天津市控制地面沉降工作最新进展

近年来,天津市整体地面沉降量逐渐减小并趋于稳定,但局部地区沉降量长期僵持不下,甚至有增加的趋势。针对控制地面沉降面临的新形势,天津市在多个重点沉降区建设分层标监测各含水组的沉降规律,对基坑开挖疏干排水引发的地面沉降和地下水人工回灌技术进行专项研究。在管理方面,新增了深基坑建设项目进行水资源论证,并要求将地面沉降防治措施报水行政主管部门备案。在"十三五"期间,天津市将在武清、津南、北辰和静海4区建设4个分层标组,在武清、北辰和西青3区交界处增加地下水位监测井,初步建立了全方位的立体沉降监测网络,同时编制天津市微承压含水层地下水回灌技术规范。目前所有工作正稳步展开。     

地下水人工回灌和停采对地面沉降控制的影响分析

地面沉降是全世界主要的工程地质灾害之一,而地下水超采是造成地面沉降的主要原因之一。为研究地下水人工回灌和停采对北京平原地面沉降的影响,采用三维地下水模型和情景设计法,设计3个情景(保持现状、人工回灌和地下水停采)对北京平原区域及沉降中心的沉降速率进行模拟。结果表明:保持现状、人工回灌和地下水停采等情景下北京平原在2015、2020和2030年的区域地面沉降分别为24 mm/a左右、12. 7～23. 2 mm/a及12. 4～23. 7mm/a,沉降中心地面沉降分别为39. 30～158. 62 mm/a、21. 09～165. 83 mm/a及16. 5～162. 95 mm/a;人工回灌和地下水停采对研究区地下水水位和含水层储存量的恢复以及地面沉降的控制有显著的促进作用,但地下水停采的效果要优于人工回灌的效果;只有综合考虑社会经济发展和地面沉降控制,才能既控制地面沉降的恶化,又保证北京平原社会的可持续发展。     

上海地下水流场变化及对地面沉降发展的影响

地下水开采导致水位下降是含水层系统流场变化的关键,也是地面沉降形成与发展的重要因素。上海目前深部含水层开采日趋集中地下水位持续降低、浅部含水层大规模工程降水以及邻省地下水开采等,使地下水渗流场出现新的变化,并对地面沉降控制造成不利影响。切实加强地下水系统管理,严格控制地下水位,是深化地面沉降防治的重要环节。     

南水进京后典型区域地下水与地面沉降新动态

将地下水超采严重但受南水回灌影响的潮白河地下水库中心区、地面沉降发育但目前已实施地下水压限采行动的顺义天竺和朝阳王四营3个典型地区作为研究对象,定量分析了南水北调进京后典型地区地下水位和地面沉降的动态变化,在此基础上初步分析了南水进京后不同地区产生不同地质环境效应的内在机制。结果表明:潮白河地下水库中心区对南水回灌的响应快,回灌期内中心区地下水位上升快,但停止回灌补给后其水位下降,目前仍是地下水降落漏斗中心区;顺义天竺沉降敏感区,2015年、2016年潜水水位未呈现明显下降趋势,各层承压水水位平均下降幅度约1 m,地面沉降速率减小为34 mm/a;朝阳王四营地区潜水水位2006—2016年总体保持在同一水平,各层承压水水位2015年、2016年仍呈下降趋势,其中浅层承压水水位变幅小于0.5 m,深层承压水水位变幅约为1.0 m,该地区地面沉降发展速率由64 mm(2014年)减小为55 mm(2016年)。     

辽阳平原区地下水漏斗特征及人工回灌研究

利用辽阳平原区地下水水位监测资料,绘制了2012—2015年地下水流场,分析了地下水漏斗的特征,建立了地下水回灌模型,并对不同回灌方案下地下水的回灌量以及回灌效果进行了预测分析,结果表明:①2012—2015年研究区地下水漏斗面积分别为99.76、124.43、151.85、156.15 km~2;地下水漏斗中心区域地下水水位降速为1.0 m/a,地下水漏斗面积扩大速率为14.09 km~2/a。②利用沙坑和拦河坝工程回灌5 a,地下水水位升高了9.5 m,漏斗区面积缩小了117.07 km~2,漏斗区地下水水位平均升幅约为2 m/a,但在回灌后期,地下水水位回升速率减小,漏斗区面积缩小速率减小。③沙坑、拦河坝工程回灌和漏斗区缩减地下水开采量方案下,回灌5 a,漏斗中心地下水水位升高了12 m,平均每年地下水水位升高2.4 m,地下水漏斗区缩减速率为31.23 km~2/a。④沙坑回灌工程中回灌初期渗漏速率大于渗漏后期的,渗漏开始至渗漏0.5 a是渗漏速率最快的阶段。     

