华北平原地面沉降调查与监测

华北平原是世界上超采地下水最严重的地区,也是地面沉降面积最大的地区。大约有70,000 km2的地下水水位低于海平面。随着近"# 年来的经济快速发展、城市化进程的加快、地表水污染程度的增加、高层建筑的施工以及对地下水的需求与日俱增,华北平原地面沉降呈现加剧的趋势。对华北平原地面沉降调查与监测提出了一套探索性的工作思路,并在基础监测设施的建设以及综合分析研究方面取得一些积极成果。     

黄河三角洲典型地段地面沉降机理研究及预测预警

随着社会经济的快速发展,黄河三角洲地区普遍发生了地面沉降,已经成为了影响区域社会经济可持续发展的重要因素之一。本文以黄河三角洲地面沉降典型地段—滨州地区为研究对象,以该区2005~2019年年间共计6期地面沉降监测数据为基础,对区内多年来地面沉降发展演变规律进行分析,对地面沉降成因机理进行研究,并根据滨州地下水系统的水文地质条件以及地面沉降机理,概化出滨州地下水系统水位地质概念模型及地面沉降模型。在此模型基础上推演建立滨州地下水开采与地面沉降三维数值模型。利用该模型对地面沉降与地下水位监测数据进行内插外推计算,综合计算结果分析和研究,对地面沉降和地下水动态进行预测预警,从而为黄河三角洲地区地面沉降防治提供依据。     

华北平原地下水位驱动下的地面沉降现状与研究展望

华北平原年地面沉降量大于50 mm的严重区面积超过全国总量的80%,防治形势严峻,需要开展有针对性的研究,为有效防控地面沉降提供科学依据。华北平原建立了较完善的地面沉降监测网络,基本掌握了地面沉降现状及演化规律,但受华北平原含水层系统影响因素复杂与时空变化大等因素制约,对地下水位变化驱动下的土层变形特征及其机制研究迄今仍比较薄弱,限制了对地面沉降发展趋势的科学研判和预测预警。在总结国内外地面沉降研究进展、基于高时空分辨率监测数据分析华北平原地面沉降现状和发展趋势的基础上,提出了地下水位变化影响下的地面沉降研究方向。目前,华北平原地面沉降出现减缓态势,天津、沧州、衡水等重点城市主城区地面沉降得到有效控制,但华北平原尤其是河北平原地面沉降总体上仍然处于较快发展阶段,主要原因是农业灌区地下水开采得不到有效控制。未来华北平原地面沉降研究应聚焦地面沉降机理和预测预警、地下水位回升驱动下的土层变形规律及其对环境的影响、地面沉降区地下水资源属性及地热开发与地面沉降关系等方面。     

沧州典型地面沉降区土体压缩与固结特征研究

近年沧州市地面沉降主要发展于其市区地下水位降落漏斗中心及邻近郊县的水位漏斗区域.本文以沧州市区钻孔土样为研究对象,通过常规物理测试及不同压力等级下的高压固结试验,分析了土样各物理指标之间的关系,颗粒结构与土体压缩的关系.对土体在不同深度和压力变化下的压缩变形、压缩系数及固结特征进行了研究,得出压缩系数和固结压力在双对数坐标下能呈现出很好的线性关系.对沧州地区以粘性土压缩变形引起的地面沉降研究提供数据支撑.     

华北平原地面沉降灾害经济损失评估方法探讨

地面沉降作为一种缓变性地质灾害,不仅破坏地质环境,而且影响国民经济建设.华北平原是我国地面沉降面积最大的区域之一,为了解地面沉降对社会经济系统的影响,需要对华北平原地面沉降灾害的经济损失进行评估.文章主要探讨了地面沉降灾害的评估方法和原则.     

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。     

华北平原典型剖面土体压缩变形特征

地下水开采可导致土体变形, 产生地裂缝、地面沉降等一系列地质灾害问题, 且其发展过程不可逆, 一旦形成极难恢复, 土体变形预测是地裂缝、地面沉降防治的主要研究内容, 华北平原是我国地下水超采问题突出地区, 地下水的超采已引起了地裂缝、地面沉降等一系列的环境地质问题, 因此, 在华北平原地下水开采区开展土体变形研究具有重要意义。在华北平原地下水超采严重的石家庄、衡水漏斗区范围内, 选取了不同深度不同岩性土体开展了土力学实验, 结果发现:不同岩性土体变形量黏土 粉质黏土 砂土, 埋深越浅, 土体越易变形, 浅层黏土的变形量随着胶粒含量多而增大, 深层粉质黏土的分为快速变形和缓慢稳定两个阶段。以上典型剖面土体变形研究可对华北平原地面沉降预测提供支持。     

华北平原典型黏性土体固结特性的试验研究

针对华北平原地面沉降区衡水市漏斗中心分层标处所采土样,在其压缩固结试验基础上分析了典型黏性土体的固结特性,即压缩系数.根据黏性土结构、矿物成分及阳离子交换量的测试结果,得出黏性土的孔隙分维值、矿物质量分数与压缩系数呈正相关关系,阳离子交换量与压缩系数随埋深变化基本呈正相关关系.通过分析影响黏性土固结特性的内在因素和数量关系,阐明了黏性土物理化学性质对黏性土体固结特性的影响.     

