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。     

湛江霞山区菉塘地面沉降量计算方法及沉降趋势预测分析

湛江市作为广东省主要由地下水供水城市,其地面沉降现象日益加剧,其为了控制地面沉降的发生和发展,在提出合理的地面沉降计算方法的基础上,对未来地面沉降进行预测分析。菉塘为湛江市地面沉降中心之一,选取菉塘沉降中心计算其最终沉降量,并对其沉降趋势及沉降主导因素进行分析预测与确定。湛江市地层和地下水分布比较复杂,地层几乎涵盖了黏性土、粉土、砂、基岩等几乎所有类型,地下水类型较多,几乎涉及到了所有地下水类型。为了合理预测抽取地下水引起的地面沉降,有必要通过对不同地层进行分析,提出简单、实用、使用便捷的沉降计算方法。     

北京平原区现阶段主要沉降层位与土层变形特征

超量开采地下水引发的地面沉降已成为北京平原区最主要的地质灾害之一.精准识别现阶段地面沉降主要贡献层位,查明不同水位变化模式下土层变形特征,对实现地面沉降精准防控,建立合适的地下水-地面沉降模型具有重要意义.本文根据北京市7个地面沉降监测站内分层标和水位近十几年观测资料,对不同深度土层沉降变化特征和主要沉降层位进行了精准...     

基于灰色Verhulst模型的山西太原地面沉降趋势分析

本文首先通过分析地面沉降的诱发因素和研究对象,发现具有灰色特性,并且地面沉降随时间的变化曲线与Verhulst模型曲线相似,因而可以应用该模型预测太原市地面沉降。其次根据五个沉降中心中30个典型的水准观测点的累积沉降量建立了灰色Verhulst预测模型。最后预测了2010年与2015年的地面沉降发展趋势,得出2010年总体沉降范围向外扩展,小店中心扩大幅度较大,吴家堡年均沉降速率持续减缓;到2015年西张沉降趋势基本趋于稳定状态,万柏林和下元沉降速率减缓,吴家堡沉降幅度变化不大,万柏林、下元和吴家堡的沉降范围已连成一片,小店中心最大沉降量达1 508 mm,年均沉降速率为45 mm/a。     

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.     

常州市地面沉降灰色模型预测

地面沉降过程可视为有限体系,本文分析了常州市地面沉降动态特征,采用费尔哈斯特(Verhulst)生物繁殖模型,以监测资料为背景予以灰色系统理论处理和进行沉降旋回期或寿命预测。在地下水得到控制开采和回灌补给条件下,常州市地面沉降旋回期为60年,至2030年沉降速率超近于零,为常州市合理开发地下水,控制沉降灾害提供宏观中长期预测信息。     

太原市地面沉降的计算与预测

为分析太原市地面沉降,对太原市区进行了地质模型概化,建立了太原市区大规模开采地下水引起地面沉降的数值计算模型,同时对研究区内的地面沉降进行了预测。分析结果表明,太原市地面沉降主要是由于集中开采深层承压含水层引起的。      

地铁施工引发地面沉降的BP神经网络预测分析

针对沈阳地铁一号线重工街站至启工街站区间隧道开挖引发地面沉降变形的问题,利用现场实测的地表沉降变形数据建立BP神经网络模型,并进行网络训练与预测。预测结果表明,时间序列神经网络模型能够很好地表达地面沉降监测数据序列间的非线性关系。利用BP神经网络建立的预测模型,所得预测值与实测值拟合很好,是预测地铁施工引发地面沉降变形的一种有效方法,能为沈阳地铁隧道的设计及施工提供科学合理的依据。     

基于SBAS-InSAR和改进BP神经网络的城市地面沉降预测

针对现有城市地面沉降预测方法过度依赖沉降数据、模型单一等问题,以云南省昆明市主城区为研究对象,从多时序多因子角度提出一种改进BP神经网络在城市地面沉降中的预测方法。首先,利用SBAS-InSAR技术获取主城区地面沉降监测值,然后通过SPSSAU软件中的灰色关联分析和因子分析选取主城区地面沉降的影响因子,并将其与获取的沉降监测值从多因子多时序角度构建GA-BP和PSO-BP预测模型,最后,得出最优的预测模型并进行预测性能验证。实验结果表明：利用SBAS-InSAR能有效监测城市地面沉降;GA-BP算法相比PSO-BP算法在城市地面沉降预测中性能更好、精度更高;该方法可对长时间、大范围城市地面沉降预测和对某一沉降点多期沉降趋势进行预测。该方法可作为城市地面沉降预测的有效手段,为政府部门决策提供了一种高效快速的方法。     

