京津冀德平原区深层水开采与地面沉降关系空间分析

京津冀德地区是我国重要城市集中区和农业生产基地,由于深层地下水的过量开发利用,产生了严重地面沉降问题。部分学者认为,深层地下水累计开采量基本上相当于地面沉降累计量,认为京津冀德平原区深层水属于储存资源,基本得不到补给和更新。本文利用GIS空间分析方法,对开发利用深层地下水的京津冀德平原区大约八万平方千米范围,进行了累计地面沉降体积分布、深层水水位变差分布的空间分析,结合对深层地下水开采量的研究,初步探讨了深层水开采利用与地面沉降宏观关系的定量特征,结论是多年平均深层水开采量为25×108~27×108m3,多年平均地面沉降体积量为11.2×108m3,年均地面沉降体积大约相当于41%~44%的年均深层水开采量体积,还有56%~59%的深层水开采未导致直接的地面沉降响应,说明在高强度开采激励条件下深层水的动力场可能已经发生巨大变化,对深层水开采引起地面沉降的关系、深层水的组成与循环更新机制应进一步研究。     

深层水漏斗区开采量组成变化特征与机制

为阐明强烈开采条件下华北平原深层水的开采水量来源及组成问题,以德州地区深层水漏斗分布区为重点研究区,通过基于大量钻孔资料对含水层组及其粘性土夹层或透镜体的分析和野外地下水采样、动态监测及地面沉降测量资料等分析,采用分层、分区计算方法对漏斗中心至外围的各分区弹性释水量、粘性土压密释水量、侧向流入和越流补给量进行均衡计算。结果表明:在强烈开采条件下,深层水开采量中弹性释水量和压密释水量所占比率不是常量,随着深层水位下降的幅度和深度增大、超采释压持续时间愈长、开采层中粘性土夹层或透镜体愈多,则区内弹性释水和压密释水的强度及累积地面沉降量愈大;愈靠近漏斗中心,弹性和压密释水强度愈大,相同降深下平均单位降深的地面沉降量愈小。在深层水开采量中粘性土压密释水占35.5%~61.9%,与地面沉降密切相关。     

基于水化学组分和环境同位素信息探讨山东德州深层承压地下水起源

本文针对海河流域平原长期过量开采深层水导致地下水位不断下降,引发地面沉降等环境地质问题,选择德州深层水分布区作为重点研究区,以深层地下水化学组分及同位素信息作为主要研究对象,探讨深层地下水起源与更新性。研究结果表明,德州深层水主要形成于末次冰期盛期较寒冷的大气降水淋滤,在形成及径流过程中,遭遇较强烈的蒸发作用和阳离子交换作用,形成以HCO3-Na型水为主要成因类型,具有高氟、高钠、低钙、偏碱性的水化学特征,和氢氧稳定同位素低,氚含量低的同位素特点;深层地下水循环缓慢,更新能力较弱。     

海河流域中东部平原区深层地下水补给与释水机制探讨——兼谈深层地下水资源可利用性

通过对近30年以来海河流域中东部平原区深层地下水实际开发利用状况的分析,阐明了深层地下水资源实际利用的特殊性;从深层地下水的自然属性出发,通过对深层地下水补给与释水机制及其开采过程中激发释水效应的剖析,揭示了深层地下水自然释水和开采条件下释水的规律,提出了便于实际应用的广义“深层地下水释水”理念。在此基础上,论证了深层地下水储量资源的可利用性。     

河南省杞县地下水形成条件研究

河南杞县在天然条件下,中、深层地下水的补给主要由侧向径流补给,其次为浅层地下水的越流补给。浅层地下水位高于中、深层地下水位,二者之间为薄层或透镜状粉土及粉质粘土,浅居地下水可补给中、深层水。     

天津平原地面沉降条件下的深层地下水资源组成

根据天津平原地面沉降监测结果，采用水量均衡法，计算出深层地下水开采量中，浅层地下水越流补给量占38.2％，粘土性压密释水量占41．3％，弹性释水量占5．6％，侧向流入量占14．9％。在控制地面沉降的条件下，深层地下水持续利用的对策是调整开采三维布局，适度开发利用浅层地下水对深层地下水的越流补给。     

沧州市封停深层地下水井效果及水位回升机制分析

以沧州市2005年以来封停自备井前后深层地下水水位下降、回升数据为基础,通过对深层地下水补给与释水机制及其开采过程中激发释水效应的剖析,揭示深层地下水自然释水和开采条件下释水的规律,研究本区域深层地下水水位变化原因,为深层地下水保护和修复提出措施.     

