苏锡常地区地面沉降地质结构三维可视化模型虚拟现实系统研究

从苏锡常地区地面沉降研究实际需要出发,介绍了利用虚拟现实技术构建地面沉降地质结构三维可视化模型虚拟现实系统的设计思路、开发模式、实现方法和功能特点。该系统真实表达了研究区三维地层结构特征,逼真再现了地面沉降模型所预测的地下水流场、地面沉降发展变化过程,并虚拟表现出地面沉降可能造成的后果,为苏锡常地区地面沉降机理及预测研究提供了一个全新的三维可视化平台。     

江苏地质灾害预警预报研究成果达国际先进水平

日前 ,由江苏省地质调查研究院承担完成的苏锡常地区地面沉降预警预报工作研究项目顺利完成 ,并在南京通过专家鉴定。该项成果包括《地面沉降监测网络建设工程报告》、《地面沉降与地裂缝调查研究报告》、《基于GMS平台的苏锡常地区地下水流模型研究报告》、《地面沉降预警预报     

苏锡常地区地面沉降现状和治理对策研究

地面沉降是地下水开发利用中普遍遇到而非常突出的环境问题之一。据不完全统计,在我国大中城市中,有近60个城市已产生不同程度的地面沉降,上海、天津、太原、西安、宁波、阜阳,特别是本文的要介绍的江苏南部苏锡常地区,地面沉降不但发生得早.而且沉降波及的范围大(苏州市、无锡市、常州市已形成连片地面沉降带).危害面广,已成为该地突出的一大公害。 开展地面沉降研究,制定科学、合理的治理对策,已势在必行,迫在眉睫。 1 苏锡常地区地面沉降现状 我省苏锡常地区地处长江三角洲太湖经济发展区黄金地带,包括苏州市、无锡市、常州市和其所属的12个县,总面积17510km~2,人口约1300万.是我国重要的粮、棉、油基地之一,工业、乡镇企业发达,苏锡常地区在我国国民经济建设中具有举足轻重的地位。     

岩性结构与地面沉降关系研究——以苏锡常地区为例

地面沉降是一种区域性的缓变型地质灾害,不同地区地面沉降具有相似性又有独特性。本文结合苏锡常地区的实际地质条件．把第四纪地层按不同的沉积类型划分出三类地层结构区,提出用地面沉降响应系数这一指标来评价地面沉降与地下水关系,探讨了不同岩性结构区地面沉降在时间上和在垂向地层空间上的基本规律。     

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。     

苏锡常地区地面沉降监测网络体系建设初探

本文从苏锡常地区地质环境基本特征出发,在分析了该地区地下水开采及地面沉降现状和特点基础上,提出建设苏锡常地区地面沉降监测网络体系的初步构想.该监测网络的建立,将为今后开展地面沉降GPS监测及相应的专题研究工作奠定基础.     

苏锡常地区地裂缝灾害危险性评价与预测

苏锡常地区是我国近年来地裂缝灾害最为活跃的地区之一。作者在深入研究其灾害成因机理和形成过程的基础上 ,提取了基岩面起伏、浅部含水砂层差异、隐伏灰岩、浅部土层结构条件、累计地面沉降量、地面沉降速率和主采层水位共 7个主要影响因素 ,选用层次分析法确定权值 ,建立了苏锡常地裂缝危险性评价模型。以GIS软件Arcinfo为主要工具 ,利用其强大的空间分析功能 ,将各影响因素专题图层按照权重进行多重叠加操作 ,进行了不同时期地裂缝灾害危险性分区评价和发展趋势的预测。目前研究区地裂缝灾害危险性仍在增加 ,常州马杭镇与湖塘镇中间、武进横林镇铁路以北和无锡堰桥镇西北地区危险指数最大 ,是今后几年苏锡常地区防治地裂缝灾害的重点区域。     

基于ANN的苏锡常地裂缝预测研究

伴随着地面沉降灾害的发生,地裂缝作为一种新的地质灾害出现在苏锡常平原上,已有十多年历史,给地区发展造成严重危害。作者在较详细地阐述区域地质背景基础上,着重分析了地下水位和地面沉降在地裂缝形成中的作用。确定了“起伏的基底外加地下水位和地面沉降作用”这一地裂缝成灾模式。研究认为地裂缝的发生与地下水及地面沉降之间不存在简单的线性关系。而是二者共同作用的结果,同时需要有量的配合。初步确定了水位埋深50m,地面沉降量达500mm这样一个苏锡常地区地裂缝的易发环境。通过文章的研究,使得苏锡常地区地裂缝的产生机制更加清晰。文中一些定性和半定量的分析结论将对该地区地裂缝防治区划产生指导作用。     

