基于防治德城区地面沉降控制深层地下水开采的模拟研究

山东省德州市德城区由于地下水的大量开采,形成了大规模的地下水降落漏斗,地面沉降问题尤为突出。采用回归分析方法,从单井开采量、区域总开采量、不同深度开采等方面分析深层地下水开采与地面沉降的关系,全面分析深层地下水开采和地面沉降之间的关系,结果表明两者的线性趋势显著,由此得出地面沉降主要是由深层地下水开采量导致的。为控制地面沉降,采用水量均衡法方法计算城区深层地下水开采量应小于47 945 m3/d,该结果为后续的地面沉降防治工作提供了明确方向和理论基础,使得防治工作更具针对性。     

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。     

控制地面沉降条件下天津深层地下水资源持续利用

天津平原大强度开采深层地下水引发严重的地面沉降。根据地下水位和地面沉降监测结果分析,第四系中更新统和下更新统是深层地下水持续利用的最佳层位。当水位埋深控制在35~40m,引发的地面沉降量小于10mm/a,深层地下水开采资源为26 755×104m3/a,平均资源模数为2.90×104m3/(a.km2)。与1991~2000年平均开采量相比,资源量减少了43.1%,而地面沉降量可以减少68.3%。长期大强度开采深层地下水提高了粘性土的固结程度。保持历史开采层位,稳定开采量,使水位稳定在地面沉降临界水位附近,是深层地下水资源持续利用,控制地面沉降的有效措施。     

天津市深层地下水开采指标计算

天津市地面沉降是典型的水资源短缺型地面沉降,要实现控制地面沉降的目的就要科学合理的制定年度地下水开采指标。该指标是控制地面沉降和地下水资源管理工作相结合的重要手段。深层地下水开采指标的计算通过多年实践验证,方法准确合理。     

开采浅层地下水对地面沉降影响的探讨

苏锡常地区由于长期过量开采深层地下水，已诱发了严重的地面沉降灾害。为此，江苏省政府下达了在2005年全面禁采深层地下水的文件。为解决用水问题，许多专家、学者建议开采利用浅层地下水。在苏锡常地区开采浅层地下水是否会同样诱发严重的地面沉降问题，是目前争议的焦点。文章详述了苏锡常地区水文地质条件及地面沉降现状，确定了地面沉降的各种影响因素，分析对比了浅层地下水与深层地下水在开采条件下所能引起的地面沉降量，说明采用合理的开采工艺开发利用浅层地下水不会诱发严重的地面沉降。     

京沪高速铁路沿线地面沉降与地下水位变化关系探讨

文章选择京沪高速铁路沿线的北京、廊坊、天津、沧州、德州等几个沉降中心的监测数据及研究资料,对比分析发现地面沉降发展与地下水位变化密切相关,依此建立了地面沉降与地下水位变化的经验关系,进一步分析预测了华北平原各主要沉降区地面沉降发展趋势。结果表明:北京地区地面沉降变化与水位变化线性相关明显,地面沉降对地下水位变化反应较灵敏,无明显临界水位;廊坊、天津及沧州地区显示指数相关,有较明显的临界水位,沉降过程存在初期缓慢沉降和快速沉降两个阶段;德州市在监测时段内显示二次函数相关,可能存在临界水位,但不如天津至沧州地区明显。各主要沉降区除天津市区地面沉降已经得到有效控制外,随着地下水资源的不断超采,过量消耗深层地下水储量,其它沉降区的地面沉降将持续发展,地面沉降灾害问题也必将日趋严重。     

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.      

江苏沭阳主城区地面沉降初步探讨

对本区地层结构及深层地下水开采现状的研究表明,土层应力效应特征是发生地面沉降的内因,超量无序开采深层地下水是其外因.鉴于目前实测数据缺乏,运用太沙基有效应力理论和一维固结理论,估算地面沉降量.发现最终地面沉降总量为534 mm.截至2010年研究区实际沉降量132.7 mm,沉降速度缓慢.最后,提出当前的控制对策以及进一步研究的方法与建议.     

天津平原地面沉降条件下的深层地下水资源组成

根据天津平原地面沉降监测结果，采用水量均衡法，计算出深层地下水开采量中，浅层地下水越流补给量占38.2％，粘土性压密释水量占41．3％，弹性释水量占5．6％，侧向流入量占14．9％。在控制地面沉降的条件下，深层地下水持续利用的对策是调整开采三维布局，适度开发利用浅层地下水对深层地下水的越流补给。     

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。     

基于水化学组分和环境同位素信息探讨山东德州深层承压地下水起源

本文针对海河流域平原长期过量开采深层水导致地下水位不断下降,引发地面沉降等环境地质问题,选择德州深层水分布区作为重点研究区,以深层地下水化学组分及同位素信息作为主要研究对象,探讨深层地下水起源与更新性。研究结果表明,德州深层水主要形成于末次冰期盛期较寒冷的大气降水淋滤,在形成及径流过程中,遭遇较强烈的蒸发作用和阳离子交换作用,形成以HCO3-Na型水为主要成因类型,具有高氟、高钠、低钙、偏碱性的水化学特征,和氢氧稳定同位素低,氚含量低的同位素特点;深层地下水循环缓慢,更新能力较弱。     

