华北平原深层淡水在开采条件下接受上覆咸水越流补给——以天津平原为例

分析物探测井曲线和地下水位动态发现，天津平原深层孔隙地下淡水在开采条件下接受上覆咸水的越流补给，而且咸水底界未大量向下位移。本文讨论了咸质含水组底部钙化粘土微观粘粒与水溶液的相互作用，提出了“滤盐层”的概念。     

天津市平原区咸淡水界面下移特征分析

本文通过对开采条件下水动力场和水化学场变化特征的分析，认为集中超采深层地下水引发的浅层咸水向深层淡水的越流，是第Ⅱ含水组水质咸化的根本原因。并从咸水下移溶质运移模拟、渗透速率、粘性土层的越流滞后等方面，讨论了咸淡水界面下移速率及其影响因索。     

江苏省南通市深层含水系统地下水水质咸化特征及成因分析

深层含水系统地下水水质咸化是南通市主要环境地质问题之一,文章从第四纪含水系统自身特有的水文地球化学环境以及地下水开采两方面,对南通市深层含水系统地下水水质咸化特征及形成原因进行分析研究.区内除长江沿岸局部地带出露泥盆系外,大部地区为第四系松散层覆盖,厚度一般200～360m,垂向上多层含水砂层相互叠置,赋存有丰富的地下水.自上而下可划分为浅层、中层以及深层含水系统,其中浅层、中层含水系统埋藏于180m以浅,多为咸水,开发利用程度较低;深层含水系统埋藏于180m以深,地下水具有水质优、水量丰富的特点,因而被广泛开发利用.深层地下水的大量开发利用,改变了地下水的天然动态,水位连年持续下降,并形成了规模较大的区域水位降落漏斗.1997年,南通市最低水位埋深45.0m,下降速率高达1.5m/a,水位埋深大于20.0m的范围达5100km2.此后,区域水位降落漏斗仍在继续扩大、加深,2000年水位埋深已降至56m.随着区域水位降落漏斗的形成和发展,该市深层地下水水质发生了相应的变化,水质动态总体呈咸化趋势,咸化速率由小于4mg/l*a到大于20mg/l\5a不等.在水位漏斗中心区、上部隔水层发育较差地段以及东部沿海地带咸化最为严重,并呈现自西向东咸化程度加重的变化规律.研究结果表明,引起本区深层地下水水质咸化的原因主要有四个方面(1)中层含水系统内咸水越流补给,导致深层含水系统水质咸化.在天然条件下,由于地下水运动缓慢,交替周期长,区内各含水系统地下水水质动态相对稳定.但是,人为强烈开采深层地下水,使其水位大幅度下降,造成中层含水系统与深层含水系统之间出现较大的渗透压,大大激化了中层含水系统的越流补给,致使高矿化水入侵深层含水系统,导致地下水水质咸化;(2)深层含水系统相对隔水顶板粘性土压缩释水补给导致深层含水系统水质咸化.地下水水头降低,打破了地下水原始平衡状态,深层含水系统上部相对隔水顶板粘性土层中的水,在水头差驱使下流向含水层,结果也降低了粘性土中孔隙水对上覆地层的支撑力,导致粘性土层压缩并向含水层排水,即粘性土压缩水;(3)深层含水系统中微咸水、半咸水的迳流补给导致深层含水系统水质咸化.地下水位大幅度下降,地下水水力坡度变陡,迳流速度加快,周边同一含水层高矿化度地下水迅速向漏斗中心流动,导致水质咸化;(4)成井工艺不合格造成深层含水系统水质咸化.因打井市场的开放,一些没有资质打井队伍也进入市场承担工程,由于设备、技术手段不足,采用通天回填现象较普遍,止水质量较差,如果上覆有咸水或微咸水,往往使井边附近地带的地下淡水明显咸化而很快不能使用.     

