地下水位波动带内滨海软土性状研究进展

针对沿海城市地下水位波动带内的软土在饱和与非饱和状态之间交替转化的特点,通过分析国内外有关地下水位波动引发地面沉降以及地面沉降间接造成相对海平面上升等的研究现状,提出：探讨地下水位波动及工程施工荷载作用下非饱和软土的变形强度规律,揭示软土中孔隙水在减饱和－增饱和反复过程中的激变、转化和迁移机制,以及建立反映地下水渗流与荷载变化的非饱和软土固结沉降理论计算方法,是今后研究工作的发展方向,并提供了可行的技术研究思路与方法。     

南水进京后典型区域地下水与地面沉降新动态

将地下水超采严重但受南水回灌影响的潮白河地下水库中心区、地面沉降发育但目前已实施地下水压限采行动的顺义天竺和朝阳王四营3个典型地区作为研究对象,定量分析了南水北调进京后典型地区地下水位和地面沉降的动态变化,在此基础上初步分析了南水进京后不同地区产生不同地质环境效应的内在机制。结果表明:潮白河地下水库中心区对南水回灌的响应快,回灌期内中心区地下水位上升快,但停止回灌补给后其水位下降,目前仍是地下水降落漏斗中心区;顺义天竺沉降敏感区,2015年、2016年潜水水位未呈现明显下降趋势,各层承压水水位平均下降幅度约1 m,地面沉降速率减小为34 mm/a;朝阳王四营地区潜水水位2006—2016年总体保持在同一水平,各层承压水水位2015年、2016年仍呈下降趋势,其中浅层承压水水位变幅小于0.5 m,深层承压水水位变幅约为1.0 m,该地区地面沉降发展速率由64 mm(2014年)减小为55 mm(2016年)。     

天津市某深基坑单井回灌试验研究

随着城市建设的发展,天津市地面沉降的主要原因已经从地下水超采这一单因素转化为基坑疏干抽排地下水、地热资源开发等多因素共同影响。天津市中心城区因基坑排水导致的地面沉降已超过地下水开采,成为引发地面沉降的主要因素。地下水回灌是提升地下水水位,预防地面沉降的有效手段之一。对天津市某基坑进行单井自然回灌和单井加压回灌试验,分析两次场地试验的回灌效果,并验证利用基坑回灌技术控制由基坑降水引发的地面沉降的可行性。研究结果表明,基坑周边地下水位抬升幅度与其距回灌井距离成反比,与回灌量成正比;目标含水层自然最大回灌量约为68 m~3/d,单井加压最大回灌量约为132 m~3/d;地面沉降的发展与水位升降同步,采取含水层回灌措施控制基坑降水引起的地面沉降可行。     

地下水位波动条件下粉土地基变形特性试验研究

针对我国沿海城市地下水波动引发地面沉降灾害频发的特点,以上海第四纪沉积粉土为研究对象,通过室内模型试验模拟地下水位波动和建筑物荷载变化,取得了模型箱内粉土地基变形实测数据。在此基础上分析了在水位波动与荷载变化耦合作用下粉土地基的变形特点,获取了水位波动下粉土地基变形及其与荷载、孔隙比、压缩模量、渗透系数间的相关关系。研究结论可为城市地面沉降危害的防治提供参考。     

济宁市区地面沉降问题的初步研究与防治对策

在概述济宁市水文地质条件的基础上,分析了济宁市区地下水超量开采引起地下水环境的变化,使地下水水位不断下降,形成地下水降落漏斗,地下岩层在上覆土层压力的作用下,压缩变形,而产生地面沉降。初步分析了地下水位变幅与地面沉降量间的关系,并预测了未来几年里的沉降量,分析表明沉降量仍在不断地增大。为此提出了相应的防治措施和对策, 以避免进一步恶化济宁市环境地质问题。     

天津市控制地面沉降工作最新进展

近年来,天津市整体地面沉降量逐渐减小并趋于稳定,但局部地区沉降量长期僵持不下,甚至有增加的趋势。针对控制地面沉降面临的新形势,天津市在多个重点沉降区建设分层标监测各含水组的沉降规律,对基坑开挖疏干排水引发的地面沉降和地下水人工回灌技术进行专项研究。在管理方面,新增了深基坑建设项目进行水资源论证,并要求将地面沉降防治措施报水行政主管部门备案。在"十三五"期间,天津市将在武清、津南、北辰和静海4区建设4个分层标组,在武清、北辰和西青3区交界处增加地下水位监测井,初步建立了全方位的立体沉降监测网络,同时编制天津市微承压含水层地下水回灌技术规范。目前所有工作正稳步展开。     

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。     

吴江市地面沉降与开采地下水关系的研究

对吴江市地面沉降与开采地下水关系的研究表明 ,地面沉降量在时空分布上与地下水开采量基本一致 ,地面沉降速率与地下水位呈明显的相关性。地下水累计开采量与地面累计沉降量有较好的相关性。运用太沙基的有效应力原理及一维固结理论 ,对地面沉降极限量进行估算 ,提出了控制地面沉降的措施。     

