北京温榆河冲洪积扇地面沉降特征及机理研究

北京区域地面沉降呈快速发展趋势,局部最大形变速率超过13cm/a,严重威胁城市安全。掌握地下水开采条件下的分层地面沉降特征,是定量揭示地面沉降机理和缓解沉降灾害的前提。以北京最大的地面沉降区温榆河冲洪积扇地区的八仙庄沉降区为研究对象,分析了该地区地下水开采、地下水位动态特征与分层压缩量的关系,基于分层沉降数据得出该地区土体释水形变以浅部地层、深部地层的弹性形变以及中深部地层的弹塑性形变为主,并从地层条件、固结历史和物理力学性质方面对压缩特性的影响因素进行了分析,得出以地面沉降为约束条件的地下水开采主要调控层分布。     

基于SBAS-InSAR技术的豫北平原地面沉降监测

豫北平原是河南省平原地区地面沉降灾害较严重地区之一,快速全面掌握豫北平原地面沉降信息、有效防控地面沉降的持续快速发展对中原城市群建设至关重要。本文借助中高分辨率RADARSAT-2雷达数据,基于SBAS-InSAR技术获取了豫北平原2014-2016年的地面沉降监测数据。监测结果表明：两年内豫北平原地面整体下沉,区内共圈定8个较明显的沉降区,总面积约3 006 km²,各沉降区沉降速率在25.00~114.85 mm/a之间;其中,除安阳县白壁镇-内黄县沉降区和辉县沉降区最大沉降速率分别达到95.36和114.85 mm/a之外,其余6个沉降区最大沉降速率均小于73.58 mm/a。根据沉降区现场实地调查和综合分析发现,豫北平原地面沉降主要是活动断裂、松软岩土、地下水超采、城市建设活动、石油和地热资源开采等共同作用的结果。建议将豫北平原地面沉降的防控重点放在人类活动引起的地下水超采和城市建设引发的松软岩土层超量堆载等方面。     

浙江温黄平原地下水控采后地面沉降效应分析

通过收集整理相关检测数据,分析浙江温黄平原地下水控采后的地面沉降特征及发展趋势。结果表明,随地下水大幅减采,地下水位回升明显,地面沉降同步快速减缓,由区域性沉降转变为局部工程性沉降,认为工程性沉降监测防治是今后温黄平原地面沉降防治工作的重点。     

台湾地面沉降现状与防治对策

台湾地面沉降始于20世纪50年代初期的台北地区。随着地下水开发利用的普及与养殖渔业和相关耗水产业的移入，西部沿海平原区地面沉降现象普遍，尤以彰化、云林、嘉义、屏东等地显著，总沉降面积达1165km^2。约占台湾平原区的1／100其中屏东地区1970—2001年的累积沉降量达3．20m，最大沉降速率曾超过40cm／a(1979-1981年)。目前彰化地区的沉降速率最大，2000—2001年达17．6cm/a。其它绝大部分地区沉降速率在5cm/a以下。台湾地面沉降的主要原因系开采地下水引起的。仅屏东地区就有4000余口深井，地下水年均开采量1．65亿m^3，最高达3．2亿m^3以上。该岛第四纪地层厚800—1000m，沉降主要发生在60-300m土层内。目前沉降发展态势可分为暂时稳定、渐趋稳定、显著沉降和潜在沉降4类。台湾目前采用一等水准测量、GPS及一孔多标感应分层监测技术进行地面沉降监测。在主要沉降区均设有多处GPS固定站实行自动化监测，一孔多标土层分层监测共有19组。采用数值模拟对地面沉降进行分析与预测。通过用水规划的制定、督导和实施地面沉降的控制与管理。1995—2000年实施第一期地面沉降防治执行方案，2001-2004年实施第二期，针对不同地区沉降发展的不同态势采取相应对策，已取得良好的社会成效。     