苏锡常地区地下水禁采后的地质环境效应研究

1995年以来,针对严重的区域性地面沉降和地裂缝灾害,苏锡常地区地下水资源保护和管理工作逐渐加强,特别是从2000年开始,江苏省政府分阶段实施限期禁止开采工作,首先在超采区实行地下水禁采,到2005年底,在苏锡常地区全面禁止开采地下水,全区地下水环境、地面沉降状况出现明显好转,地下水水位普遍回升,地面沉降速率逐渐减缓。根据近年来苏锡常地区地面沉降基岩标、分层标的系统监测资料,对地下水禁采后地质环境的效应特别是地面沉降的变化特征进行了初步分析、研究,并对该区今后地质环境保护工作提出了对策和建议。     

全面禁采以来锡西澄南地区地面沉降动态特征分析

锡西澄南地区在苏锡常地区地面沉降研究中具有一定代表性,是地面沉降的典型地区之一。本文在已有的长期地下水水位、地面沉降监测资料的基础上,结合区域地质条件就全面禁采以来锡西澄南地区的地面沉降特征的诸多方面作进一步的探索分析。分析结果显示:目前锡西澄南地区出现南北沉降差异;差异特征与相应区域的地下水补给条件密切相关;北部Ⅱ承压层沉降为预防重点。     

江苏如东北部水产养殖区地面沉降现状分析与防控建议

江苏如东北部水产养殖区自规模化运营以来,长期对区内浅部地下水进行集中式开采,区内地下水水位持续下降形成水位漏斗,继而导致地面沉降的发生,是苏北地区典型水产养殖引起的地面沉降区,为全省地面沉降研究新的拓展区和实践区。根据2017—2020年度高精度InSAR监测数据,圈定研究区地面沉降重点沉降区及影响范围,通过39个开采井水位统测数据对比研究,证实区内地下水水位漏斗与地面沉降展布形态和特征具有较好的一致性,科学佐证了地下水开采是研究区地面沉降形成的主要诱因。     

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.      

Land subsidence and earth fissures in south-central and southern Arizona,USA

Land subsidence due to groundwater overdraft has been an ongoing problem in south-central and southern Arizona (USA) since the 1940s. The first earth fissure attributed to excessive groundwater withdrawal was discovered in the early 1950s near Picacho. In some areas of the state, groundwater-level declines of more than 150 m have resulted in extensive land subsidence and earth fissuring. Land subsidence in excess of 5.7 m has been documented in both western metropolitan Phoenix and Eloy. The Arizona Department of Water Resources (ADWR) has been monitoring land subsidence since 2002 using interferometric synthetic aperture radar (InSAR) and since 1998 using a global navigation satellite system (GNSS). The ADWR InSAR program has identified more than 25 individual land subsidence features that cover an area of more than 7,300 km². Using InSAR data in conjunction with groundwater-level datasets, ADWR is able to monitor land subsidence areas as well as identify areas that may require additional monitoring. One area of particular concern is the Willcox groundwater basin in southeastern Arizona, which is the focus of this paper. The area is experiencing rapid groundwater declines, as much as 32.1 m during 2005–2014 (the largest land subsidence rate in Arizona State—up to 12 cm/year), and a large number of earth fissures. The declining groundwater levels in Arizona are a challenge for both future groundwater availability and mitigating land subsidence associated with these declines. ADWR’s InSAR program will continue to be a critical tool for monitoring land subsidence due to excessive groundwater withdrawal.     

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.     

