松嫩平原地下水水流系统研究

据氢氧稳定同位素和地下水年龄分布,松嫩平原地下水流动模式呈现局部地下水流、中间性地下水流（二级流动系统）和区域性地下水流（一级流动系统）,局部地下水流系统存在于整个平原的浅部,为现代水循环系统,以垂向流动为主,深度一般为50m,山前倾斜平原可达100m以下。区域地下水流存在于深部承压含水层,参与现代水循环较少,地下水年龄老,以侧向水平径流方式流向盆地中心。     

江苏沿江开发带地下水开采与地面沉降三维数值模拟

根据江苏沿江开发带地下水系统的水文地质机制以及地面沉降机理,在概化出江苏沿江开发带的地下水系统水文地质概念模型和地面沉降模型的基础上,建立了江苏沿江开发带地下水开采与地面沉降三维数值模型。并针对各种开采方案下地面累积沉降量最少的原则,给出了各含水层的最优开采方案。     

近50 a来新疆孔雀河灌区地下水流系统演变特征

新疆孔雀河灌区面临地下水超采问题，科学认识区域地下水流系统的发育条件和演变特征，是优化地下水资源开发利用方式的基础。通过构建第四系含水层三维地下水稳定流模型，利用流线追踪技术，模拟识别了孔雀河流域1970-2020年期间地下水流系统的变化特征。结果表明，不同补给区和排泄区通过流线进行组合，在孔雀河周边形成了交错分布的地下水流系统，其空间分布格局随灌区地下水开采规模而变化。在20世纪70年代的拟天然状态，灌区主要发育自北向南的地下水流系统，其空间分布格局取决于水文地质参数和排泄要素，并可能存在1~4个以孔雀河为排泄带的流动系统。在有强烈地下水开采的现状条件下，灌区地下水流系统转变为从四周流向漏斗中心，截断了从孔雀河上游渗漏到中下游河道排泄的水流系统。近50 a来，以潜水蒸发为排泄方式的地下水流系统投影面积萎缩了29%，而以地下水开采为排泄方式的地下水流系统投影面积从零增加到研究区面积的40%。潜水蒸发对自然生态系统具有重要的支撑作用，灌区地下水开采应有所控制以保障潜水蒸发型地下水流系统的发育条件。      

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。      

黄泛平原区（1∶25万济南幅）浅层孔隙水多年动态变化特征

分析济南幅黄泛平原区浅层孔隙水的补给来源、地下水流场形态变化、地下水排泄途径及水化学多年变化特征,并结合区内浅层地下水开采强度资料综合研究认为,引起济南幅黄泛平原区浅层孔隙水动力场变化的主要原因是地下水开采量的变化与天然补给源的减少。研究表明,局部水位下降甚至产生超采漏斗主要是由于地下水长期过量开采引起的,并对区域地下水流场形态影响较大,区内已形成地下水分水岭。     

黄泛平原区(1:25万济南幅)浅层孔隙水多年动态变化特征

分析济南幅黄泛平原区浅层孔隙水的补给来源、地下水流场形态变化、地下水排泄途径及水化学多年变化特征,并结合区内浅层地下水开采强度资料综合研究认为,引起济南幅黄泛平原区浅层孔隙水动力场变化的主要原因是地下水开采量的变化与天然补给源的减少.研究表明,局部水位下降甚至产生超采漏斗主要是由于地下水长期过量开采引起的,并对区域地下水流场形态影响较大,区内已形成地下水分水岭.     

青岛市黄岛区潮河水源地地下水数值模拟

在分析研究青岛市黄岛区潮河流域水文地质条件基础上,建立了水文地质概念模型和地下水流数值模拟模型,利用地下水水位动态监测资料对模型进行了识别,并预测了三枯一丰一平条件下地下水最大开采量以及水位、降深分布情况。结果表明,模型验证拟合结果较好,地下水最大开采量为2.4万m3/d,地下水开采不会引起地面沉降、海水入侵等问题。     

渐江省"十一五"地面沉降防治工作主要成就回顾

一、前言 地面沉降是在自然或人类工程活动影响下,由于地下松散土层固结收缩压密作用,导致地表发生的下降运动,具有发育过程缓慢、短时间不易察觉、波及面积广、不可逆等特点.浙江省地面沉降主要是由于过量开采地下水所致,主要发生在杭嘉湖平原、宁波平原、温黄平原和温瑞平原等滨海四大平原,自20世纪60年代杭嘉湖平原发生地面沉降以来,随着地下水开采的不断发展,造成洪涝灾害加剧、海潮上岸、城市排水排污能力削弱、内河通航能力下降等危害,影响社会经济的可持续发展.     