开采条件下山东德州深层水资源组成及其与地面沉降的关系

针对德州长期过量开采深层水导致地下水位不断下降、地面沉降等环境地质问题,以深层地下水动态、地面沉降监测及其对应的粘性地层为主要研究对象,应用水文地球化学、地下水动力学和同位素技术方法,初步查明深层水主要形成于末次冰期盛期的大气降水补给;考虑地面沉降条件下,开采资源中20.6%的侧向径流补给和越流补给来自区域径流系统,反映深层地下水具有一定的更新能力;含水层弹性释水占17.5%,其中61.9%来自粘性土的压密释水,这是产生地面沉降的直接原因。     

试论河北平原碱性淡水

随着工农业生产的发展,对地下水的需求量越来越大。为供水目的开发利用地下水由浅层淡水发展到咸水体之下的深层淡水,其开采深度一般在350—600米之间。然而随着开发利用深层淡水,出现了资源评价中的两个基本问题。其一,是由于地下水的补给资源不足,开采量远远超过补给资     

天津市深层淡水井的水质咸化分类——以东丽区为例

第四系第Ⅱ含水组地下水经长期开采,早已完成主固结过程;开采Ⅱ组地下水可使上覆咸水淡化越流,最终加快各类地表水的入渗,多年来在适宜地段大幅恢复Ⅱ组地下水的开采。经调查大部分水井水质恶化非含水层水质变化,绝大多数地区咸水底界没有下移趋势。笔者认为在滨海平原区能使咸、淡水保持数10万年高浓度差的粘土层,具有半透膜特性。由于部分观点与前人研究结果相左,澄清"井水咸化"与地下水咸化污染的区分就显得尤为重要。为此,将多年地下水水质调查资料进行分类,推进咸化污染机理研究推进。     

宁波盆地地下水地球化学研究

本文对宁波盆地四种地下水的矿化特征、成分起源、经历过的主要地球化学过程做了综合研究。认为:山边淡水来源于现代降雨和河水补给,是最有开发游力的可再生水资源;微咸水起因子海侵时海水混合,透镜状淡水是海侵时封闭在含水层中的古淡水,后两者都没有现代补给,急需加强管理和保护;盆底基岩水的化学成分来源于水对岩石矿物溶滤,受开采影响、基岩水已对上覆透镜状淡水体发生了越流补给。     

河北东部平原粘土裂隙水区浅层辐射井结构对比试验

一、成井水文地质条件我省东部平原浅层淡水,埋藏于第四系全新统、以冲积为主的松散沉积地层中,位于下部咸水层之上,为平原第一含水组,属于潜水。这种浅层淡水体多呈薄层带条状不连续的片状分布。浅层淡水底界面深度大于10米的地区约18600平方公里。其中以粉砂、裂隙粘土及亚砂土组成的弱含水层,不但淡水层厚度极薄,富水性也很差。按管径300——400毫米的浅井计,水位下降3——4米时,     

江苏兴化ZK10孔第四纪多重地层研究

通过对江苏兴化ZK10孔岩石地层、生物地层、磁性地层及年代地层的研究,确定了该孔第四纪年代地层序列:1第四纪底界置于松山/高斯极性世分界处,埋深212m,距今2.58Ma。下更新统包括五队镇组下段、中段及上段的中下部,对应孢粉组合Ⅰ-1和Ⅰ-2。2早、中更新世界线与布容/松山极性世界线吻合,距今0.78Ma,埋深约120m,位于孢粉Ⅰ-2与Ⅱ带的分界处。中更新统包括五队镇组上段顶部、小腰庄组下段及上段的中下部。五队镇组是包含下、中更新统的跨时岩石地层单位。3中、晚更新世界线埋深81.5m,120ka BP左右,置于孢粉带Ⅱ与Ⅲ-1的分界处,与小腰庄组和灌南组分界线基本吻合。上更新统包括小腰庄组上段上部及灌南组。小腰庄组是包含中、上更新统的跨时地层单位。上更新统包括Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅳ和Ⅴ孢粉带。4晚更新世与全新世界线埋深12.25m,距今10ka BP左右,位于Ⅴ与Ⅵ孢粉带分界处。全新统为淤尖组,对应孢粉Ⅵ带。     

东海陆架第四纪地层层序的初步研究

根据我局在东海陆架所获得的区域海洋地质和工程地质调查资料,对已有的第四纪地质孔进行统一的第四纪地层划分和对比,建立了东海陆架第四纪地层层序。将第四系四分,从老到新依次为下更新统西湖组、中更新统金鸡山组、上更新统西泠组、全新统海礁组或下全新统鸡骨礁组、中全新统大戟山组、上全新统嵊泗组。     