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。     

The Characteristics and Causes of Land Subsidence in Tanggu Based on the GPS Survey System and Numerical Simulation

Land subsidence is a severe hazard threatening Tanggu, a flat lowland area, and evidences of land subsidence can be seen throughout the city. A new reasonable GPS network was set up in this area from 2008 to 2010. The monitoring data show that land subsidence was serious and two main subsidence cones were obviously formed in the region. One emerged at Hujiayuan, with the maximum rate reaching 60 mm/a, and the influence region enlarged prominently from 2005 to 2010. The other one occurred at Kaifaqu, which became obvious only after 2005, and it showed a decreasing tendency with time. To analyze the causes of ground settlement, a correlation between groundwater withdrawal and land subsidence was firstly made. The results confirmed that over-exploitation of groundwater was the major cause for the severe settlement in Hujiayuan. Meanwhile, the subsidence of Kaifaqu was also related to groundwater withdrawal before 2005. However, the relationship became unconspicuous after 2005. To find the cause of this abnormity, a three-dimensional finite element numerical model, coupled with groundwater flow and subsidence, was built. The simulation results indicate that the subsidence induced by high-rise buildings is serious, but the affected range is limited and it also shows a decreasing trend with time, corresponding to the subsidence characteristics at Kaifaqu. Therefore, more attention should be paid to this hazard induced by engineering construction besides groundwater withdrawal, as more high-rise buildings are under construction in Tanggu.     

北京地下水系统演化与地面沉降过程

采用地下水动态监测网、GPS监测网数据、气象监测数据与SAR数据、GIS等技术相结合,建立地下水系统演化与地面沉降过程模型,系统分析了北京地区地下水降落漏斗区地面沉降的形成过程。研究表明:降雨量呈逐年下降趋势,地下水开采量随之增大;平原区地下水位呈下降趋势,间接导致了地下水降落漏斗和地面沉降的形成演化。地面沉降对地下水降落漏斗的响应模式存在着季节与年际差异性,时空分布上存在不均匀性,最大地面沉降速率约为41.43 mm/a;揭示了地下水降落漏斗与地面沉降漏斗空间展布特性存在一致性,但并非完全吻合。     

地面沉降对高速铁路的影响分析

北京平原区快速发展的地面沉降对高速铁路的发展构成了威胁,地面沉降与过量开采地下水造成的水位下降关系密切,为此有针对性地开展基于高速铁路的地下水动态与地面沉降相关关系研究对于高铁安全运行意义重大,特别是对于制定高铁沿线地下水开采方案、地面沉降减缓措施和工程措施至关重要。基于其对高速铁路的影响模式,本文将地面沉降分为区域沉降和局部沉降两种类型。针对区域沉降,利用Logistic方程,使用天竺、望京及王四营分层地面沉降和地下水位数据,构建了不同层位地下水水位变化与地面沉降之间的相关关系模型,通过ABAQUS计算局部地区,对于6m高路堤和15m CFG桩处理深度的地基而言,当渗透系数k=2m／d,距离线路边缘25m处浅层地下水下降10m将产生约61—85mm的沉降。     

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。     

Threat of land subsidence in and around Kolkata City and East Kolkata Wetlands,West Bengal,India

This paper attempts to estimate the possible rate of land subsidence of Kolkata City including Salt Lake City and the adjoining East Kolkata Wetlands located at the lower part of the deltaic alluvial plain of South Bengal basin. Demand of groundwater for drinking, agricultural and industrial purposes has increased due to rapid urbanization. The subsurface geology consists of Quaternary sediments comprising a succession of clay, silty clay and sand of various grades. Groundwater occurs mostly under confined condition except in those places where the top aquitard has been obliterated due to the scouring action of past channels. Currently, the piezometric head shows a falling trend and it may be accelerated due to further over-withdrawal of groundwater resulting in land subsidence. The estimated mean land subsidence rate is 13.53 mm/year and for 1 m drop in the piezometric head, the mean subsidence is 3.28 cm. The surface expression of the estimated land subsidence is however, cryptic because of a time lag between the settlement of the thick low-permeable aquitard at the top and its surface expression. Therefore, groundwater of the cities and wetland areas should be developed cautiously based on the groundwater potential to minimize the threat of land subsidence.     

