天津地面沉降严重区分布特征及变化规律

天津市地面沉降历史悠久,自1923年至今共经历了6个不同的阶段。截至2020年,天津市大面积的地面沉降已基本得到控制,但局部还存在年沉降量大于50 mm的沉降严重区,从大面积治理到小区域精准防控,天津市地面沉降分布特征已体现出新形势,地面沉降防治工作也面临着新的要求。为准确掌握新形势下地面沉降发展规律,精准施策,针对性治理,文中收集并分析2010—2020年天津市地面沉降水准测量、地下水位、地下水开采量等数据,对2010—2020年天津市地面沉降严重区分布特征及演化规律进行归纳总结。研究结果表明：2010—2020年,天津市地面沉降经历了沉降波动期（2010—2012年）、稳中向好期（2013—2016年）和快速减缓期（2017—2020年）三个时期,地面沉降平均沉降量下降了37%,沉降严重区面积减小了67%。各阶段沉降变化均与地下水开采量密切相关,截至2020年,天津市现存集中分布于西南部的5个沉降严重区,分布范围与深部含水组地下水漏斗分布范围基本一致。     

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。     

自然因素对天津市地面沉降影响分析

众所周知,引起天津市地面沉降的主要因素是地下流体的开采导致的地层压缩。实际上,自然因素引起的地面沉降在总沉降量中也占有一定比重。引起天津市地面沉降的自然因素包括构造运动、地震活动以及欠固结土的大面积分布。论述了天津市与地面沉降相关的地质环境背景,并对引起地面沉降的自然因素逐一分析。构造运动引起地面沉降量在沧县隆起、冀中坳陷构造单元为1.41~1.53mm/a,在黄骅坳陷为1.90~2.15mm/a,全市平均1.5mm/a;地震发生前后时间段内,是地震导致地面沉降量变化影响最大的时期;天津市欠固结土(第一海相层)分布区(外环线以东)软土引起平均沉降量1.0mm/a。该研究对地面沉降的防治工作起到一定的参考价值。     

天津市海岸带地面沉降影响因素分析

地面沉降已成为天津市海岸带最严重的地质灾害,本文根据天津市海岸带构造、地层、地下流体开采、建筑物荷载等综合分析了影响地面沉降的自然因素和人为因素,并提出了防治措施与建议。为天津市海岸带合理控制地面沉降提供科学依据。     

天津市地面沉降研究及综合治理

地面沉降是天津市主要地质灾害,使社会经济遭受严重损失,为减轻受害程度,控制地面沉降,天津市自１９８７年开始控制使用地下水,并在主要工业采水区实施人工回灌补充地下水。     

洼地开采地下水的地质环境效应研究——以天津市黄港洼应急水源地为例

天津市是我国水资源缺乏、人均占有淡水资源最少的城市之一,也是我国地面沉降最为严重的地区之一。地面沉降现已成为天津市的主要地质灾害,并在一定程度上制约着天津城镇的可持续发展。天津市平原区洼地众多,这些洼地大部分是天津市的湿地分布区。在洼地内建设应急地下水水源地,既可以起到为城区供水,缓解城区的地面沉降,又可以改善洼地生态环境的作用。     

人工神经网络在天津市区地面沉降预测中的应用

在分析天津市区地面沉降特点的基础上，结合人工神经网络原理，选择1961-1980年的天津市区降水量、地下水开采量、前年沉降量、固结度作为训练样本的输入量，以这20年的地面沉降量作为输出量，用贝叶斯正则化算法训练BP网络，得到沉降的仿真模型。并把1981-1993年的资料用来进行预测检验，结果表明这是一种比较理想的地面沉降预测方法。最后在不同的降水量保证率下，预测了到2010年天津市区地面沉降的情况。     

天津市控制地面沉降分区管理模式研究

天津市平原区出现了不同程度的地面沉降现象,全市年均沉降速率约30mm,地面沉降造成的经济损失很大。本文采用分类赋值打分的方法,利用ArcGIS软件进行后期处理绘制天津市地面沉降分级管理区域,并提出相应的控沉管理措施。     

