｍ／年以下，环城四区的地面沉降速率已经几乎恢 总量为１ ８９９万ｍ （见表１），２０２４年后地下水开采规模不再有大 复到２０世纪９０年代初的水平，此后地面沉降形势将趋于稳定。 的改变。届时津南区开采强度最小，为０．３７万ｍ ／ｋｍ ，最大为中 表１地下水开采规模 区县 中心城区 东丽区 表２的预测结果还表明，２０１５年中心城区的地面沉降速率符 ２０２０年则比制定的目标１６ ｍｍ／年略高。这是因为中心城区的地 心城区１．４１万ｍ ／ｋｍ ，整个区域平均开采强度０．８９万ｍ ／ｋｍ 。 合《全国地面沉降防治规划》（２０１１＿２０２０）２５ ｍｍ／年的要求，而 开采量／７５－ｍ３ ２０１１ ｉｆ－ ２０２４芷 开采强度降幅 万ｍ３／ｋｍ 下水开采强度没有减小，地面沉降速率下降趋势缓慢，建议对中 心城区的工业结构进行调整，另外，还要加强基坑开挖疏干抽排 ２５０ ｌ ３９９ ２５Ｏ ３４６ Ｏ ２．２ｌ 地下水的管理，才能顺利达到规划制定的目标。 参考文献： 西青区 津南区 北辰区 ｌ ７３６ ｌ ５６５ ｌ ６６ｏ ７０１ ｌ５５ ４４７ １．８ｌ ３．３５ ２．５４ ［１］ 薛禹群，张云，叶淑君，等．中国地面沉降及其需要解决的 几个问题［Ｊ］．第四纪研究，２００３，２３（６）：８５－９３． ４ 地面沉降预测 从地下水保护的角度而言，表１中地下水开采规模已经小于 允许开采量 ］，不应产生地面沉降。但农业开采地下水时间集 有滞后性，仍会有地面沉降产生。以南水北调通水后地下水开采 算法具有复杂的输入输出关系，为解决中心城区和近郊四区地下 ＸＵ Ｄｏｎｇ’［２］ 王威，王淼，韦劲松，等．南水北调中线工程与天津地面 沉降防治关系研究［Ｊ］．南水北调与水利科技，２０１２，１０（３）： ２２－２６． 划报告［Ｒ］．天津：天津市地质环境监测总站，１９９５． 地面沉降预测及分析［Ｊ］．天津大学学报，２Ｏ０９，４２（１）：６０—６４． 中，含水层来不及补给，且土层压密（主要指南水北调通水前）具 ［３］ 天津市地质环境监测总站．天津市地下水资源开发区域规 量为基础，可以预测出地面沉降发展趋势。ＢＰ神经网络的学习 ［４］ 李红霞，赵新华，迟海燕，等．基于改进ＢＰ神经网络模型的 Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｓｏｕｔｈ ｔｏ Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｔｏ Ｔｉａｎｊｉｎ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ＣＵＩ Ｌｉ。ＹＩ Ｃｈａｎｇ－ｒｏｎｇ’ （１．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ Ｏｆｉｆｃｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００６１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｇｕｏｔｕ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ ｂｙ Ｓｈａｒｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｌｆｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ ｔｏ Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｔｏ Ｔｉａｎｊｉｎ ｇｒｏｕｎｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｓｏｕｔｈ ｔｏ Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｍａｔｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ｆｕｔｕｒｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｍｉｎｉｎｇ ｓｃａｌｅ，ａｎｄ ｕｓｅｄ ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｓｕｂ－ ｓｉｄｅｎｃｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｌａｒｇｅｓｔ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｉｎ ２０２４ ｙｅａｒ，ｏｂｔａｉｎｅｄ ｓｏｍｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｏｕｔｈ ｔｏ Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ，ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ
