天津地面沉降区地下水资源超采和涵养恢复阈值的讨论

天津市地面沉降属于典型的水资源短缺型地面沉降,发育范围广,沉降程度高,灾害损失大,有效防治天津市地面沉降的主要手段是严格控制地下水资源超采、涵养恢复地下水含水系统。从地下水流动系统和地面沉降的发育特点出发,综合分析讨论,认为天津沉降区整体上地下水已经超采,仅研究小区域地下水是否超采,存在“以小论大”的误区,宜以水文地质单元为单位来开展超采情况评价,地下水资源实现有效涵养恢复的阈值是要求地下水位恢复至地面沉降临界水位以上。     

蒙脱石层间水化状态对土壤孔隙率计算的修正及其在地面沉降中的应用

用蒙脱石层间水化状态修正了土壤孔隙率的计算方程,以此建立蒙脱石层间脱水作用所产生的次要地面沉降量的数学表达式,并对无锡石塘湾地面沉降区进行了模拟计算。无锡石塘湾地区因蒙脱石层间释水所产生的次要地面沉降量为39.02 cm,占整个沉降量的19.51%,人工回灌后,次要地面沉降量变为36.04 cm,占整个沉降量的18.02%,表明人工回灌是阻止地面继续沉降的有效措施之一。计算表明,如果蒙脱石残余层间水全部释出,那么无锡石塘湾地区可能有117.39 cm的地面沉降空间。虽然这一结果在真实的外界环境下不可能实现,但对下一步就地面沉降灾害的治理、防治具有一定的警示作用。蒙脱石层间脱水作用及其对地面沉降影响的研究,可能对地面沉降趋势的预测具有启示作用。     

沧州地下水超采与地面沉降关系的分析与探讨

针对沧州市水资源严重匮乏、为维持村地区民众和生存和发展,不得不大量超采深层地下水,并由此而引发的地下水位下降、地面沉降等一系列环境地质问题,通过地面沉降机理的分析、沉降层的确定等,结合多年观测资料,分析探讨了地下水超采与地面沉降的关系,结果表明：地下水超采已引发了严重的地质环境问题,包括地面沉降。     

根据蒙脱石的层间水化状态探讨南京仙林盆地的地面沉降及其趋势

引用B rown等和F itts等提出的蒙脱石层间水化状态修正的土壤孔隙率的计算方程,以此建立蒙脱石层间脱水作用所产生的次要地面沉降量的数学表达式,对位于山间沟谷型沉积盆地的南京仙林新市区可能产生的地面沉降量进行了模拟计算。结果表明:该地区由蒙脱石层间水部分释出而产生的次要沉降量为6.85 cm,估计该地区过去曾发生34~46 cm的地面沉降;如果蒙脱石残余层间水全部释出,那么该地区可能还存在96.47 cm的地面沉降。虽然96.47 cm的地面沉降在真实的外界环境下不可能实现,但对下一步地面沉降灾害的防治具有一定的警示作用。蒙脱石层间脱水作用及其对地面沉降影响的研究,对地面沉降趋势的预测具有启示作用。     

PS-InSAR技术在安徽省阜南县地面沉降监测中的应用

本文以阜南县为研究区域,选取2017—2022年88景Sentinel-1A影像数据,利用PS-InSAR技术对阜南县地面沉降分布情况进行研究和分析。结果表明：研究区近5年累计沉降量为0～60 mm,平均沉降速率为0～14 mm/a,其中西南部的方集镇至洪河桥镇、地城镇之间以及东南部的中岗镇至曹集镇区域地面沉降显著,最大累计沉降量为60 mm,平均沉降速率大于10 mm/a,地面沉降发育程度为中等发育。西南部的沉降区形状明显向西南方向延伸,主要是受到西南侧淮滨县地下水开采的影响;东南部的沉降区形状呈闭合的椭圆形,是由区内地下水超采所致。     

大同市区地下水开采与地裂缝形成的关系

大同市地下水开采的有关资料表明,自1981年以来大同市地下水开始超采,致使大同市地下水各降落漏斗已逐渐靠拢或合并,已经形成了一占据大同大半市区的降落漏斗。通过对大同市各地下水取水点超采量的变化、地面沉降的发生时间与相应位置、地裂缝产生的规律、地质构造的区域背景资料的详细对比与分析,说明了地下水严重超采是导致大同市地面沉降与地裂缝产生的直接诱因。     