江苏省沿海地区地面沉降风险评价

利用层次分析-综合指数法,对1985-2014年江苏省沿海地区累计地面沉降量及2014年地面沉降速率进行叠加分析,形成地区地面沉降危险性分区图;并选取地面高程、人口密度、GDP、公路和单位面积固定投资额作为指标,绘制易损性分区图;最后采用乘积法风险模型对江苏沿海地区开展地面沉降风险评价。评价结果显示:江苏沿海地区地面沉降高风险区占总面积18.71%,主要集中于南通市,其次分布于盐城市的建湖县、射阳县、阜宁县、响水县、市区及连云港市的灌南县等地;中等风险区主要围绕着高风险区分布,占研究区总面积的33.69%,;低风险区占总面积的47.60%。以地面沉降风险评价结果为基础,结合地面沉降现状及已有的防护措施,有甄别地提出相应防治措施。     

天津地面沉降区地下水资源超采和涵养恢复阈值的讨论

天津市地面沉降属于典型的水资源短缺型地面沉降,发育范围广,沉降程度高,灾害损失大,有效防治天津市地面沉降的主要手段是严格控制地下水资源超采、涵养恢复地下水含水系统。从地下水流动系统和地面沉降的发育特点出发,综合分析讨论,认为天津沉降区整体上地下水已经超采,仅研究小区域地下水是否超采,存在“以小论大”的误区,宜以水文地质单元为单位来开展超采情况评价,地下水资源实现有效涵养恢复的阈值是要求地下水位恢复至地面沉降临界水位以上。     

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。     

江苏沿海地区地面沉降影响因素及防控对策

通过对江苏沿海地区地面沉降现状、地质背景及人类活动的分析,阐述了影响沿海地区地面沉降发生和发展的主要因素。研究表明,地下水过量开采是控制区域地面沉降发生和发展的主要因素,水文地质条件的不同导致了南北地面沉降发生和发展的差异;主采含水层和相邻弱透水的固结压缩是沉降的主要来源。以地面沉降风险评价为核心,综合地下水水位变化趋势、工后沉降、滩涂区固结沉降,划分了地面沉降控制区,并根据主要沉降诱因分类分级提出防控对策。     

天津市地面沉降及地下水位监测自动化系统的设计与应用

地面沉降是天津市当前最为主要的环境地质问题之一,影响着各类城市基础设施的建设 和维护,不利于城市的快速发展.天津地面沉降研究结果业已表明地下水超采是导致沉降的主要原因,大范围、长时间监测地面沉降发展过程及地下水开采状况是进一步开展地面沉降机理分析、预测地面沉降趋势并采取合理防治措施地基础.本文将详细介绍天津市一项地面沉降和地下水位监测自动化系统的设计和应用情况,为我国地面沉降监测与防治工作摸索新方法.     

天津市地面沉降防治历史的调查研究及启示

自20世纪60年代以来,地面沉降逐渐发展成为天津市最为主要的环境地质问题之一.在市政府和相关部门的高度关注和正确领导下,先后于1986～1997年及2003年以来的两个时间阶段内实施了地面沉降防治计划.防治手段主要是在技术上对沉降区实施水源转换、减采地下水,以及保证技术手段能够顺利实施的管理和经济调控.第一阶段沉降防治效果明显.中心市区和塘沽城区地面沉降速率控制在10～15mm/a;第二阶段天津市大部分区域沉降趋势得到缓和.论文调查、总结了各阶段地面沉降防治工作经验及其对未来控沉工作的启示.并结合天津市预定2010年南水北调工程通水这一水源转换历史契机,提出了对"引江通水"后天津地面沉降防治工作的建议.     

