上海市第四承压含水层变形特征研究

上海市自1968年调整开采层次以后,第四承压含水层逐渐成为地下水主要开采层次,历史上曾因过度开采利用地下水而成为主要的压缩土层。本文依据上海市长期的地下水位和地面沉降监测资料,总结了第四承压含水层在不同水位变化条件下的变形特征,同时根据压缩试验资料,对第四承压含水层变形机理探讨,为合理开发利用地下水资源提供理论依据。     

太原市地面沉降的计算与预测

为分析太原市地面沉降,对太原市区进行了地质模型概化,建立了太原市区大规模开采地下水引起地面沉降的数值计算模型,同时对研究区内的地面沉降进行了预测。分析结果表明,太原市地面沉降主要是由于集中开采深层承压含水层引起的。      

天津市地面沉降数值模拟研究

地面沉降是天津市的主要环境地质问题。造成天津市地面沉降的原因很多,但主要原因是大量开采地下水。本文重点研究开采地下水条件下的地面沉降数学模型及模拟,为控制地面沉降提供科学依据。通过对第四系的水文地质条件分析,建立第四系的水文地质概念模型和地层压缩概念模型,并建立相应的准三维水流数学模型和一维地层压缩数学模型,两者通过含水层水头和弱透水层粘性土中孔隙水头的内在联系耦合在一起。利用以往系列水位数据和沉降数据对模型进行标定,模型基本上反映了天津市地面沉降的实际情况。     

苏北沿海三市三维地下水流数值模拟

20世纪80年代以来,苏北沿海三市（连云港、盐城和南通）地下水过量开采导致部分地区水位持续大幅下降,引发地面沉降、水质咸化等问题。本文基于研究区大量地质、水文地质资料,以及2005—2013年地下水开采和水位观测数据,经过模型识别、验证,建立了能刻画苏北沿海三市地下水流场演化的三维非均质各向异性地下水流数值模型,模拟了研究区2005—2013年开采量由约2.03亿m³逐渐减少到1.56亿m³条件下深部地下水系统流场（包括第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ承压含水层）的动态演化过程。结果表明,各观测孔的水位实测值与模拟值吻合良好,水位及水均衡模拟结果显示各含水层水位下降得到有效控制,但是该区域地下水仍处于超采状态。为进一步控制水位下降,防治咸水扩散、地面沉降等地质环境灾害,模型预测并比较了现状开采和限制开采2种不同开采方案下2014—2020年苏北沿海三市深层地下水流场的变化趋势。预报结果显示,2种开采方案下,各含水层水位下降速率均减小,尤其是限制开采方案下,第Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ承压含水层的区域水位平均下降速率依次为0.15、0.16和0.15 m/a,分别比模拟期减小了46.43%、65.21%和48.28%,在开采强度降至最低的条件下储存量变化速率仍为负值,说明需要进一步加强地下水限制开采的力度。     

基于地下水调控的沧州市地面沉降防治模拟研究

地下水的不合理开采是引发地面沉降的关键因素。文章根据研究区水文地质及工程地质条件,对含水层和弱透水层进行概化,运用Modflow软件建立了研究区的地下水流模型和地面沉降土水耦合模型。针对可采用的地下水调控模拟方案对沧州市的地面沉降发展趋势做出预测,为今后合理开采地下水,控制地面沉降发展提供技术依据。     

以控制地面沉降为约束的地下水资源评价——以上海地区为例

以上海市区第V承压含水层(埋深约350m )以上的整个第四系松散沉积层为研究体,将上海地下水系统作为一个完整且不可分割的系统来研究。由于开采地下水资源引起地下水系统内部物质能量变化,因而产生一系列的环境地质问题(如地面沉降、地下水位下降、资源开采条件恶化等)。根据研究区地下水系统特征和已有的研究程度,在技术方法和途径上,着重研究上海地区第四系含水层结构、水文地质工程地质条件,建立水文地质工程地质概念模型; 在此基础上建立以地下水资源开采量最大、水位降幅及地面沉降较小、社会经济效益较好为目标的地下水拟三维渗流一维地面沉降的评价与管理模型,并为我国大中城市(特别是在诸如开采地下水引起的地面沉降问题的地区)的地下水资源评价与管理提供可借鉴的经验和方法。      

锡山市西部地区地下水资源计算模型研究

从地下水运动均衡原理的角度分析了锡山市西部地区第Ⅱ承压含水层天然和现状开采条件下的地下水均衡要素,揭示了该地区地下水开采与地面沉降的关系,其中现状开采条件下的75%～80%的开采量来自于粘性土层的压密释水量;同时,根据地面沉降的发生机理剖析地面沉降严重发育地区忽略地面沉降影响因子建立的地下水资源计算模型中存在的问题,提出了地下水可开采资源合理的计算方法,并对考虑地面沉降影响因子的地下水资源计算模型的可实现性进行了分析。     