控制地面沉降条件下天津深层地下水资源持续利用

天津平原大强度开采深层地下水引发严重的地面沉降。根据地下水位和地面沉降监测结果分析,第四系中更新统和下更新统是深层地下水持续利用的最佳层位。当水位埋深控制在35~40m,引发的地面沉降量小于10mm/a,深层地下水开采资源为26 755×104m3/a,平均资源模数为2.90×104m3/(a.km2)。与1991~2000年平均开采量相比,资源量减少了43.1%,而地面沉降量可以减少68.3%。长期大强度开采深层地下水提高了粘性土的固结程度。保持历史开采层位,稳定开采量,使水位稳定在地面沉降临界水位附近,是深层地下水资源持续利用,控制地面沉降的有效措施。     

沧州小山地区地下水的补给研究

本文在位于沧州东部的小山地区采集了9口开采井的D、18O稳定同位素及水化学分析样品。D、18O特征值表明该区浅层地下水来自全新世补给,而深层地下水则来自晚更新世冰期补给。Br-/Cl-比值也说明了浅、深层地下水补给环境的不同,前者为现代滨海环境,后者为内陆环境。地下水中F-、I-值的变化反映了浅层水的F-、I-均来自大气降水输入,而深层古水由于滞留时间长,F-来自含水层中的矿物溶解,I-来自有机物质的分解。     

超固结粘性土变形特征及可持续开采水位降的室内试验确定方法

通过对海口市深层地下水开采漏斗附近区超固结粘性土大量的物理力学性质等试验研究,认为饱和超固结粘性土在附加应力作用下同样会产生释水变形并存在一定规律;根据室内压缩曲线变形规律可以确定深层地下水的可持续开采水位降。研究成果对科学开采深层地下水、预防与治理地面沉降及相关灾害具重要指导意义。     

开采浅层地下水对地面沉降影响的探讨

苏锡常地区由于长期过量开采深层地下水，已诱发了严重的地面沉降灾害。为此，江苏省政府下达了在2005年全面禁采深层地下水的文件。为解决用水问题，许多专家、学者建议开采利用浅层地下水。在苏锡常地区开采浅层地下水是否会同样诱发严重的地面沉降问题，是目前争议的焦点。文章详述了苏锡常地区水文地质条件及地面沉降现状，确定了地面沉降的各种影响因素，分析对比了浅层地下水与深层地下水在开采条件下所能引起的地面沉降量，说明采用合理的开采工艺开发利用浅层地下水不会诱发严重的地面沉降。     

北京东部地区地面沉降发育特征分析

结合区域地质背景条件,利用水准测量、分层标地层变形、地下水位动态等监测数据,对北京东部地区地面沉降的发育特征与发展变化规律进行了分析研究。该区域的地面沉降与地下水开采具有显著相关性,深部地层仍是沉降的主要贡献层位;沉降中心地下水具有明显的分层变化规律,深层承压水明显的水位降落漏斗,直接导致深部地层沉降压缩最为显著;地面沉降的区域分布、沉降速率变化与地下水降落漏斗具有一定的时空相关性;南水北调的稳定供水,有效缓解了北京地面沉降快速发展的趋势。     

黄河三角洲地下水动态变化及其与地面沉降的关系

为了分析黄河三角洲地下水动态及其与地面沉降的关系, 利用多年地下水和地面沉降监测数据, 发现黄河三角洲广饶县和东营区的地下水动态变化剧烈且地面沉降严重, 含水层多处于超采状态, 浅、深层地下水降落漏斗先后出现.深层地下水降落漏斗中心水位下降速度达2~3m/a.近年来, 东营和广饶地面沉降漏斗中心沉降量和速率分别为155.1mm、28.2mm/a和356.0mm、64.7mm/a.借助GIS技术及数理统计法, 发现深层地下水降落漏斗与沉降漏斗空间耦合良好, 深层地下水位与地面高程呈线性正相关, 相关系数为0.92, 深层地下水过度开采已成为影响沉降的最根本因素.井灌区第三粘性压缩层成为地面沉降主要贡献层, 且深层地下水降落漏斗中心的地下水位已低于第三承压含水层临界水位, 沉降趋于严重.      