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。     

北京平原区地面沉降分布特征及影响因素

地面沉降是北京平原区主要地质灾害之一。文中采用永久散射体差分干涉测量(PS-InSAR)技术获取平原区地面沉降空间分布特征,基于GIS空间分析平台,将多种地面沉降影响因素分别与PS-InSAR获取的地面沉降场形变信息进行耦合研究,查明地面沉降与多种影响因素之间的响应关系。研究发现:(1)北京市地面沉降发育较为严重的地区主要出现在平原区东部、北部以及南部等地,存在多个沉降中心,最大沉降速率达到152mm/a,区域不均匀沉降现象明显,并且有连成一片的趋势。(2)地面沉降分布具有明显的构造控制特性,沉降区多位于几大活动断裂交接部位的沉积凹陷地区,与第四纪沉积凹陷十分吻合。地面沉降的发展趋势与活动断裂的走向具有明显的对应关系,在有活动断裂通过的区域,地面沉降剖面线上表现出明显的转折或突变,断裂两侧区域不均匀沉降十分明显。(3)地面沉降分层沉降量与对应层位上黏性土占比呈正比例关系,其空间分布特征及变化趋势与平原区的地层结构及可压缩黏性土层厚度具有很好的一致性,沉降范围整体由北西向的单一结构区向南东方向的多层结构区扩张。沉降速率大于50 mm/a的沉降区大多分布在黏性土层厚度大于100 m的地区,几大沉降中心与黏性土层厚度较大地区吻合较好。(4)第二承压含水层(顶底板埋深100~180 m)地下水开采对地面沉降影响最大,沉降中心与该层位地下水位降落漏斗区高度吻合,是地面沉降的主要贡献层位。     

城市化进程下北京平原渗流场与地面沉降发展演化模拟

北京地面沉降已有60多年的历史,其发生发展与半个多世纪城市的快速扩张密不可分。从整个北京平原地下水系统出发,梳理多年时间序列(1950-2015年)的城市发展规模、人口、水资源及开采动态等数据,结合遥感技术解译不同年代北京平原的不透水面变化,分析其对降雨入渗补给量的影响;构建整个北京平原含水层-弱透水层三维结构系统,借助PMWIN软件建立区域尺度的地下水流-地面沉降耦合模型,利用长期水位及沉降观测数据对模型进行识别验证;开展长时间序列的北京平原地下水水头场与地面沉降演化模拟,研究快速城市化进程下北京平原多层含水层系统渗流场演变与地面沉降响应特征。研究表明:长时间尺度区域地下水流场-地面沉降演化模拟基本再现了地面沉降形成和发展演化的过程;北京地下水开采历史与地面沉降发展历史具有一致性,而不同沉降区地面沉降发展受地下水开采和城市发展双重控制,是二者综合作用的结果。     

基于长序列观测的地面沉降防控水位识别及其指示意义

2014年南水进京后北京逐步开展地下水回补工作,区域地面沉降逐年缓减,部分地区开始出现回弹。面对北京地区地面沉降开始出现的新变化,科学合理地开展地面沉降防控,精准识别地面沉降防控水位,判别其指示意义显得尤为重要。以天竺地面沉降监测站分层水位与沉降长序列观测资料揭示地面沉降防控临界点与控沉水位,利用交叉小波变换和皮尔逊相关分析等方法,定量研究不同时间段水位变幅与土体周期变化。结果表明：(1)研究区第二、第三和第四含水层控沉水位分别为-14.30 m、-17.31 m和-10.12 m,水位变幅达1.73 m、3.07 m和5.03 m;(2)分层水位与土层形变共振关系周期结果和皮尔逊相关系数验证了地面沉降临界水位时间节点为2019年6月和7月以及2020年10月;(3)区域上结合临界水位变幅时间节点和水位变幅等参数,计算出区域分层储变量为97.11×10⁴ m³、96.57×10⁴ m³和92.95×10⁴ m³。研究结果可为北京乃至全国地面沉降防控和地下水...     

浙江温州市永强平原地面沉降分析与趋势预测

温州市永强平原经济发达,工业化的发展和地下水无计划的开采,使永强平原地面沉降较为严重,永中累计沉降量超过300mm。为了更好地对永强平原地面沉降做出分析预测,本文通过研究区域地质环境、地下水开采量、地下水位的动态变化特征及2005～2010年的地面沉降监测资料,分析地面沉降速率、范围、沉降量,从而进一步探讨地面沉降与地层结构、地下水动态的关系,同时采用年开采量和年平均沉降速率预测2015年的地面沉降量。分析结果对深化永强平原地面沉降研究具有一定意义。     

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。     

天津市地面沉降防治历史的调查研究及启示

自20世纪60年代以来,地面沉降逐渐发展成为天津市最为主要的环境地质问题之一.在市政府和相关部门的高度关注和正确领导下,先后于1986～1997年及2003年以来的两个时间阶段内实施了地面沉降防治计划.防治手段主要是在技术上对沉降区实施水源转换、减采地下水,以及保证技术手段能够顺利实施的管理和经济调控.第一阶段沉降防治效果明显.中心市区和塘沽城区地面沉降速率控制在10～15mm/a;第二阶段天津市大部分区域沉降趋势得到缓和.论文调查、总结了各阶段地面沉降防治工作经验及其对未来控沉工作的启示.并结合天津市预定2010年南水北调工程通水这一水源转换历史契机,提出了对"引江通水"后天津地面沉降防治工作的建议.     