地面沉降对风暴潮灾害的增强作用

根据水准测量资料及水准点高程的线性模型计算,获得天津沿海地区地面沉降速率分布。结合风暴潮灾害与海堤工程现状调查,研究认为风暴潮灾害的经济损失与沿海地区不断加剧的地面沉降密切相关。天津地区风暴潮灾害的发生频率已由历史时期的8年一次,上升到地面沉降发展时期的5年一次,风暴潮致灾频率呈加快趋势,地面沉降以及由此引发的风暴潮灾害加剧已成为天津滨海新区沿海的重要自然灾害。提出应着力落实天津市控制地面沉降管理办法和防潮工程措施、加强地面沉降治理和海堤建设等工作建议。     

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。     

北京潮白河冲洪积扇地面沉降时空异质性特征及驱动因素分析

为了研究地面沉降的时空分布模式、机理机制,选择北京典型沉降区——潮白河冲洪积扇为研究区,采用PS-InSAR技术、莫兰指数及地理探测器,分析了研究区地面沉降的空间异质性特征,探测了不同特征下的地面沉降的主要驱动因素。结果表明：2017-01—2019-01研究区内地面沉降时空分布特征以一般沉降为主,沉降速率为[-133,3] mm/a,最大累积沉降量为261 mm,呈北部轻微、中部较严重、南部较轻的分布状态,其中,严重、极严重等级地面沉降主要分布在中游顺义后沙峪东部等地区及中下游交界地带的潞城镇;不同地区地面沉降呈现不同的空间异质性特征,即不均匀地面沉降分布特征明显,中游、下游均表现为低—低集聚;不同分布特征下地面沉降主要驱动因素不同,中游地区主要驱动因素为第二承压水水位变化和可压缩层厚度,下游主要驱动因素为浅层地下水水位变化和第一承压水水位变化。莫兰指数能够有效分析地面沉降空间异质性,识别集聚特征;地理探测器可以探明沉降空间异质性成因,获得其主要驱动因素。     

广州南沙区地面沉降分布特征及成因

广州南沙区地面沉降已经影响到城市发展和人民生命财产安全,为了制定科学有效的措施防止地面沉降进一步发展,文中基于InSAR监测数据和水准监测数据,总结分析了地面沉降分布特征,地表形变多为小范围的、局部地区的剧烈沉降。在此基础上,针对6个沉降严重区域,采用机理模型定量估算了各因素引起的地面沉降量及所占比重,得可压缩土层引起的沉降量为34.43～96.97 mm/a,所占比重在37.07%～75.67%,地下水水位和地面荷载的最大影响比重分别为26.28%和52.40%。并且通过研究分析地面沉降主要因素及影响程度,为科学防治该地区地面沉降提供科学依据。     

天津市地面沉降区地下水开采指标综合评定方法研究

实行地面沉降控制和地下水资源的统一管理,是天津市地面沉降防治工作的特色。本文针对地下水超采是影响天津市地面沉降主要因素的现状,通过对多年地面沉降监测以及地下水资源开发利用数据的分析,首先在全市范围内初步确定各乡镇2007年地下水开采指标或维持2005年实际开采水平,或选用一元回归分析方法建立地面沉降预测模型。在建模过程中,应用地质系统科学理论,综合考虑2001～2005年各年度地面沉降和地下水水位动态,将天津市划分为若干个子系统,每一子系统作为一个回归分析单元。为了将各计算单元的预测结果具体到各乡镇地下水资源开采指标制定中,结合各乡镇地面沉降现状和地下水替换水源条件,并根据计算单元内各乡镇地下水开采强度、地下水超采程度、沉降敏感度以及地下水位超限程度等因素进行压采规模的综合分级。这一方法已得到我市相关水资源管理部门的认同,并取得了较好的实践效果。     

运城市地面沉降SBAS-InSAR监测和敏感性GIS分析

以地裂缝分布密集的运城市典型地面沉降区为研究区,采用小基线SBAS-DInSAR算法,利用覆盖该区域的8幅ASAR影像进行干涉处理,获得该区域地面沉降信息,初步揭示了研究区地面沉降的空间分布特征。在此基础上,搜集利用研究区地质资料,结合GIS空间分析方法,分析了断层、地裂缝等构造因素与地面沉降的关系,建立了研究区地面沉降灾害敏感性分区图,对该区域地面沉降地裂缝灾害的防治工作具有指导作用。