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。     

鲁西北平原深层地下水动力场时空演化

深层地下水是鲁西北平原区特有的含水系统,具有分布范围广、埋藏深和开采恢复能力差等水文地质特征。近30年来的人工开采使天然流场发生了较大改变,形成多个规模不一、形态各异的超采漏斗。利用多年来区域研究成果和实测资料,在研究区域地下水循环系统的基础上,分析开采初期和开采条件下特征年份深层地下水动力场特征,研究鲁西北平原深层地下水演化程度。研究发现,近30年来,区域水头整体下降,地下水动力场发生了显著变化。除黄河三角洲全咸水区、莘县阳谷、嘉祥凸起周围降幅较小外,其余地区均大于20m,其中德州一武城、滨州-博兴、菏泽城区降幅均在60m以上,德州、滨州漏斗中心降幅大于100m。目前已造成德州、滨州、东营、菏泽、济宁等城区不同程度的地面沉降。     

深层水漏斗区开采量组成变化特征与机制

为阐明强烈开采条件下华北平原深层水的开采水量来源及组成问题,以德州地区深层水漏斗分布区为重点研究区,通过基于大量钻孔资料对含水层组及其粘性土夹层或透镜体的分析和野外地下水采样、动态监测及地面沉降测量资料等分析,采用分层、分区计算方法对漏斗中心至外围的各分区弹性释水量、粘性土压密释水量、侧向流入和越流补给量进行均衡计算。结果表明:在强烈开采条件下,深层水开采量中弹性释水量和压密释水量所占比率不是常量,随着深层水位下降的幅度和深度增大、超采释压持续时间愈长、开采层中粘性土夹层或透镜体愈多,则区内弹性释水和压密释水的强度及累积地面沉降量愈大;愈靠近漏斗中心,弹性和压密释水强度愈大,相同降深下平均单位降深的地面沉降量愈小。在深层水开采量中粘性土压密释水占35.5%~61.9%,与地面沉降密切相关。     

山东德州凹陷地下热水地球化学特征及成因

典型地区地下水成因和演化机制的研究不仅对于热水资源的合理利用与开发具有重要的指导意义,而且可以为日后的地热资源勘查评价提供重要信息。笔者通过对德州凹陷的地下热水的化学成分、同位素及其水文地质特征的分析,进而对这一地区的地下热水的成岩和演化过程进行了研究。结果显示地下热水的形成受区内深大断裂和基底构造对地热形成的控制,地下热水补给是来自大气降水,为入渗变质水,水化学成分以易溶盐溶解作用为主,其气体组分主要起源于大气、地壳和地幔的混合物,反映了地下水长期径流及深循环中各种水化学作用。     

山东鲁北平原地下水资源与可持续利用

鲁北平原目前区内供水水源以黄河客水和地下水为主。最新均衡计算结果为:浅层地下水开采资源量37 03×108m3 a,深层地下水开采资源量2 62×108m3 a。据山东省水资源可持续利用总体规划报告,现状年需水量约74×108m3 a,2010年需水量为93×108m3 a,2030年需水量为109×108m3 a,现状年供需基本平衡,远景供水不足。浅层地下水易采易补,更新能力强,应以合理调控水位为中心,优先开采浅层地下水,充分发挥浅层地下水资源的供水功能,尤其是东阿—齐河—商河—利津沿黄地区更应加强开发浅层水的力度。浅层水为可持续利用的地下水资源量。深层地下水更新能力弱,应严格限制其开发利用。在德州、滨州漏斗中心区,建议实施部分封井,调减开采量。实行地表水与地下水联合调度,优化水资源开发结构,适当增加地表水引用量,实施含水层的恢复工程,遏制地面沉降等环境问题的继续发展,走全面、协调、可持续发展的路子。     

地下水中氟形成的控制因素及其分布规律

本文研究了地下水中氟元素形成的主要控制因素及其分布规律。结果表明，地下水氟的形成与断裂构造，地下水温度、气候条件、含水介质及其上覆土层中的氟含量，地下水的酸碱度与径流条件有密切的关系。深成断裂脉状地下水和萤石矿区的地下水氟含量高，不有作为生活饮用水源； 而浅层的地下水氟含量较低，大多数仍作为生活饮用水源。     

异常温压条件下水文地质参数实验室计算方法的研究

异常温压条件下的渗透系数和弹性储水系数是评价深层地下水资源量的关键水文地质参数。本文针对目前国内外在深层地下水资源评价研究中,沿用浅层地下水的非稳定井流试验求参数所造成的弊端,考虑到深层地下水因埋藏深度很大而形成的异常温压条件,提出了通过实验室测定岩样,水样的弹性模量、泊松比、孔隙度、渗透率、液体体积压缩系数、粘滞系数等,进而计算深层地下水所处的特定环境中的水文地质参数的方法。     

关中盆地水资源可持续开发利用对策研究--以渭南市为例

以关中盆地东部的渭南市为例，概述了水资源的分布特征及其开发利用现状。认为水资源开发利用中存在水资源浪费严重，重复利用率低；行政区块限制，水资源调配不够；不合理开采地下水，出现负环境效应；地下水人工调控力度不够，不能有效的促进生态环境良性循环；对地下水资源的研究、规划和管理滞后等五个方面的主要问题。针对存在的主要问题，提出了六项水资源可持续开发利用对策，包括节水对策、开源对策、改水对策、调水对策、增补对策以及管理对策。