基于SBAS-InSAR的安徽省宿州市埇桥区2019—2022年地面沉降监测及影响因素分析研究

随着宿州市城市化进程不断推进,人类工程活动日趋频繁,地面沉降现象愈发显著。为探索沉降变化规律及其主导因素,本文以宿州市埇桥区为例,基于119景Sentinel-1A数据,利用SBAS-InSAR技术获取2019—2022年历年地面沉降的时空分布特征,并对埇桥区各沉降区的主要影响因素进行分析：(1)埇桥区各年平均地面形变速率为-2～4 mm/a,沉降主要分布在西二铺镇、宿州市经济开发区和南部各矿区;(2)城西水源地地面沉降速率为20～40 mm/a,沉降主要受地下水超量开采导致,经济开发区地面沉降速率为10～20 mm/a,沉降主要受人类工程活动影响;(3)埇桥区南部各矿区地面沉降主要受地下煤层开采影响,多年最大沉降速率为30～70 mm/a,芦岭煤矿沉降现象最为严重,多年最大沉降速率达68.1mm/a。研究结果可为埇桥区地面沉降的监测、预警和防治提供理论依据。     

天津平原地下水可开采量与确定依据

根据深层地下水开采对地面沉降的影响比较,天津中部平原和滨海平原第二、三含水层组深层地下水开采对地面沉降影响较小,为适宜开采层位。地面沉降控制在10 mm/a,第二、三含水层组深层地下水可开采量为2.68亿m3/a。中部平原浅层地下淡水、微咸水,在技术经济上鼓励开采,可开采量为1.64亿m3/a;山前平原地下水现状开采强度未引起明显的环境地质问题,开采强度适当,可开采量为2.79亿m3/a。天津平原生态环境保持良好,地下水总的可开采量为7.11亿m3/a。     

北京朝阳金盏地区地面沉降垂向分层研究

金盏地区位于北京市东部,是北京平原区地面沉降最为严重的地区之一,其所在的北京平原东部沉降区也是全市沉降最显著的地区,沉降速率连续多年超过100mm/a,累计沉降量逐年增大。在金盏地区进行0～300m钻孔取芯实验,通过不同深度岩芯测试数据,系统分析该地区的土体力学性质,揭示地层结构。结合地层年代、岩性、埋藏条件、地下水补径排条件,在垂向上将0～300m地层划分为四个可压缩层,并根据不同可压缩层内地下水水位变化情况,选取可压缩层内2007～2017年不同地层沉降量进行计算,在累计1427.49mm沉降量中,第四可压缩层沉降量最大,达到1038.65mm。研究认为,当地层的砂土厚度较大时,对地面沉降的贡献是不容忽视的。     

华北平原鲁北地区地下水超采导致地面沉降区域特征及演化趋势预测

鲁北地区作为华北平原地面沉降的重要组成部分,其地面沉降问题日趋严重。以滨州博兴县为工程背景,基于研究区详细水文地质与工程地质资料以及历年地面沉降监测数据,系统分析该地区地下水动态分布及地面沉降分布演化特征。以Biot多孔介质固结理论为基础,建立博兴县地面沉降三维流 固耦合数值模型,还原地面沉降发展过程并预测分析不同地下水开采方案下的沉降演化规律。研究结果表明：博兴县浅层地下水位降幅呈现南大北小特点,深层地下水形成了以县城区为中心的椭圆形地下水区域降落漏斗;地面逐渐形成了分别以博兴县城区、湖滨镇和店子镇为沉降中心的三个小型沉降区,且有相互关联扩展的趋势;地面沉降三维流固耦合模型较为理想还原了研究区地面沉降发展过程,预测在现状地下水开采方案下未来10年内地面沉降仍以较大速率继续发展,累计沉降量超500mm的区域面积不断扩大,当减小20%现状地下水开采量时是较为合理有效的开采方案。     