江苏省锡山市西部地区地下水资源计算模型研究

从地下水运动均衡原理的角度分析江苏省锡山市西部地区第Ⅱ承压含水层天然和现状开采条件下的地下水均衡要素.揭示了该区地下水开采与地面沉降的关系,其中现状开采条件下的75%～80%的开采量来自于粘性土层的压密水量.根据地面沉降的发生机理剖析地面沉降严重发育地区忽略地面沉降影响因子建立的地下水资源计算模型中存在的问题针对存在的问题,提出了地下水可开采资源合理的计算方法,并对融有地面沉降影响因子的地下水资源计算模型的可实现性进行了分析.     

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。     

锡山市西部地区地下水资源计算模型研究

从地下水运动均衡原理的角度分析锡山市西部地区第Ⅱ承压含水层天然和现状开采条件下的地下水均衡要素，揭示了该地区下水开采与地面沉降的关系，其中现状开采条件下的75%-80%的开采量来自于粘性土层的压密释水量；同时，根据地面沉降的发生机理，剖析地面沉降严重发育地区忽略地面沉降影响因子建立的地下水资源计算模式中存在的问题；针对存在问题，提出了地下水可开采资源合理的计算方法，并对考虑地面沉降影响因子的地下水资源计算模型的可实现性进行了分析。     

运用三维变密度潮汐效应模型确定滨海含水系统的海底等效边界——山东烟台夹河中下游地区为例

确定咸淡水界面的位置是滨海地区海水入侵研究的主要任务之一。对于天然条件承压含水层而言，含水层顶板向海底延伸的距离直接影响了咸淡水界面的位置，它可以通过承压含水层中地下水的潮汐效应信息来确定。考虑到咸淡水之间密度的差异，建立了山东省夹河中下游地区滨海含水系统地下水三维变密度潮汐效应模型。通过反复对比潮汐效应观测中的地下水水头波动与模型计算出的水头波动，确定了滨海承压含水系统的海底边界。同时，也初步估计出海区与近海陆区含水层的水文地质参数。     

苏锡常地区Ⅱ承压水开采与地面沉降控制研究

论文通过苏锡常地区获取了孔隙水Ⅱ承压水开采水位衰变与地面沉降同步监测资料、含水层结构特征研究,论述了Ⅱ承压水压力成为含水层中所夹粘性土层由高压转卸荷膨胀的机理;天然状态水、土应力平衡面在不同顶板压力水头高度内。地面沉降的发生、发展系开采水位超过天然状态的水、土应力平衡面所致[1,2]。尚未超采区则消耗了天然状态高压强水压力。而超采区才是水、土应力失衡互动的结果。两者水力性质不同。给尚未发生地面沉降区由禁采转入按天然状态水、土应力平衡面控制开采措施和地面沉降发生、发展区的形成条件找到了理论依据。提出了超采严重区禁采后,在远离高压强补给源地水位下降期增加在Ⅱ承压含水层上的附加应力荷载仍存在,潜在地面沉降量较大,需采取人工辅助的高压强回灌水来快速提高Ⅱ承压含水层水压强,扼制其沉降速率的治理措施。这不仅对该地区孔隙水Ⅱ承压水开采与地面沉降的关系认识有重要意义,而且对不同埋深孔隙水承压含水层水的开采利用、查明水文地质条件和评价允许开采资源方面将起导向作用。     

浅层地下水人工回灌应用于上海市工程性地面沉降防治的试验研究

上海地面沉降主要由过量开采地下水资源和大规模工程建设等因素共同影响,工程性地面沉降引起的地面沉降漏斗严重影响了周边地区生命线工程的建设及运营安全。通过开展试验研究,将深部承压含水层中应用成熟的地下水人工回灌技术引入浅部含水层中,但由于浅部含水层砂层结构及水动力条件与深部含水层差异较大,回灌工艺及方法也存在差异。本次试验工作中,改进了地下水人工回灌工艺流程,并通过同步地面形变监测分析了浅层地下水人工回灌对控制地面沉降的作用效果。结合上海地区实际地层特征以及各种回灌工艺的实际效果,评价了浅层地下水人工回灌技术在防治工程型地面沉降中推广应用的可行性及适用性。     

上海市地下水开发利用现状及控制措施探讨

文章通过对上海市各承压含水层地下水采灌现状、地下水位分布特的分析与研究及地下水可开采量的预测，指出上海市主要水位漏斗分布区、超采区、因过量抽汲地下水而导致地面沉降等主要环境地质问题，对地下水开发利用中存在的主要问题提出措施建议。     