冲洪积平原地面沉降特征及主控因素——以北京平原为例

北京由于长期过量开采地下水,相继引发了一系列地质环境问题,其中地面沉降问题尤为突出。回顾了北京地面沉降发展历史,从平面和垂向上分析了地面沉降特征,在此基础上对北京冲洪积平原区沉降的主控因素进行了研究。结果表明:(1)平面上,沉降分为南、北2个大区,7个沉降中心。北区已由多个单独沉降中心区扩展成一个大区域,南区北扩明显;(2)垂向上,南区第一压缩层为沉降主贡献层,沉降占比42%,浅部地层沉降速率减小,深部地层沉降速率增加。土体变形特征为塑性变形,包含蠕变变形;北区第二压缩层为沉降主贡献层,沉降占比65%,浅部沉降量值很小且波动平缓,深部沉降量相对较大。土体变形特征为浅部以弹性变形为主,深部以塑性变形为主,包含蠕变变形;(3)沉降受构造作用及基底格架控制,北东方向受冲洪积扇上部单一砂卵砾石的地层条件控制扩展范围有限,沉降整体向北西、南东方向扩张;(4)地层结构决定沉降平面和垂向分布特征,尤其北部冲洪积与南部湖相沉积的差异,是产生深浅部地层沉降贡献率不同的重要因素;(5)地下水开采仍是沉降产生的主因,地下水漏斗的扩展和沉降中心的分布高度吻合,主要沉降层地下水位下降速率与沉降速率成正比。     

The development and control of the land subsidence in the Yangtze Delta,China

Land subsidence in China occurs predominantly in 17 provinces (cities) situated in the eastern and middle regions of the country, including Shanghai, Tianjin and Jiangsu, and Hebei provinces. It is primarily caused by groundwater overpumping. One of the areas most severely affected by land subsidence is the Yangtze Delta, most of which consists of Shanghai City, the Su-Xi-Chang area (Suzhou, Wuxi and Changzhou cities) of Jiangsu Province, and the Hang-Jia-Hu area (Hangzhou, Jiaxing and Huzhou cities) of Zhejiang Province. The excessive exploitation of groundwater forms in a large regional cone of depression and, consequently, land subsidence is also regional, currently centered in the Shanghai and Su-Xi-Chang areas. In 2002, the maximum cumulative subsidence of Shanghai, Su-Xi-Chang and Hang-Jia-Hu were 2.63 m, 2.00 and 1.06 m, respectively. The land subsidence area is continuing to expand throughout the Yangtze Delta. To study the characteristics and the pattern of this land subsidence, the government has implemented a monitoring system involving the placement of 37 groups of extensometers (layers marks) and drilling of more than 1000 observation wells. These provide an invaluable historical record of deformation and pore water pressure and facilitate studies on the special features of soil deformation when the groundwater level changes due to pumping. Several measures have been taken in recent years to control the development of the land subsidence in the different areas; these include groundwater injection, prohibition of pumping deep confined groundwater, and an adjustment of the pumping depth and magnitude of the groundwater withdrawn. At present, although the subsidence area is still increasing slowly, the subsidence rate is controlled.     

天津市汉沽区深层地下水演变研究

根据天津市汉沽区地下水历史资料,分析区域地下水开采量、水位埋深、地面沉降变化及它们之间的联系等。发现汉沽区地下水处于长期超采状态,地下水位也呈逐年下降趋势,地面不断下沉,地下水的过量开采是引起地面沉降和水位持续下降的主要原因。通过建立汉沽区地下水流-地面沉降模型,设定三个水平年地下水开采方案,预测未来地下水位埋深及地面沉降变化。预测表明,随着地下水开采量的消减,地下水位逐步上升,地面下沉趋势可得到遏制。     

基于地面沉降控制的区域性松散沉积层地下水可采资源规划评价

为了满足区域性松散沉积层地区地面沉降的防控要求,规划评价地下水的可采资源量,根据渗流理论和土力学理论,建立了地下水三维非稳定渗流与地面沉降耦合数学模型,并考虑了含水层孔隙度、渗透系数、储水率随含水层发生固结沉降的变化特征。采用三维有限元数值分析方法,以江苏省南通市地下水开采为例,基于地面沉降的控制要求,规划评价出了各乡镇各含水层的地下水可采资源量。结果表明：地下水开采布局科学规划后,总的可采资源量为17 870.56×10⁴ m³/a,较现状开采量10 902.32×10⁴ m³/a有较大幅度的增加。地下水三维变参数非稳定流与地面沉降耦合模型可以更加精确地刻画三维水文地质体的特征,更加符合实际情况。     

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。