丰沛平原区地下水开采利用现状及潜在水源地分析

通过总结丰沛平原区水文地质条件和特征,对该区地下水开采利用现状及潜在水源地进行分析,计算了华栖隆起区岩溶水可利用资源量,探讨裂隙岩溶水利用的可行性。研究表明: 丰沛平原区地下水主采层位为中上更新统孔隙含水层和新近系—下更新统孔隙含水层,已形成丰县城关—孙楼—常店和沛县—龙固2个大型超采漏斗区,总面积超过750 km²,引发了大面积地面沉降; 华栖隆起区为裂隙岩溶水的富水地段,总可采资源量为667.51万m³/a,可作为潜在水源地进一步开展地下水勘查评价工作; 裂隙岩溶水过量开采可能引发地面沉降、岩溶地面塌陷等地质灾害,后期应对裂隙岩溶水开采情况进行长期监测,合理开发利用水资源。华栖隆起区岩溶水距离城区近,水量大,水质好,开发难度小,具有可观的经济价值。     

丰沛平原区地下水开采利用现状及潜在水源地分析

通过总结丰沛平原区水文地质条件和特征,对该区地下水开采利用现状及潜在水源地进行分析,计算了华栖隆起区岩溶水可利用资源量,探讨裂隙岩溶水利用的可行性。研究表明: 丰沛平原区地下水主采层位为中上更新统孔隙含水层和新近系—下更新统孔隙含水层,已形成丰县城关—孙楼—常店和沛县—龙固2个大型超采漏斗区,总面积超过750 km²,引发了大面积地面沉降; 华栖隆起区为裂隙岩溶水的富水地段,总可采资源量为667.51万m³/a,可作为潜在水源地进一步开展地下水勘查评价工作; 裂隙岩溶水过量开采可能引发地面沉降、岩溶地面塌陷等地质灾害,后期应对裂隙岩溶水开采情况进行长期监测,合理开发利用水资源。华栖隆起区岩溶水距离城区近,水量大,水质好,开发难度小,具有可观的经济价值。     

对"用调整地下水开采层次方法控制地面沉降"的质疑

据不完全统计,至今我国已有90余个城市和地区相继发生不同程度的地面沉降,长江、黄河、珠江三角洲、华北平原、松辽平原及沿海许多地区,地面沉降正在发生和发展之中,尤其以上海为中心的长江三角洲及以天津为中心的华北平原,成为我国两片最大的沉降地区。地面沉降对这些地区社会和经济的可持续发展带来严重影响。几十年来,这些地区一直将“调整地下水开采层次”作为控制地面沉降措施之一。该文章认为“调整地下水开采层次”并非一种理想的控沉措施,不仅值得商榷,甚至为应该被否定的控沉措施。依据：①一般情况下,随深度增加,地层的压缩性会渐下;但是开采同量的地下水,其水位下降的速率及幅度深部含水组比浅部含水组要大的多,两者引起的沉降量不会有明显的差别;②从地下水开采资源组成与地面沉降关系分析,含水层深度越深,其中的压密释水量所占的比例也越大,造成的地面沉降也越严重;③地层的物理力学性质及固结状态,随深度的增加,也不完全是越来越好。     

Excessive groundwater withdrawal and resultant land subsidence in the Su-Xi-Chang area,China

Excessive groundwater withdrawal has caused severe land subsidence in the Su-Xi-Chang (SXC) area, China. The restriction and prohibition on groundwater pumping have been carried out since the late 1990s. Based on the latest updated field data, the changing pattern of groundwater level and the distribution of land subsidence are analyzed. The distribution of land subsidence in SXC is closely related to that of the cone of depression in the second confined aquifer in time and space. But land subsidence is not in synchronization with the changing groundwater level. Both aquitards and aquifers compacted continuously in the early period of groundwater level rising and behaved as creep materials. A series of laboratory tests were conducted on aquifer sands, which indicated that the creep deformation under virgin compression is much greater than that under recompression and unloading, and that the creep of sands decreases rapidly with the cycles of repeating load. The test results reveal the mechanism of sand creep under the condition of long-term groundwater pumpage. As a consequence of the restriction and prohibition on groundwater pumping, groundwater level has obviously recovered in the vast majority of the SXC area, and land subsidence has slowed down and even a little rebound has occurred in some sites in Suzhou and Changzhou. If the pumpage is strictly limited continuously, the groundwater level will not decline below the historical lowest value but fluctuate within a certain range. In such a case, land subsidence in SXC will no longer develop obviously.     

