城市地下水开采的地面沉降问题及对策

由于地下水的开采而产生的地面沉降已经给社会经济和生态环境带来了严重的问题,同时也引起了各界的广泛关注。文章就目前关于地面沉降的研究成果、地面沉降的原因、监测沉降的方法、控制沉降的措施进行了总结和探讨。     

沧州市地下水开采-地面沉降数值模拟

以沧州市地下水开采引起的地面沉降为例,在分析研究区地质和水文地质条件的基础上,得到研究区地下水开采与地面沉降地质概化模型,建立地下水三维渗流和土体垂向一维变形耦合数值模型,在完成模型识别验证的基础上,预测了现状开采条件下从2010年末到2025年末地下水流场的变化特征和地面沉降的变化趋势。结果表明,到2025年底,整个沧州市范围内累计地面沉降量最大值为475 mm,最小值为270 mm。     

地面沉降与地下水开采相关关系及沉降预测

对天津市中心城区、塘沽区、汉沽区和大港区1980年-2013年的地下水开采量、地面沉降量进行数据统计分析,建立了各区域的累计地面沉降量和累计地下水开采量的线性相关关系模型,验证结果表明,此相关性模型模拟累计地面沉降量时误差较小。根据实际情况,设计三种地下水开采方案,利用该模型对2014年-2020年各区域的地面沉降量进行了预测,发现方案3为最优地下水开采方案,较方案1年沉降量和累计沉降量降低比率分别为68.29%和5.47%,较方案2年沉降量和累计沉降量降低比率分别为65.65%和4.97%。在南水北调天津输水工程通水后,采用方案3将会大幅减缓天津市地面沉降速率,有效遏制地面沉降的发展。     

浅谈地下水开采对地面沉降影响及防治措施

地面沉降是一种广泛的地质灾害,会引起建筑物破坏,地表形成洼地以及公路、铁路和管线错断等危害。它不仅对地面设施造成很大的破坏作用,而且也会使地下环境发生变化,给城市建设和人们生活带来的影响是深刻和巨大的,严重影响社会经济的可持续发展。地面沉降主要是由于人类过渡开采地下水引起的,而地下水又是居民生活供水的主要水源。在此从人与自然协调和可持续发展的观点出发,就解决地面沉降和地下水开采矛盾问题进行浅要探讨。     

人类活动对北京平原区地下水的影响

从地下水补径排条件变化和环境质量改变两方面,分析了人类活动对北京平原区地下水的影响。结果表明:受超量开采影响,北京地区水资源总量大幅减少;地下径流由原来的北西向南东流动变成现在的受地下水位降落漏斗影响,流向漏斗中心;由于污染物大量排放和对地下水超量开采,因此地下水氧化还原环境发生变化,导致地下水水质恶化,并造成了水位持续下降和地下水资源亏损等水环境问题出现。在此基础上提出:截断污染源和减少地下水超采可以控制地下水水质恶化趋势;抓住南水北调水进京之契机,实行地下水减采和回补涵养以恢复地下水资源及改善区域地下水环境质量。     

聊城市地下水质量时空演变特征分析

为对聊城市地下水水质现状进行评价并分析其时空分布演变特征,选取 2018—2022 年地下水井监测数据,借助ArcGIS 处理软件,利用单指标评价法、综合水质标识指数法分别进行分析,结果表明：1） 单指标评价地下水质级别以Ⅳ类、Ⅴ 类为主,总硬度、锰、溶解性总固体(TDS)、钠、氯化物、硫酸盐、氟化物超Ⅲ类水贡献率是反映地下水质量状况的主要指标;2） 综合水质标识指数显示地下水质级别以Ⅲ类、Ⅳ类为主,Ⅴ 类占比较小,评价结果优于单指标评价法;3） 聊城市西部、西南部地下水质量较北部、东北部好,且整体地下水质状况呈现积极向好的变化趋势。     

滨海地区地下水开采对地面沉降的影响分析

滨海地区的地面沉降较为严重,对该地区的防洪产生了较大的影响.以滨海地区的汉沽为研究对象,在分析其地下水开采与地面沉降关系的基础上,得出了二者之间的影响机理,建立了二者之间的幂函数模型,预测了在维持现状地下水开采量前提下的地面沉降值.结果表明,在地下水开采量不变的情况下,地面仍将下沉,但沉降的速度会变缓.     

嘉兴市的地下水资源与地面沉降述评

嘉兴市属太湖流域杭嘉湖水系，地表水资源校丰富，由于工业化和人口城市化过程的加速，地表水污染严重，可利用的水资源量不断减少，为了弥补水资源的不足而超量开采深层地下水，造成了地下水降落漏斗的不断加深和扩大，地面沉降现象严重，由此而造成对城市防洪、经济建设和环境保护等方面所产和的危险，提出了控制地面沉降的措施。     

地面沉降对水利设施影响的典型调查与分析

苏锡常地区经济高速发展和城镇化规模的扩大,普遍开采取用地下水。80年代开始,全区出现地下水超采。1990年以后,问题更加突出,并形成了以苏锡常3市为中心的大型水位降落漏斗,面积达5483平方公里。地下水超采不仅使地下水资源日趋枯竭,产生地面沉降,导致地裂缝、地面塌陷等地质灾害发生,也使苏锡常地区的防洪标准降低,甚至破坏水利设施。为掌握地面沉降的程度和对水利设施的影响,水利系统组织了一些典型调查,现对部分典型调查进行综合与分析。     