不同回灌补源模式下石川河富平地下水库数值模拟

石川河富平地区地下水长期处于采补失衡状态,大范围含水层被疏干,形成区域性降落漏斗,针对拟建的石川河富平地下水库,设置5种开采回灌方案,建立地下水流数值模型模拟不同方案下地下水库水位和蓄水库容变化情况。结果表明：各回灌方案在消除降落漏斗的同时,均能较好地恢复地下水水位,且不超过地下水库的调蓄上限水位;回灌量相同、回灌方式不同时,逐日回灌方式的水位恢复效果优于灌期+非灌期回灌方式,较2018年地下水水位平均抬升13.55 m,蓄水库容增加2.99×10⁸ m³;回灌量不同时,较大回灌量对地下水水位的影响大于回灌方式,即泾惠渠水源回灌时,水位抬升程度最大,为19.77 m,蓄水库容相应增加4.36×10⁸ m³。模拟结果可为地下水库的调蓄与运行提供参考。     

湛江市地下水回灌方案分析

针对湛江市的地下水超采状况,提出地下水回灌的必要性,并对地下水回灌方案进行分析,建议采用含水层存储与恢复技术(ASR)进行湛江市地下水人工回灌。分析表明,通过ASR将湛江市的汛期降水、地表弃水通过人工补给储存在含水层中,并在水资源紧张的季节抽取使用,既可以增加枯水季节的水资源保证程度,也可以防止湛江市的地下水降落漏斗的不断扩大,以及地面沉降问题的不断恶化,并且抬高地下水位达到有效阻止海水入侵的效果。     

Processing Modflow在地下水回灌控制深基坑降水引起地面沉降的应用

深基坑降水往往伴有地面不均匀沉降等环境问题,人工回灌法是解决此类问题的有效手段之一。基于多场耦合作用理论,建立水—土耦合模型,应用Processing Modflow软件数值模拟了不同回灌井布置方案下基坑周围地面沉降及其变化。结果表明：设置回灌井后,基坑周边地面的沉降量明显减小,且回灌处相对远离基坑的地面沉降减小十分显著;在一定范围内,相对远离基坑处的回灌效果优于相对近基坑处。     

宁河县地下水状况及开采控制研究

分析了1987-2007年宁河县地下水各含水层组年水位埋深、开采量变化情况以及累计水位降深与累计开采量、沉降量的变化规律,明确了地下水超采是引起宁河县地面沉降及水位降深增加的主要原因。为了控制地面沉降及水位持续下降的趋势,结合宁河县地下水超采状况、经济发展和地下水资源的战略储备需要,制定了以控制地面沉降量为约束条件的控沉方案,最终通过建立宁河县地下水数值模型,并结合约束条件,预测了3个水平年地下水开采控制方案。研究成果可为今后宁河县地下水优化管理及开采控制研究提供参考。     

江阴南部地区地下水禁采效应分析

简要介绍了江阴南部地区地质、水文地质条件、地下水开发利用及封井情况,阐述了区内地下水水位动态及地面沉降速率的变化趋势,对地下水禁采所产生的水位及环境效应进行了分析与总结。初步认为:江阴南部地区地下水开采量主要来自含水层的重力释水,地面沉降量主要为含水砂层的压缩变形量,地面沉降与地下水开采间的关系尤为密切,表现为地下水禁采后随着水位的缓慢回升,地面沉降速率迅速减缓。     

基于抗突涌稳定性安全系数控制的基坑降水最优化模型研究

以广州新白云国际机场第二高速公路北段5标明挖暗埋式隧道基坑降水工程为研究对象，提出了基于抗突涌稳定性安全系数控制的基坑降水最优化模型，给出了基坑底发生突涌破坏临界状态时，对应承压含水层顶板上部剩余临界土层厚度，提出了基坑开挖时承压含水层开始降水的启动时间，以及基坑开挖完成时承压含水层的安全水位，对基坑降水和开挖提出了合理建议，最大程度地控制和减小了基坑周围地面沉降，以科学指导基坑施工。     

保定市一亩泉水源地水文地质条件分析与评价

通过对区域水文地质条件、地质钻探、物探和水文地质抽水、单井回灌、渗坑入渗、示踪试验等资料的综合分析,对保定市一亩泉水源地水文地质条件进行了系统研究,查明了地层岩性、地质结构及地层渗透性等基本参数,为地下水回灌方案设计提供了可靠依据。研究结果表明,入渗场80m深度内揭露含水层7~8层,含水层岩性主要为卵砾石,渗透性较好,是较理想的入渗场地;回灌水有利于补给第1~2含水组,回灌水向西南方向流失及向下部3~4含水组渗流的可能性很小;入渗场垂直渗透系数为37．16~39．79m/d,单井影响半径为199．53m。     

城市建设基坑降水引发地面沉降的影响研究

由于基坑降水引起地面沉降的范围较远,往往能达到墙后5~10倍基坑开挖深度的距离,而实际基坑工程坑外沉降的测点往往布置在墙后1~4倍基坑开挖深度的距离,因此难以全面获得不同类型基坑降水对地面沉降的影响范围。此次利用有限差分软件Modflow建立三维地下水渗流模型,研究不同开挖深度(5~25 m)的基坑降水对地面沉降的影响范围,并探讨不同止水帷幕截断方式工况下坑内降水后坑外水位及地面沉降随时间发展关系。     