蒙脱石脱水作用与地面沉降关系的研究展望

粘土矿物在地面沉降中的作用、粘土矿物的脱水作用对地面沉降的影响等日益成为评价和防治地质、工程、水文、环境等问题的关键,也一直是相关领域的研究难题而逐渐引起高度重视。本文回顾了蒙脱石层间水性质、层间水化膨胀和脱水收缩的影响因素,提出蒙脱石层间的固溶体特征,在总结蒙脱石脱水作用与地面沉降关系研究成果的基础上,提出了用蒙脱石脱水作用研究地面沉降的思路。最后讨论了用蒙脱石的脱水作用研究地面滞后沉降及沉降趋势预测的可能性。     

北京平原地面沉降数值模拟情景分析

地下水严重超采给北京带来了一系列诸如地面沉降等生态环境问题。为研究北京平原地面沉降的发展趋势,在地下水模型基础上设计了5个情景,对北京平原区域及沉降中心的沉降速率进行了模拟。结果表明:(1)在保持现状和考虑地下水回灌的情景下,中远期的区域及沉降中心的沉降速率均无法达标;(2)对沉降中心进行不同程度减采的情景下,中远期的区域沉降速率均达标,除昌平八仙庄外的沉降中心的沉降速率在中远期均达标;(3)通过以上分析,设计出合理的情景:5区(八仙庄)、6区(天竺)和7区(王四营)的工业和城市生活用水每年分别减采0.51亿m3(100%减采)、0.12亿m3(20%减采)和1.76亿m3(50%减采),共减采2.39亿m3,总开采量19.28亿m3,该情景可以使得北京平原的区域及沉降中心的沉降速率均达标,是北京平原未来应采取的地下水开采情景。     

北京市地面沉降防治工作探讨

北京市地面沉降监测工作在新世纪发展较快,目前已经形成了由基岩标—分层标监测、精密水准测量、GPS测量、InSAR监测和区域地下水动态监测一体的监测系统,在地面沉降灾害监测、机理研究、灾害防治等方面均取得长足发展。本文从基础研究、地下水控采、法治建设、区域联动和多部门配合、线路工程地面沉降防控等多个方面对北京市地面沉降的防治工作进行了探讨,指出:多个途径控制地下水超采问题,是从源头上防治地面沉降的根本方法;法治建设是地面沉降防治工作的制度保障;区域联动和多部门配合是地面沉降防治工作的必然趋势;高速铁路等线路工程是地面沉降防治工作的重点和突破口。     

蒙脱石剥离方法的对比与选择

以氯化锂、正丁基锂、葡萄糖酸为剥离剂,采取离子交换和插层反应等方法剥离蒙脱石,分别采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜测试手段对样品的晶体组成、形貌和微观结构进行了表征。上述结果表明,用氯化锂剥离后,样品由片层构成,分散性良好,蒙脱石(001)晶面的衍射峰峰位(2θ)向左偏移了1.2°,相应的晶面间距增大了0.27 nm,部分为薄层状结构,厚度5~10 nm,边缘发生了卷曲;正丁基锂剥离后,蒙脱石(001)晶面的衍射峰基本消失,层状结构遭到破坏,蒙脱石基本被剥离成了单层状结构,也有厚度10~15 nm的小片层;用葡萄糖酸剥离的蒙脱石层状结构无序度增加,蒙脱石的层堆积明显。通过对比上述3种方法所剥离的蒙脱石,可认为氯化锂及正丁基锂对钠基蒙脱石的剥离效果优于葡萄糖酸的剥离效果,且以正丁基锂剥离的效果最佳。     

柱撑粘土的晶体结构模型

根据X射线衍射、电子探针等实验数据综合分析和理论计算，讨论了柱撑基团[Al13O4(OH)24(OH2)12]^7 和[Ti20O32(OH)12(OH2)18]^4 在粘土矿物结构单元层层间的分布，铝基和钛基的笼状离子作用范围分别相当于粘土矿物的10个和6个晶胞。羧基铝柱撑蒙脱石层间孔道高度为0.9-1.2nm，直径为1.5nm；理论孔道率为84％，有效孔道率为56％。钛基柱撑蒙脱石的层间孔道高度为1.34-1.60nm，直径为1.0nm，理论也道率为75％，有效孔道率为50％。根据柱撑离子基团的两种类型，可把柱撑粘土分为Keggin型柱撑粘土和Dawson型柱撑粘土。     