江苏常州地区地面沉降变形特征与生命过程研究

系统分析了江苏常州地区近40年的地面沉降分层标沉降与水位监测数据,掌握了地下水禁采前后的土体变形特征。1983-2005年地面沉降主要层位为第二承压隔水顶板（累计压缩327.74 mm,占比58.3%）与第二承压含水砂层（累计压缩68.34 mm,占比12.2%）;1995-2001年第二承压含水砂层与隔水顶板压缩速率呈逐年减小,表明在该水位埋深状态下（70～80 m）含水砂层固结接近完成,隔水顶板也由主固结阶段进入次固结阶段;2005年地下水全面禁采完成后,地下水位持续回升,含水砂层与隔水层均出现回弹,表现为弹性形变,其中第二承压隔水顶板是主要回弹贡献层,2006-2020年累计回弹44.82 mm（占比53.5%）。从生命周期的角度将常州地区地面沉降生命过程划分了五个阶段,识别出三个临界水位,其对地面沉降防治与地下水科学利用具有重要意义。     

华北平原地面沉降调查与监测项目圆满完成

本刊讯（范宏喜段金平）由中国地质调查局下达,中国地质环境监测院牵头组织,北京市地质环境监测总站等六家单位参加的＂华北平原地面沉降调查与监测＂项目,经过全体项目人员历时5年的辛勤劳动和共同努力,圆满完成了项目要求的各项任务,于近日通过成果验收,获优秀成果。     

鲁北平原第四纪沉积特征及地面沉降模式分析

地面沉降地质灾害在鲁北平原发展日益严重,制约着重大工程建设和社会经济发展。本文通过分析区内第四纪沉积展布特征,结合二等水准测量数据和分层沉降标数据与地面沉降规律,揭示鲁北平原区地面沉降机理和沉降模式,为同类型地区进行参考借鉴。①鲁北平原地面沉降主要贡献层为中更新统地层,滨州140～320m地层沉降量约占总沉降量的62%。②依据沉积相、沉积成因、地层结构、地面沉降驱动机制等因素,鲁北平原地面沉降可分为山前冲积、洪积平原模式、黄河泛滥冲积平原模式、三角洲冲积、海积平原模式三种模式。     

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。     

南水北调前后北京平原区地下水和地面沉降演变特征

超量开采地下水引发的地面沉降已成为制约北京区域社会经济可持续发展的重要因素之一。2014年12月,南水北调中线工程正式通水,每年向北京输水超过10×108 m3,改变了北京供水格局,也为地下水压采、涵养及控制地面沉降创造了条件。本文利用多种监测数据,分析南水进京前后,北京平原区地下水和地面沉降的变化;研究不同水位变化模式下不同岩性及深度土层的变形特征;计算土层不同变形阶段的弹性和非弹性储水率;并对黏性土层产生较大残余变形和滞后变形的原因进行了探讨。结果表明：① 2015～2020年,平原区大部分地区第一至第四含水层组地下水位逐渐上升,地面沉降呈减缓的趋势。② 第二和第三压缩层组是沉降主要贡献层,除平各庄和榆垡站外,其余各站第三压缩层组沉降占比逐渐增大,沉降主控层有向深部转移的规律。③ 平原区北部和东部,第二和第三压缩层组对应的地下水位由降转升。在水位下降阶段,土层呈塑性和蠕变变形;水位上升阶段,土层以塑性变形为主,部分时间出现弹性变形,具有黏弹塑性。平原区南部,地下水位始终持续下降,土层变形始终呈塑性和蠕变变形。含水砂层则主要呈弹性变形。④ 土层变形的不同阶段,弹性和非弹性储水率并不是恒定的,随着地下水位下降,储水率呈减小的趋势。⑤ 黏性土层存在较大残余变形和变形滞后的原因,一是非弹性储水率大于弹性储水率,二是黏性土层的弱渗透性。     

华北平原地下水演变机制与调控

自20世纪70年代以来,华北平原长期的地下水过量开采形成了复杂的地下水降落漏斗,并引发了一系列环境地质问题。为建立区域社会经济发展与地下水资源与环境之间的协调机制,国家973项目"华北平原地下水演变机制与调控"在大量前人研究基础上,进一步分析了近50年来地下水动力场演变特征及其对人类活动的响应,揭示了包气带结构变化影响下包气带水力参数的变化,研究了深层地下水开采引起的地面沉降、咸水移动和资源量转换机理;利用改进的地下水数值模拟技术,建立了2001—2010年华北平原地下水流数值模型,计算了最新的地下水资源量。分析了地下水资源承载力的主要影响因素,进行了华北平原地下水资源承载力定量评价,给出了华北平原地下水的优化调控途径,目前正在以高精度地下水流数值模型为核心,模拟各区的地下水优化调控方案。     

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。     

华北平原区域地下水污染评价

华北平原是我国的重要经济区,人口近1.3亿,地下水是其主要供水水源。在工业和生活污染物排放及农业施用化肥农药的影响下,地下水已遭受一定程度的污染。综合分析了地下水污染评价的各种方法后,将单因子污染指数法进行了改进,提出了单指标污染标准指数法。在华北平原开展了野外调查,采集了6 063组地下水样品,每个样品检测34 项指标。采用单因子污染标准指数法对华北平原地下水污染状况进行了评价。结果表明:华北平原35.47%采样点的地下水已受到不同程度污染,以轻污染为主,深层地下水也有一定的污染,但比浅层地下水轻,未受污染的深层地下水占87.14%。单因子污染标准指数法基本解决了区域污染评价指标之间对比问题,能够直接反映区域地下水污染情况,并为有针对性地治理地下水污染提供了依据。