地下水人工回灌和停采对地面沉降控制的影响分析

地面沉降是全世界主要的工程地质灾害之一,而地下水超采是造成地面沉降的主要原因之一。为研究地下水人工回灌和停采对北京平原地面沉降的影响,采用三维地下水模型和情景设计法,设计3个情景(保持现状、人工回灌和地下水停采)对北京平原区域及沉降中心的沉降速率进行模拟。结果表明:保持现状、人工回灌和地下水停采等情景下北京平原在2015、2020和2030年的区域地面沉降分别为24 mm/a左右、12. 7～23. 2 mm/a及12. 4～23. 7mm/a,沉降中心地面沉降分别为39. 30～158. 62 mm/a、21. 09～165. 83 mm/a及16. 5～162. 95 mm/a;人工回灌和地下水停采对研究区地下水水位和含水层储存量的恢复以及地面沉降的控制有显著的促进作用,但地下水停采的效果要优于人工回灌的效果;只有综合考虑社会经济发展和地面沉降控制,才能既控制地面沉降的恶化,又保证北京平原社会的可持续发展。     

加强地下水管理控制地面沉降

地下水的不合理开采是我国地面沉降的主要诱因。按照科学规划、综合治理，突出重点、全面推进，合理配置、加强调控，总量控制、计划开采的地下水管理总体思路，从加强地下水开发利用与保护的政策法规建设，加大超采区治理力度、全面推进地下水保护行动计划，完善地下水凿井工程建设监理管理，建立和完善地下水动态监测网络和管理信息系统四个方面做好加强地下水管理，控制地面沉降。     

北京基岩水开采对地面沉降的影响

过量开采地下水造成的地面沉降问题已经是北京市平原区主要的地质灾害之一。论文选择小汤山和后沙峪地区为典型研究区,通过分析研究区基岩水开发利用状况,开展基岩水开采引起地面沉降的研究。运用简化的弹性模型评估基岩水开采造成的弹性变形量,结果表明,从1974年截至2010年,小汤山地区地热田总净开采量约9 400万m3,引起的地面弹性变形量约为1.02cm;小汤山地区岩溶水年均开采3 000万m3,年均形变量约0.32cm。后沙峪地区通过估算获得近似值,1961年-2011年期间由于第四系地下水的开采造成的基岩变形量约为1.09cm。     

Influences of soil hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissures caused bygroundwater exploitation简

In order to study the influences of hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissure caused by groundwater exploitation,based on the Biot’s consolidation theory and combined with the nonlinear rheological theory of soil,the constitutive relation in Biot’s consolidation theory is extended to include the viscoelastic plasticity,and the dynamic relationship among the porosity,the hydraulic conductivity,the parameters of soil deformation and effective stress is also considered,a threedimensional full coupling mathematical model is established and applied to the study of land subsidence and ground fissures of Cangzhou in Hebei Province,through the analysis of parameter sensitivity,the influences of soil hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissure are revealed.It is shown that the elastic modulus E,the Poisson ratio v,the specific yield u and the soil cohesion c have a great influence on the land subsidence and the ground fissures.In addition,the vertical hydraulic conductivity z k and the horizontal hydraulic conductivity s k also have a great influence on the land subsidence and the ground fissures.     

土水比指标在天津沉降区地下水资源管理中的应用

天津地面沉降形势严峻,加强地下水资源管理是控制地面沉降的关键。理论和实践证明,可开采量和临界水位等地下水资源管理指标,其可操作性不强。为此,在综合分析沉降区内地下水开采量和地面沉降所引起的土方损失情况的基础上,提出了一种新的地下水资源管理指标——土水比。研究结果表明:土水比能够指示地面沉降相对于地下水开采的易发性以及沉降区内的地下水资源保障程度;将土水比作为沉降区地下水资源管理的指标,就可以确定出不同级别的沉降易发区域以及地下水资源的保障程度,了解开采条件下地下水资源的补给能力,从而可保证地下水开采不消耗地下水储存资源,有效监控和防治地面沉降。     

北京典型地区分层地面沉降与 地下水位变化关系

北京市长期过量开采地下水造成地下水位持续下降,从而引发地面沉降快速发展。利用北京天竺地面沉降监测站长时间序列下分层地面沉降及对应含水层组地下水位监测数据,建立了二者间的多元回归模型,并用实际监测数据验证了该模型的预测效果,据此确定了天竺站的主要沉降贡献层及对沉降影响最大的含水层主控层位。研究成果可为合理调整地下水开采层位以及开展地面沉降防控工作提供科学依据。     

河南省平原地区浅层地下水总硬度的分布及演化趋势

针对河南省平原地区浅层地下水总硬度总体呈升高趋势的现状,分析其原因,结果表明,地表污水的渗入、工业废渣和城市生活垃圾的随意堆放、农药化肥的大量使用、地下水开采引起的含水层水动力条件改变,是河南省平原地区浅层地下水总硬度升高的主要原因。为防止地下水硬度进一步升高,建议采取进一步推进产业结构战略性调整,加强重点行业管理与水污染源治理;优化农业产业结构,研究和推广农业面源污染防治技术;加强地下水资源的统一规划和管理,分区限量开采地下水等措施。     

Regional management modeling of a complex groundwater system for land subsidence control

The three-dimensional groundwater flow model MODFLOW and the one-dimensional consolidation model are coupled and calibrated to simulate the piezometric levels and land subsidence in the complex multi-aquifer system of the lower Central Plain of Thailand. The mathematical models are calibrated against historical data for the period 1955–1990 by considerably updating the system conditions used by previous studies. The aquifer system responses to different pumping schemes are then predicted for the period 1991–2010. The modeling procedure is carried out in close consultation with the Department of Mineral Resources (DMR), Royal Thai Government. The conclusions of the study will allow the DMR to develop and implement updated groundwater management policies, land subsidence control strategies and action programs in the Bangkok Metropolitan Area.