华北平原深层地下水超采程度计算与分析

华北平原深层地下水的超采已引起了一系列的环境地质问题。为了从区域上认识深层地下水的超采情况以及由此引发的环境地质问题,分别以地下水开采潜力系数(深层地下水可利用量/现状开采量)、地面沉降量、多年平均水位下降速率为指标对地下水超采情况进行了计算和分析。结果表明,不同方法的计算结果具有一定的一致性。从区域上来看,深层地下水总体上处于超采状态,已无开采潜力。地下水开采程度指标采用以2003年为现状年的开采量,因此更多反映的是开采程度现状。利用地面沉降和多年平均水位下降速率计算的超采结果更多地反映了深层地下水开采历史所产生的环境地质问题。     

Cr~(3+)在蒙脱石中吸附位置研究——基于蒙脱石、CTAB-和NH_4~+-交换层间域的蒙脱石吸附铬研究

蒙脱石具良好的阳离子可交换吸附特性。在提纯蒙脱石的基础上,用氯化铵(NH_4Cl)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)分别交换蒙脱石层间阳离子制备了改性蒙脱石,并用提纯蒙脱石、改性后的蒙脱石吸附碱式硫酸铬溶液中的铬离子,获得含铬蒙脱石样品。针对上述的含铬蒙脱石进行包括粉末X射线衍射术(XRD)、电子顺磁共振谱术(EPR)和傅里叶变换红外吸收光谱术(FTIR)以及电感耦合与等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等测试和分析。吸附残余液的化学分析结果和含铬蒙脱石样品的XRD结果显示CTAB对蒙脱石的层间的封闭是较完全的,层间几乎未发生交换吸附;而NH_4~+—蒙脱石和蒙脱石层间则发生交换吸附。吸附前后样品的红外吸收谱发生了较大变化,表明三个含铬样品的红外吸收谱上出现的硅醇和铝醇向低波数延展的现象是由铬离子吸附在蒙脱石结构片的六方孔中所致。EPR的结果指示甚至在蒙脱石的少量四面体和/(或)八面体位中也有Cr~(3+)占位。     

高压条件下蒙脱石层间域对氮的保护效应

含铵(NH₄⁺)蒙脱石不仅存在于陆地土壤中,还广泛存在于蚀变洋壳、远洋和陆源沉积物中,是N的主要载体矿物,对地表N向地球深部的传输路径和效率具有重要影响。本文利用微区和粉晶X射线衍射(XRD)、漫反射傅里叶红外光谱(DRIFT)和元素分析等表征技术,研究了不同温度(25～700℃)和压力(常压和2.5GPa)条件下含铵蒙脱石的物相及结构演化,以及N的赋存状态和N含量的变化特征。结果表明,在常压条件下,温度上升会导致蒙脱石层间距从1.20nm(25℃)逐渐减小至0.96nm(700℃)。同时,蒙脱石Al2–OH(914cm^-1)和AlMg–OH(844 cm^-1)振动峰强度在升温过程中逐渐减弱,表明蒙脱石结构羟基逐渐脱失;在500℃时,蒙脱石结构羟基完全脱失,并导致层间完全坍塌。在高压(2.5GPa)条件下,温度上升会造成蒙脱石层间距从1.20 nm(25℃)逐渐减小至1.02 nm(700℃),但蒙脱石结构羟基在700℃时依然存在。在此过程中,蒙脱石膨胀性逐渐降低,表明蒙脱石逐渐向伊利石转变。在常压...     