基于SBAS-InSAR技术的安徽亳州市地面沉降时空分布特征与影响因素分析CSCD

近年来皖北平原地区地面沉降问题相对突出,区域地面沉降驱动力的量化研究尚且匮乏。为深入研究沉降灾害的发育特征,文章以亳州市为例,基于62景Sentinel-1数据,利用SBAS-InSAR技术获取2021年10月至2022年10月期间地面沉降的时空分布特征,并结合地理加权回归模型对亳州市地面沉降主要驱动力进行探讨。研究结果表明:(1)亳州市主体沉降速率为5~30 mm/a,平均沉降速率为5.7 mm/a。(2)最严重沉降区位于涡阳县公吉寺镇北侧,幅值为84.3 mm/a,沉降主要受煤矿开采所致;非采煤沉降区,最大沉降速率为25.8 mm/a,位于谯城区东北侧。(3)各驱动力因素对地面沉降的贡献度从大到小排序为深层水位变幅、中深层水位变幅、中深层地下水埋深、深层地下水埋深、单位面积GDP、松散层厚度、道路密度、人口密度。研究结果可为地质灾害防治提供基础数据支撑。     

北京市地面沉降与地下水开采关系分析

北京市地面沉降日趋严重,主要是由长期超量开采地下水引起,目前北京市地下水供水量已占北京市总供水量的2/3以上。本文对地面沉降与地下水资源进行了时间演变分析、空间对比分析、线性回归相关性分析,发现北京地下水开采历史的阶段性变化与地面沉降的形成、发展、扩展和快速发展吻合极好,地面沉降范围、沉降速率与地下水开采强度和储变量及地下水位的变化相关。从区域上建立了地面沉降与地下水位以及地下水储量变化之间的线性回归方程,发现具有良好的相关性,并计算出在目前条件下(一定环境下的线性区间内),地下水位每下降1m,对应的地面沉降将达到10.12mm。     

唐山沿海地区地面沉降渗流固结耦合模拟研究

唐山沿海地区经济在迅速发展,沿海地区城市化规模在扩大,地下水开采量增大,地面沉降加剧.文中分析了唐山沿海地区的水文地质条件,概化为3个含水层、3个弱透水层,共6个压缩层.建立了三维地下水流和垂向一维压缩完全耦合模型.采用25a的观测资料校正模型,计算值与实测值拟合较好,模型具有较高的仿真性和适用性.预测了10a末的地面沉降;当地下水以现有开采量开采时,沉降中心累计达1192.3mm, 10a沉降352.3mm,沉降速率为35.23mma-1;当地下水的开采量在现有开采量的基础上增加10%时,沉降中心累计达1260.8mm, 10a沉降420.8mm,沉降速率为42.08mma-1; 当地下水的开采量在现有开采量的基础上减小10%时,沉降中心累计达1088.7mm, 10a沉降247.9mm,沉降速率为24.79mma-1.增大10%的地下水开采量, 10a地面沉降量增加68.5mm;减少10%的地下水开采量, 10a地面沉降量减少104.4mm.因此,控制地下水开采量是控制地面沉降的有效方法.     

基于光纤传感技术的地裂缝物理模型试验

苏南地区地裂缝成因机制较为复杂,且灾害活跃。以光纤光栅传感器为监测手段,建立基岩潜山条件下物理地质模型,模拟抽水差异性沉降过程,揭示地裂缝发育演化规律。试验结果表明:（1）地下水过量抽采导致的不均匀沉降是地裂缝发育的最直接因素,地下水水位降深越大、抽采速率越快,地面沉降越明显。（2）基岩潜山形态位置对地表沉降起控制作用;同时地面沉降最严重区域与地裂缝分布区域基本一致;基岩潜山的发育位置形态、地表的沉降曲线以及地裂缝分布情况基本一致。（3）模型试验结果与研究区地裂缝灾害发育规律基本一致。此次基于光纤技术的物理模型试验研究为地裂缝研究提供新的方法与手段。     

江苏沿海地区地面沉降影响因素及防控对策

通过对江苏沿海地区地面沉降现状、地质背景及人类活动的分析,阐述了影响沿海地区地面沉降发生和发展的主要因素。研究表明,地下水过量开采是控制区域地面沉降发生和发展的主要因素,水文地质条件的不同导致了南北地面沉降发生和发展的差异;主采含水层和相邻弱透水的固结压缩是沉降的主要来源。以地面沉降风险评价为核心,综合地下水水位变化趋势、工后沉降、滩涂区固结沉降,划分了地面沉降控制区,并根据主要沉降诱因分类分级提出防控对策。