上海地下水环境容量评价及在地面沉降控制中的应用

在分析地下水水环境容量内涵及地下水资源开发利用产生的环境效应基础上,探讨了地下水环境容量的概念,认为地下水环境容量是用来表征一定目标约束下,地下水系统对自然或人类活动影响所能承受能力的最大阙值,并以上海市为例,采用地下水临界水位、地面沉降量、地下水质作为评价指标对地下水环境容量进行了评价,并将其应用于上海市地面沉降防治工作中,剖析了地下水资源管理和地面沉降控制的工作机制。升,第四承压含水层向弹性变形态势转变,土体表现为微量回弹。     

江苏姜堰孔隙承压地下水资源评价三维数值模拟

通过建立符合该地区承压地下水赋存条件和渗流特征的地下水三维数值模型,并在模型识别、验证的基础上,根据各承压含水层的水位控制要求,调整现有地下水的开采布局,以乡镇为单位,确定出各含水层的地下水可开采资源量及最优开采布局,并预测2011—2020年底逐年地下水水位动态变化情况。     

苏州城市规划区Ⅱ承压水开采与地面沉降预防控制研究

在孔隙承压水开采与地面沉降的关系上存在2种观点。水、土应力平衡理论认为：只要开采承压水，就会引发应力失衡并导致地面沉降；而水、土动态平衡理论则认为：除非开采水压力至水、土应力平衡面以下，否则不会引发地面沉降。苏州城市规划区第Ⅱ承压水开采水位与地面沉降动态观测表明，在-33m处存在一个天然动态水、土应力平衡面。第Ⅱ承压含水层形成后，经上覆堆积物自重压力长期压缩作用，其水压力具较高的压强．这种天然状态下产生的弹性释放储存量可开采利用多少，取决于开采状态下水、土应力平衡时可消耗压力水柱高度中的水头值。因而地面沉降的根本原因是开采水位超过了-33m，突破了天然状态水、土应力平衡面水位。Ⅱ承压含水层在天然状态受上覆堆积物重力产生的高压强弹性释放储存量现象，可以帮助我们确立该地区孔隙Ⅱ承压水开采不产生地面沉降的临界水位(水、土应力平衡面)。这一点对承压水开采条件、可开采资源性质具有重大实际意义。同样可以应用于饱受地面沉降困扰的无锡、常州及周边地区，为地下水开发利用政策由单一的封井停采转为目标水位控制开采提供了科学依据。同时也为此政策在承压水动力学机制上找到了内在原因。     

上海市浦西地区地下水三维数值模拟

以上海市浦西地区第二承压含水层和第三承压含水层为例,利用实际资料以及部分插值的方法,建立了该区地下水系统完整三维数学模型,较好地解决了相对隔水层缺失区越流系数无法调试的问题,为上海市整个地下水含水系统建立完整三维水流模型以及沉降模型奠定了基础。      

论苏锡常平原第Ⅱ承压水超采区划分

自８０年代以来,苏锡常三城市及其外围乡镇长期超量开采第Ⅱ承压水,致使水位持续下降。通过分析第Ⅱ承压含水层的水文地质条件、开采现状以及出现的主要环境地质问题,在没有现行标准可遵循条件下,系统地确定了超采区的划分方法、划分原则和划分标准。即以地下水实际开采量和可开采资源量的比值为基本条件,地面沉降程度和地下水位下降速率为制约条件将区内第Ⅱ承压含水层分布区划分成严重、重度、中度、轻度超采区和未超采区,为苏锡常三市可开采资源量的分配和地下水资源的管理提供了水文地质依据。     

Visual MODFLOW在煤矿建设地下水环境影响评价中的应用 ——以甘肃省灵台县安家庄煤矿为例

结合甘肃省灵台县安家庄煤矿地下水环境影响评价实例,建立了评价区水文地质概念模型,并基于Visual MODFLOW对评价区地下水进行了数值模拟计算和验证;预报了设计开采条件下研究区不同含水层的地下水水位。预报结果表明:矿坑排水使得煤层所在含水层出现疏干现象,并且疏干范围随着开采范围的增加而不断扩大;在煤矿开采作用下,随着模拟时间的延续,煤系层上覆白垩系洛河组—宜君组含水层地下水位降落漏斗的范围及地下水位下降幅度不断增大,但降落漏斗的范围基本上不超过采空区范围;煤矿开采对白垩系环河组含水层无影响,至矿区开采期结束,未引起含水层水位下降;对上部孔隙、裂隙潜水含水层也无影响,至矿区开采期结束未引起含水层水位下降。