直接/间接作用模式下一株短小芽孢杆菌对蒙脱石层间域特性的影响研究

为探讨直接/间接作用模式下土壤常驻菌对蒙脱石层间距、层电荷及层间介质的影响,从绵阳地区紫色土壤中分离选取1株短小芽孢杆菌,利用透析袋,建立土壤菌与蒙脱石"接触"与"非接触"体系进行相互作用实验。作用5 d后的结果表明,蒙脱石样品层间距变小,样品M-1和M-2的d001值从1.486 nm分别减小到1.246 nm和1.257 nm,单位半晶胞层电荷数减少,且ξMMTξM-2ξM-1,FTIR分析显示作用后蒙脱石样品出现来自蛋白质酰胺Ⅱ带及蛋白质分子甲基的新特征峰,层间水分子3434 cm-1、1637 cm-1处的峰发生偏移,此外阳离子交换容量也发生明显改变。土壤菌的生物作用能改变蒙脱石的层间距、层电荷及层间介质,使其结构和性质发生改变。对比2种作用方式与作用后蒙脱石层间域特性的改变分析可知,接触作用对蒙脱石层间域特性的改变效果强于非接触作用。     

ZnS柱撑高岭石-蒙脱石混层矿物纳米复合材料的制备及其光降解伊红-B的研究

以硫尿和乙酸锌为前驱物,通过离子交换和溶液热反应的方法在有机高岭石蒙脱石混层矿物(高蒙混层矿物)层间原位合成了ZnS纳米粒子,得到ZnS柱撑高岭石蒙脱石混层矿物纳米复合材料。X射线粉末衍射分析(XRD)表明高蒙混层矿物的d001从原来的0.98nm被柱撑到1.95nm,表明层间被插入了直径小于1nm的ZnS纳米颗粒。扫描电镜(SEM)观察发现,原高蒙混层矿物的有序片层结构部分被破坏,在被剥离的片层上面均匀覆盖了ZnS颗粒聚集体,粒径在25nm左右。透射电镜(TEM)显示,ZnS颗粒聚集体是由3～5nm的颗粒堆积而成,夹杂在被剥离的高蒙混层矿物层中。选区电子衍射(SAED)和能量散射谱(EDS)测定表明形成的ZnS属于六方晶系,结晶度较低。光降解伊红_B(eosion_B)实验表明该纳米复合物具有极高的反应活性,紫外可见吸收光谱(UV_Vis)跟踪反应历程,表明降解过程中没有其他中间产物生成,20min之内降解率达到99.1%。本方法制备的ZnS柱撑高蒙混层矿物纳米复合材料与前人制备的ZnS纳米粒子相比具有更高的催化活性,方法更简单,原料较便宜,可重复利用。     

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。      

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.      

江苏沿海地区深层地下水开发利用现状及环境地质问题

江苏沿海地区深层地下水在开发利用过程中，由于开采布局不合理和存在“三集中”(开采层次集中、开采地段集中、开采时间集中)以及水文环境地质条件脆弱等因素，出现水位逐年下降，并形成区域性降落漏斗，致使部分地段地下水资源枯竭、水质成化和诱发地面沉降等诸多环境地质问题。本文着重分析沿海地区深层地下水开发利用的6个阶段(初级、城市开采、城市超采、区域超采、区域控制开采和区域压缩开采阶段)、区域降落漏斗的3个发展过程(1986年、1995年和2002年)和因深层水超量开采诱发的水资源枯竭、水质成化和地面沉降等环境地质问题的发育特征及演化趋势，从地下水资源管理和可持续发展的角度，提出深层水的保护规划、浅层咸水、海水资源的开发利用、实行强制节水、污水资源化和发展海洋性产业的对策建议。     

铁盐水解法制备铁层柱蒙脱石及其结构特性研究

利用低角度X射线衍射、红外光谱、喇曼光谱及孔结构分析,研究了用铁盐水解法制备的铁层柱蒙脱石的结构与性质。所制得的铁层柱蒙脱石以介孔型层离结构为主,微孔型柱撑结构为辅。前者为蒙脱石片层与铁离子水解产生的聚合羟基铁簇合物堆垛而成的卡房状结构,与d值为6.4±1.0nm的X射线衍射宽峰相对应;微孔型柱撑结构则与d值约1.5nm的(001)衍射峰相对应。所合成的系列铁层柱蒙脱石中最大的比表面积和孔容分别为215.7m2/g和0.291mL/g。500℃热处理后,仍保存铁层柱蒙脱石的介孔结构。铁层柱蒙脱石富含阴离子(NO3-),并作为平衡铁水解聚合物正电荷的反离子而稳定存在,可为磷钨酸离子[PW12O40]3-所交换。铁层柱蒙脱石的新型结构和特殊性质在催化剂、载体与吸附剂等领域具新的应用前景。