基坑抽水引起周围地面沉降机理及防治措施

抽水引起周围地面沉降和构筑物地基沉降已成为工程建设中的一个环境灾害问题。根据抽水引起周围地面沉降的机理分析,提出了由抽水引起地下水水头压力变化、含水层颗粒迁移、含水层压缩和水体的膨胀的更具普遍意义的地下水运动方程,该方程可以简化成Biot和Helm的地下水运动方程。在此基础上,通过实例分析和方案对比,提出了抽水引起周围地面沉降的防治措施,并分析了各种措施的适用范围及优缺点。     

锡山市西部地区地下水资源计算模型研究

从地下水运动均衡原理的角度分析了锡山市西部地区第Ⅱ承压含水层天然和现状开采条件下的地下水均衡要素,揭示了该地区地下水开采与地面沉降的关系,其中现状开采条件下的75%～80%的开采量来自于粘性土层的压密释水量;同时,根据地面沉降的发生机理剖析地面沉降严重发育地区忽略地面沉降影响因子建立的地下水资源计算模型中存在的问题,提出了地下水可开采资源合理的计算方法,并对考虑地面沉降影响因子的地下水资源计算模型的可实现性进行了分析。     

天津市汉沽区深层地下水演变研究

根据天津市汉沽区地下水历史资料,分析区域地下水开采量、水位埋深、地面沉降变化及它们之间的联系等。发现汉沽区地下水处于长期超采状态,地下水位也呈逐年下降趋势,地面不断下沉,地下水的过量开采是引起地面沉降和水位持续下降的主要原因。通过建立汉沽区地下水流-地面沉降模型,设定三个水平年地下水开采方案,预测未来地下水位埋深及地面沉降变化。预测表明,随着地下水开采量的消减,地下水位逐步上升,地面下沉趋势可得到遏制。     

河北省沧州市地质灾害与地下水关系研究

文章主要对沧州市的地面沉降、地裂缝等地质灾害的发育特征进行了分析研究，论述了其与地下水的关系。得出深昙地下水水位降深70m可作专控制地面沉降发展的警戒水位降深，浅层地下水水位埋深7m可作为地裂缝多发的警戒水位埋深的结论。这专地质灾害监测工作相对滞后，而地下水水位监测系统相对完善的平原地区，如何控制地质灾害的发生、发展提供了一个可资借鉴的思路。     

冲洪积平原地面沉降特征及主控因素——以北京平原为例

北京由于长期过量开采地下水,相继引发了一系列地质环境问题,其中地面沉降问题尤为突出。回顾了北京地面沉降发展历史,从平面和垂向上分析了地面沉降特征,在此基础上对北京冲洪积平原区沉降的主控因素进行了研究。结果表明:(1)平面上,沉降分为南、北2个大区,7个沉降中心。北区已由多个单独沉降中心区扩展成一个大区域,南区北扩明显;(2)垂向上,南区第一压缩层为沉降主贡献层,沉降占比42%,浅部地层沉降速率减小,深部地层沉降速率增加。土体变形特征为塑性变形,包含蠕变变形;北区第二压缩层为沉降主贡献层,沉降占比65%,浅部沉降量值很小且波动平缓,深部沉降量相对较大。土体变形特征为浅部以弹性变形为主,深部以塑性变形为主,包含蠕变变形;(3)沉降受构造作用及基底格架控制,北东方向受冲洪积扇上部单一砂卵砾石的地层条件控制扩展范围有限,沉降整体向北西、南东方向扩张;(4)地层结构决定沉降平面和垂向分布特征,尤其北部冲洪积与南部湖相沉积的差异,是产生深浅部地层沉降贡献率不同的重要因素;(5)地下水开采仍是沉降产生的主因,地下水漏斗的扩展和沉降中心的分布高度吻合,主要沉降层地下水位下降速率与沉降速率成正比。