聚龙山向斜三叠系含水层岩溶发育史及地下水流场控制意义

聚龙山向斜三叠系含水层经历了多期次岩溶综合作用, 其岩溶发育演化规律对于深入认识该地区水文地质条件及分析地下水流场具有重要意义。运用历史比较法, 结合研究区三叠系含水层水化学、同位素、钻孔等资料, 对聚龙山向斜构造演化与岩溶发育史进行了探讨, 进而恢复了地下水流场的演化过程。结果表明, 震旦纪-中三叠世, 研究区构造运动总体表现为垂向上的升降, 沉积的海相地层为岩溶发育提供了物质基础, 但不具备岩溶发育条件, 主要在二叠系茅口组和三叠系嘉陵江组顶面形成古岩溶作用。晚三叠世-早侏罗世, 聚龙山向斜以缓慢隆升为主, 在荆当凹陷的湖盆中相继沉积陆源碎屑, 由于广泛覆盖在碳酸盐岩之上的三叠系巴东组碎屑岩刚接受剥蚀, 导致该时期主要表现为位于水下的埋藏型岩溶。中侏罗世-早白垩世, 燕山运动产生的挤压应力促使研究区形成EW-NW向褶皱、断裂及裂隙, 控制了碳酸盐岩的平面分布格局。部分碳酸盐岩裸露, 岩溶开始发育, 这时期地表水和地下水向荆当凹陷汇集。晚白垩世-古近纪, 随着江汉断陷盆地形成, 盖层巴东组碎屑岩剥蚀线逐渐向南退却, 岩溶发育进一步加强, 产生的老岩溶水系和部分地下水向最低基准面江陵断陷排泄。新近纪以来, 构造运动的间歇性快速抬升使岩溶不断向深部发育, 形成五级岩溶台面和多级地下水流系统, 地表水和地下水最终排泄至长江。地下水流场具有山区到凹陷-断陷盆地-长江的多级次演化机制。      

基于PS-InSAR和GIS的北京平原区建筑荷载对地面沉降的影响

北京平原区地面沉降问题日益突出,成因复杂,既包括人为地下水开采和城市建筑荷载作用,又包括自然土体固结和活动构造影响。地下水开采和建筑荷载是重要的驱动因素。如何提取区域尺度建筑载荷,评价其对地面沉降影响,是地面沉降灾害防治工作需要开展的重要环节。本文以简化后的容积率表征建筑载荷,首先利用PS-InSAR技术获取研究区地面沉降信息,然后使用GIS空间分析的方法提取出同等地下水开采影响下的不均匀沉降分布,其次采用阴影长度法提取了研究区建筑体高度,最终结合空间分析和回归分析方法研究建筑容积率与地面沉降之间的关系。主要研究结论：① 北京地区地面沉降比较严重,沉降速率大于30 mm/a的区域占比21.08%;② 地下水开采同等影响下的不均匀沉降区呈H形分布于平原区中部和北部;③ 阴影长度法能够较准确的评估出建筑容积率,可用于区域尺度静载荷的提取与分析;④ 在地质条件相似、水位变化相同的局部区域内,地面沉降速率与建筑容积率具有一定相关性,但相关系数较低。     

北京典型区地面沉降演化特征与成因分析

北京从20世纪50、60年代发现地面沉降以来,其一直呈快速发展的态势。在过去的几十年里,北京市地面沉降的范围和速度逐年增加。本文以北京市典型地面沉降区为研究区,选择永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术所获取的2004-2010年间北京地面沉降信息作为主要数据源,补充水准测量数据（1955-2010年）,从空间分布和时序变化2个角度,分析北京市平原典型区地面沉降演化特征。结合地下水动态监测网数据、土地利用数据,采用GIS空间分析,研究各因素和地面沉降之间的时空响应关系。结果表明,北京地区地面沉降严重区域面积不断扩大,且局部不均匀程度逐渐增加。在研究期内,地下水水位变化在时间和空间上与地面沉降有较高的一致性,地下水超量开采是影响北京地区地面沉降的最主要因素,而城市发展过程中的工程活动也是影响地面沉降时空分布特征的因素之一。研究结果可为北京市地面沉降防控提供一定的科学依据。     

Study on adverse effects of groundwater level rising induced by land creation engineering in hilly and gully area of the Loess Plateau