双孔干扰非稳定流抽水试验确定承压含水层水文地质参数

在大型地下水资源论证开发过程中,常通过群孔抽水试验以确定目标含水层相应水文地质参数,从而进一步探求地下水储量。而该方法对于一些小型地下水资源的开发而言其钻孔成本较高。为控制项目,采用双孔干扰抽水试验以获得目标含水层渗透系数。通过抽水试验数据以及水位恢复数据计算得到目标承压含水层导水系数为20.5~41.4 m~2/d。该结果表明双井干扰抽水试验既能有效获取目标含水层水文地质参数,也能大幅降低项目成本,较适用于小型地下水资源的论证及开发。     

深基坑降水与地面沉降变形三维全耦合模型及其数值模拟

针对第四纪松散沉积层地区深基坑降水引起的地面沉降问题，以比奥固结理论为基础，并将其推广应用于非线性问题。考虑到土的渗透性随应力状态的动态变化，将地下水渗流场和土体应力场相耦合，建立水土全耦合模型，并以上海市环球金融中心深基坑降水为例，采用三维有限元数值分析方法，详细模拟分析了降水引起的基坑内外地下水位和地面沉降变形的变化特征，据此获得的基坑中心水位降至-22m时基坑周围的地下水位与地面沉降变形量，经后续工程验证正确、可靠，该模型具有重要的工程实用价值。     

西安市城区地热水人工加压回灌试验研究

为研究西安市地热水回灌的可行性及适合的回灌模式,本文以陕西宾馆地热井加压回灌试验为例进行了试验研究,结果表明:在西安城区地热水中开展单井加压回灌是可行的,通过分析加压前后回灌能力的变化、压力与回灌量之间的关系以及回灌量与出水量之间的联系,对回灌过程中的堵塞机理进行了分析,结果说明加压回灌可以有效提高回灌能力,增大回灌量。     

上海地下水流场变化及对地面沉降发展的影响

针对近年来上海地下水采灌格局新的变化态势,利用地下水位与地层变形的实测数据,分析了地下水渗流场变化及对地面沉降发展的影响.结果表明:开采地下水直接影响地下水流场分布;埋深170～300 m的深部含水层集中开采导致的地下水位持续下降以及地表下至75 m范围内的浅部含水层的工程降水和建筑荷载,是目前上海地面沉降的两大制约因素;深部含水层地下水开采量已超过总采量的80%,其地层压缩量占地面沉降比例超过50%,75 m以浅地层的固结压缩则占近30%.提出了地下水资源开发管理和地面沉降系统调控的对策与措施,有助于减弱地面沉降及其社会危害.     

地面沉降对天津市海河干流行洪能力的影响分析

天津市是全国地面标高最低、沉降最严重的沿海城市之一,而海河干流承担着天津市防洪并兼顾沿岸排涝等多项任务。分析海河干流区域1985～2009年地面沉降量统计数据可以看出,1985年以后,天津市地面沉降量显著下降,并多年维持在较低水平,中心城区和塘沽区2000～2009年地面沉降趋势比较稳定,海河下游园区的沉降量仍然偏大。提出了严格控制开采地下水,同时利用汛期水量科学回灌地下水等措施减缓地面沉降,保持海河堤防的稳定性。     

水位波动作用下软土的变形强度特性研究

在我国沿海地区,过量抽取利用地下水引发了明显的地面沉降,限制开采量、人工回灌地下水对减轻地面沉降具有显著效果。开采与回灌地下水促成了地下水位的大幅波动,使得沿海地区广泛分布的软土层发生了明显的沉降与回弹变形。为了研究软土在水位波动作用下的变形和强度特性,利用沉降柱试验装置模拟地下水位波动,对不同水位波动次数作用后的软土试样进行了高压固结试验、直剪试验和三轴试验,研究了水位波动次数对软土变形性状的影响,给出了用初始强度指标和含水量表示的、不同水位波动次数作用后的软土残余强度表达式。试验结果表明:随着水位波动次数的增加,软土的变形特性增强而强度特性降低,黏聚力和内摩擦角随波动次数的增加呈近似线性降低;相同水位波动次数下软土试样的强度指标随含水量的增加呈明显下降趋势。研究成果对于探索城市地下水位波动对地面沉降和承载力变化的作用机理,提高科学决策水平及减轻环境地质灾害有着重要实际意义和应用价值。     

德州市陵城区地下水超采区综合治理对策

针对德州市陵城区地下水超采引发的承压含水层水位大幅度下降、地面沉降等一系列问题。分析了陵城区地下水超采区综合治理的对策措施,提出了建设过程中存在的问题及建议。