水准测量网监测在德州市地面沉降中的应用

山东地面沉降灾害以鲁北平原最为严重,在德州地区的地面沉降已对当地人民的正常生产和生活构成了威胁,并制约了当地经济的可持续发展。通过建立水准测量网络及监测运行,查明了德州市地面沉降的规模和范围,研究成果表明工作区均存在地面沉降现象,截至2010年,德城区由于地下水开采强度大,地面沉降幅度最大,目前地面累计沉降量为-1186．9～-636．9mm,多年平均沉降速率为59．35mm／a,形成了以市区西北部为中心的地面沉降盆地。超量开采深层地下水是造成大规模地面沉降的重要因素。     

河北平原地面沉降调查与监测主要进展及成果

介绍了“河北平原地面沉降调查与监测”项目的研究背景、研究思路、完成的主要工作量及研究的意义,并总结了河北平原地下水状况、地裂缝状况及地面沉降监测网特点,分析研究了地面沉降的分布规律、影响因素、成因机制及危害特征,预测了河北平原地面沉降中心沧州市的地面沉降发展趋势,针对地面沉降现状,提出了合理的防治对策。     

Mechanics of land subsidence due to groundwater pumping

This paper presents the formulation of the basic mechanics governing the changes in stress states from groundwater pumping and comparisons among predicted land subsidence from this mechanics with existing analyses and field data. Land subsidence is a growing, global problem caused by petroleum and groundwater withdrawal, mining operations, natural settlement, hydro‐compaction, settlement of collapsible soils, settlement of organic soils and sinkholes. This paper is concerned with the land subsidence due to groundwater level decline by groundwater pumping. It is shown that the stress state consists of asymmetric stresses that are best simulated by a Cosserat rather than a Cauchy continuum. Land subsidence from groundwater level decline consists of vertical compression (consolidation), shear displacement and macro‐rotation. The latter occurs when conditions are favorable (e.g. at a vertical interface) for the micro‐rotation imposed by asymmetric stresses to become macro‐rotation. When the length of the cone of depression is beyond √2 times the thickness of the aquifer, simple shear on vertical planes with rotation is the predominant deformation mode. Otherwise, simple shear on horizontal planes is present. The predicted subsidence using the mechanics developed in this paper compares well with data from satellite‐borne interferometric synthetic aperture radar. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于PSInSAR技术的山东半岛蓝黄交迭区地面沉降发育特征与影响因素识别

研究区位于山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区的交迭地带,区位优势明显。地面沉降灾害的发生对该区规划建设和港口防潮堤高程构成了威胁,因此,全面了解该区地面沉降的发育特征,尤其是掌握地面沉降的主要影响因素极其重要。前人在不同时段内应用GPS和水准测量方法对该区局部地段地面沉降开展了相应研究,但未对全区地面沉降状况进行分析评价,尚不能有效支撑区域规划建设及地面沉降防控管理。文章在前人研究基础上,基于PSInSAR遥感技术分析了该区地面沉降速率及其变化状况,并与水准测量成果进行了对比。认为多年来该区地面沉降现象明显,超过75%的区域发生了不同程度的地面沉降,在寿光-广饶交界处、寿光-滨海开发区北部、寿光城区西北部和昌邑-滨海开发区北部等存在多个显著片区,且多年变化总体呈现加重趋势;区内存在16个沉降中心,最大沉降速率达到29~168 mm/a,沉降速率超过40 mm/a的占比达到62%以上,主要分布于研究区西部和西北部;该区地面沉降受区域构造、地层结构、地下水开采和地面荷载等因素影响,其中地下水开采是区域地面沉降发生的主致因素,地面荷载加强了局部地段的不均匀沉降程度,区域构造和地层结构为地面沉降发育和加剧提供了地质背景条件。     

沧州市地面沉降灾害预测预警

为了准确模拟评价沧州市地下水开采对地面沉降的影响,为沧州市政规划和地下水资源管理提供决策依据,基于比奥固结理论,建立了地下水开采与地面沉降三维全耦合数学模型。在对模型进行识别和校正的基础上,模拟预测了在地下水现状开采情况下,从2010年12月31日至2025年12月31日逐年的地面沉降变化趋势,并根据地面沉降速率对地面沉降进行了地质灾害预警分区。结果表明,到2025年12月31日,沧州市累计最大地面沉降量为466.82 mm,最小地面沉降量为241.54 mm,大部分地区为四级预警区和五级预警区,仅肃宁县为三级预警区。