Land creation projects have been implemented in China to expand urban space in mountainous areas. In addition to the predictable settlement brought about by filling construction,varying degrees of land subsidence and engineering failures have a demonstrated relationship to groundwater level fluctuation induced by land creation engineering. In this work, we adopted a typical large-scale land creation project, Yan'an New City in Shaanxi province, West China, as our study area. Prior to conducting the main experiment,preliminary field investigation and groundwater level monitoring were conducted to determine the groundwater fluctuation trend induced by land creation engineering. Although a blind drainage system was implemented, the depth aspect of groundwater level changes after large-scale land creation still needed to be addressed. To study the degree of impact and the settlement mechanism induced by the rising groundwater level, we conducted a Water Immersion Test(WIT) in a typical land creation site for 107 days. The rising groundwater level was simulated by injecting water from the bottom of the filling foundation. During the WIT, the soil water content, surface subsidence, and internal settlement of soil at different depths were obtained. Surface subsidence development could be categorized into four stages during the water level increase. The second stage, which is defined as the point when the groundwater level rises to 10 m,marked the critical point in the process. Furthermore,it was ascertained that the local settlement in regions that were originally composed of steep slopes is larger than that in originally flat areas. In addition, ground cracks and sinkholes in the study area were inspected;and it was determined that they would become new channels that would accelerate water infiltration and exacerbate the settlement. Based on the results from our field investigation and testing, several suggestions are proposed for land creation projects to mitigate issues associated with construction-induced groundwater level rising.     

北京新航城地区地面沉降演化规律及多源监测方法对比研究

为查明北京新航城地区地面沉降演化规律,结合基岩标-分层标和水准测量对新航城地区地面沉降特征进行了分析,并结合不同监测方法进行了对比研究评价。研究发现:①近十年新航城地区浅部地层中沉降量和沉降比例越来越小,沉降比例由2009年67.62%下降到2019年19.69%,而中部地层和深部地层则随着时间沉降量和沉降比例越来越大,中部地层沉降比例由2009年21.39%增加到2019年35.83%,深部地层沉降比例则由2009年10.99%增加到2019年44.48%;浅部地层含水层水位呈现周期性往复变化,中部和深部地层含水层在周期性变化中持续下降,地层在水位周期性往复变化中持续压缩。②根据历年水准测量和地下水动态监测成果,研究区自北向南累计沉降量逐渐减小。地面沉降和地下水位数据拟合后发现二者具有一定的相关性,相关性随着水位降幅的增大,相关性也随之增大,二者成正相关。③基岩标—分层标静力水准测量系统与人工水准测量系统对同一监测点和不同深度数据互校后的误差值非常接近,符合正态分布规律,不同深度的监测数据相关系数为0.993 6;对比2种方法各有优势与不足,应根据实际情况,多方面获取沉降信息与数据,满足地区级地面沉降监测与防治的不同需求。      

Spatial-temporal characteristics of land subsidence corresponding to dynamic groundwater funnel in Beijing Municipality,China

Due to long-term over-exploitation of groundwater in Beijing Municipality,regional groundwater funnels have formed and land subsidence has been induced.By combining a groundwater monitoring network,GPS monitor-ing network data,radar satellite SAR data,GIS and other new technologies,a coupled process model based on the dy-namic variation of groundwater and the deformation response of land subsidence has been established.The dynamic variation of groundwater funnels and the land subsidence response process were analyzed systematically in Beijing.Study results indicate that current groundwater funnel areas are distributed mainly in the southwest of Shunyi District,the northeast of Chaoyang District and the northwest of Tongzhou District,with an average decline rate of groundwa-ter level of 2.66 m/yr and a maximum of 3.82 m/yr in the center of the funnels.Seasonal and interannual differences exist in the response model of land subsidence to groundwater funnels with uneven spatial and temporal distribution,where the maximum land subsidence rate was about-41.08 mm/yr and the area with a subsidence rate greater than 30 mm/yr was about 1637.29 km2.Although a consistency was revealed to exist between a groundwater funnel and the spatial distribution characteristics of the corresponding land subsidence funnel,this consistency was not perfect.The results showed that the response model of land subsidence to the dynamic variation of groundwater was more revealing when combining conventional technologies with InSAR,GIS,GPS,providing a new strategy for environmental and hydrogeological research and a scientific basis for regional land subsidence control.     