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.      

天津市地下水流-地面沉降耦合模型

天津市平原区地面沉降主要由地下水大量开采引起,影响范围广、危害大,已成为天津市主要的环境地质问题。分析了研究区的水文地质条件,结合地下水开发利用状况,将研究区概化为6个含水层组,地下水流考虑三维非稳定流,地面沉降选用一维固结压缩模型,运用地下水流模型Modflow 2005和地面沉降模拟模块 Sub,建立了天津市平原区地下水流-地面沉降数值耦合模型,模型面积为1.1×10⁴ km²,利用1998-2008年地下水位等值线、过程线、地面沉降过程线等资料对模型进行了识别。模拟期的地下水均衡分析表明,在多年开采条件下,越流补给、压缩释水、侧向边界流入分别占深层含水层补给量的41.84％、32.15％和24.17％。将调试后的模型应用于南水北调实施后地下水控采条件下的地面沉降趋势预测,显示出停采或减少地下水的开采,有利于减缓地面沉降下降速度,且表现出开采层位越往下,地面沉降恢复难度越大的变化趋势。     

地层形变与地下水位分层监测数据的交叉小波分析

地面沉降通常由于地下水的超采而引发,其发生发展相对于地下水位的变化具有一定滞后性。如何获取准确的地面沉降滞后时间一直是地面沉降研究的重要课题。基于北京平各庄地面沉降监测站2008—2018年地面沉降和地下水位长时间序列的分层监测数据,采用Mann-Kendall趋势检验、连续小波变换、交叉小波变换等方法,分析了不同层位地层形变对地下水位动态的滞后特征。结果表明:中–深层承压水具有1 a左右的主震荡周期,潜水和浅部承压水在大部分时域无显著周期;深部严重沉降层的形变量具有1 a左右的主震荡周期,地下水位与形变量共振周期显著,地层由浅到深形变时滞分别为(16.58±8.91)、(7.16±7.09)和(9.66±6.62) d;浅部弱沉降层中,埋深在32~63 m地层形变量具有1 a左右的主震荡周期,与中层承压水存在显著共振周期,形变时滞为(32.02±9.67) d,其他地层形变量与地下水位无显著周期及相关性。研究成果为构建地面沉降精细化模型、提高地面沉降预测精度以及研究更有效的地面沉降防控措施提供了新的技术思路。      

华北平原地面沉降调查与监测

华北平原是世界上超采地下水最严重的地区,也是地面沉降面积最大的地区。大约有70,000 km2的地下水水位低于海平面。随着近"# 年来的经济快速发展、城市化进程的加快、地表水污染程度的增加、高层建筑的施工以及对地下水的需求与日俱增,华北平原地面沉降呈现加剧的趋势。对华北平原地面沉降调查与监测提出了一套探索性的工作思路,并在基础监测设施的建设以及综合分析研究方面取得一些积极成果。     

Land subsidence caused by groundwater exploitation in the Hangzhou-Jiaxing-Huzhou Plain, China

Hangzhou-Jiaxing-Huzhou Plain in northern Zhejiang Province, located between the Yangtze and Qiantang Rivers, is one of the regions where economic development is most rapid in China. Geological and hydrogeological surveys reveal a multi-layered aquifer system beneath the plain, which includes Holocene phreatic water layers and Pleistocene confined aquifers. Based on the historical records of groundwater extraction, groundwater levels, and ground settlement from 1964 to 2000, it is shown that ground subsidence has resulted from the continuously increasing extraction of groundwater from deep confined aquifers, and that the evolution of land subsidence can be characterized by a multifractal model. Based on this model, a set of empirical power-law relations have been established between: the land subsidence velocity and the annual groundwater extraction; groundwater drawdown and the annual land subsidence velocity; and the amount of land subsidence and the associated area of land. A set of indices are proposed for evaluating dynamic evolution of groundwater exploitation and land subsidence for the Hang-Jia-Hu Plain, from which the critical degree of evolution of land subsidence in the near future can be estimated using data on groundwater exploitation and water level changes.