南水北调中线区域地面沉降SBAS-InSAR监测研究

基于1 009景Sentinel-1A影像,利用SBAS-InSAR技术对南水北调中线区域地面沉降进行长时间序列监测。结果显示,整个中线沿线地面沉降主要分布于河北省东南部,最大形变速率为-139 mm/a,由于与渠道间有一定距离,因此对输水影响较小。北京市的最大形变速率为-133 mm/a,天津市西南部最大形变速率为-81 mm/a,但天津支线经过了2个沉降区,应当引起相关部门的重视。本文重点分析了南水进京后北京市地面沉降的时序形变特征,结合相关资料分析得知,南水北调工程有效补充了北京地区地下水储量,显著遏制了北京市地面沉降的发展态势。     

近场动力学理论在区域地面沉降建模中的应用研究

地面沉降是由自然和人类活动共同作用导致的缓变性地质灾害,是区域可持续发展的重要影响因素。以往地面沉降在建模时需要地裂缝等不连续结构的位置、走向、深度等信息,在构建微分方程模拟时需假设模型连续,这对开展地面沉降-地裂缝-地面塌陷一体化模拟带来一定的局限性。于2000年出现的近场动力学理论提出以积分形式描述材料受力过程,方法具有无需先验知识与连续性假设的优点,在材料的疲劳、损伤、断裂等模拟研究中展现出良好的应用前景。本文综述了其在岩石水力压裂、滑坡、饱水岩土材料等领域的研究进展;提出了应用近场动力学进行区域地面沉降建模求解的一般方法;结合InSAR技术获取的沉降信息、三维地震频谱谐振勘探技术获取的地下结构与密度信息等,提出了模型的反演调参与优化方法。以北京东部梨园-台湖镇-张家湾镇区域为实验区,建立了其4 km×6 km范围、0.2 km深度的近场动力学地面沉降模型,以实验区地下水位月均下降速率为边界条件,对2007—2010年地面沉降过程进行模拟。模拟结果与实测值的平均绝对误差为18 mm,表明近场动力学在地面沉降建模中有较好的适用性。     

银川平原土壤盐渍化与土地利用强度的空间关联分析

银川平原盐渍土时空格局及其与土地利用强度变化关联关系的空间区位特征,可从土地利用强度的角度阐释土壤盐渍化的动因,为盐渍化因地制宜的治理提供参考依据。本文重点研究了盐渍土空间分布定量遥感生成方法,通过土地利用遥感制图、半方差函数的地统计学方法和灰色关联度分析法,对2004-2010 年银川平原的土地利用强度变化、土壤盐渍化程度变化及各类盐渍土与土地利用强度的关联度,进行了空间区位分布特征的可视化表达。研究结果表明:银川平原的发展仍具集聚效应,土地利用强度变化与城镇体系格局、交通干线、沟渠分布、土壤盐分含量密切相关;2004-2010 年间,银川平原土壤盐渍化存在整体减轻、局部加重的空间分布特征,与土地利用强度变化间的响应关系,存在较明显的空间差异;银川平原土壤盐渍化程度变化与土地利用强度变化间的关联度为0.7781,与水体、耕地这2 种土地类型间的关联程度最高。银川平原土壤盐渍化的干扰活动中,水体与耕地类型的利用行为是较重要的影响因子。     

Comprehensive analysis and artificial intelligent simulation of land subsidence of Beijing, China

Mechanism and modeling of the land subsidence are complex because of the complicate geological background in Beijing, China. This paper analyzed the spatial relationship between land subsidence and three factors, including the change of groundwater level, the thickness of compressible sediments and the building area by using remote sensing and GIS tools in the upper-middle part of alluvial-proluvial plain fan of the Chaobai River in Beijing. Based on the spatial analysis of the land subsidence and three factors, there exist significant non-linear relationship between the vertical displacement and three factors. The Back Propagation Neural Network (BPN) model combined with Genetic Algorithm (GA) was used to simulate regional distribution of the land subsidence. Results showed that at field scale, the groundwater level and land subsidence showed a significant linear relationship. However, at regional scale, the spatial distribution of groundwater depletion funnel did not overlap with the land subsidence funnel. As to the factor of compressible strata, the places with the biggest compressible strata thickness did not have the largest vertical displacement. The distributions of building area and land subsidence have no obvious spatial relationships. The BPN-GA model simulation results illustrated that the accuracy of the trained model during fifty years is acceptable with an error of 51% of verification data less than 20 mm and the average of the absolute error about 32 mm. The BPN model could be utilized to simulate the general distribution of land subsidence in the study area. Overall, this work contributes to better understand the complex relationship between the land subsidence and three influencing factors. And the distribution of the land subsidence can be simulated by the trained BPN-GA model with the limited available dada and acceptable accuracy.