低频循环荷载作用下结构性对软土变形的影响

经试验研究得出有关软土变形特性、结构性及其对软土变形的影响。在低频循环荷载作用下,软土的变形随着循环次数的增加而增大,表现出变形累积性,且当荷载周期延长时,具有一定的流变特性;由于原状土具有较强的结构性,因此其变形特性和重塑土的变形特性有很大差别,当所施加的荷载小于结构屈服强度时,软土的结构性较强,其变形量较小,随着荷载的进一步施加,结构性破坏程度提高,软土的变形量逐渐增大;结构性的破坏程度不仅与作用于软土试样的荷载大小有关,而且还和加荷速率及作用时间有关。     

地下水水位对地铁隧道的影响

为分析地下水水位对地铁隧道的影响，首先对地下水诱发地表沉降及地下水水位变化情况进行分析，采用数值模拟的方法，利用FLAC3D有限元软件建立双线隧道模型，对地下水水位的变动对地铁隧道的开挖影响进行研究。结果表明：纵剖面上的土体竖向变形基本呈“锅底”型，对需要保护的地表沉降，可采取对土层回灌技术。     

河北省井灌区灌溉用水与耗能变化规律研究

开展农业灌溉节水、节能研究既是支撑区域农业可持续发展必然要求,也是支撑国家节能减排承诺的具体实践。受农业节水、地下水位下降的影响,河北省井灌区灌溉用水和灌溉耗能之间关系复杂,分析了1980-2015年河北省井灌区灌溉用水、灌溉耗能、地下水位变化等规律,得出以下结论:(1)地下水埋深与提取单方水耗电量呈幂函数关系,地下水埋深越大,地下水位下降带来灌溉能耗的增加幅度越来越大;(2)由于地下水位下降,每度电可开采水量从1980年的8m~3减少到2015年的0.9m~3,相比1980年2015年灌溉水量减少了13亿m~3,但是灌溉能耗增加了131亿kW·h。(3)1997年后由于灌溉水量减少而降低的能耗不足以弥补地下水位下降增加的能耗,由此导致1998-2015年每公顷灌溉能耗额外损失为20 850kW·h。本研究对指导河北省农业灌溉水-能关系协调发展提供有益的参考。     

西安市区地下水位动态特征与影响因素

根据西安市区地下水位监测资料,分析了地下位动态变化特征,并以水文地质分区为单元,对水位动态的影响因素(降水和开采)进行了研究。结果表明:1965年-2010年西安市地下水位整体呈下降趋势;降水量对地下水位的影响主要体现在丰水年水位回升或下降速率减缓,枯水年水位下降速率加剧,不同水文地质分区水位变化与降水量变化的相关程度不同;开采量对地下水位的影响体现在随着开采量增加,地下水位下降,但同样的开采量下,各个水文地质分区水位下降幅度不同;最后,运用灰色关联度分析水位变化的主导因素,结果表明,地下水开采是西安市区地下水位变化的主导因素。     

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。     

潮白河地下水调蓄区水岩作用过程模拟

南水北调中线工程通水后,将有部分结余水量用于补给潮白河地下水调蓄区。由于南方地表水(以下简称南水)与北京当地地下水的水质存在一定差异,回灌过程中很有可能发生水岩相互作用。研究以潮白河地下水回灌区为例,通过静态摇瓶实验和水文地球化学模拟等研究方法,对南水补给北京深层地下水过程中产生的水岩作用过程和水质影响程度进行分析评价。研究结果表明:南水回灌过程中,地下水的主要离子成分会受到硝化作用、阳离子交换作用及包气带矿物质溶解等作用的综合影响。两种水混合过程中,土壤矿物相中的方解石和白云石不断溶解,Ca2+、Mg2+浓度逐渐升高,反应过程中还伴随强烈的阳离子交换作用,主要为Na+与Ca2+、Mg2+的交换。南水比例越大,溶解氧促进硝化作用越明显;在硝化作用和碳酸平衡的共同影响下,地下水的pH值呈现先降低后升高的趋势。     

山东省农业水足迹周期及趋势变化分析

农业用水状况及其周期趋势分析对合理制定农业用水分配、提高水资源利用效率有着重要的现实意义。依据水足迹理论,分别计算了山东省1978-2014年农业总水足迹及其分项,利用经验模态分解(EMD)分别分析了各水足迹值的波动周期,从多时间尺度分析了农业总水足迹值波动影响因素,并结合对数平均迪氏分解(LMDI)方法,分析了引起总水足迹增长的主要贡献因素。结果表明:林牧渔业水足迹以3.5a为周期波动,种植业水足迹以5a为周期波动,总水足迹以8a为周期波动;农业总水足迹值3a短波动周期主要受种植业影响,8a长波动周期在2002年前主要受畜牧业影响,2002年后则主要受种植业影响;农业总水足迹及各分项多年来均呈增长趋势;蓝水、绿水、灰水足迹值的变化均对总水足迹值的增长起正向促进作用,多年来农业总水足迹值的增长由绿水足迹主导逐渐转变为蓝水足迹主导。     

基于流固耦合的富水软岩地层隧道排水方案研究

为研究富水软岩隧道最优排水方案,以甘肃省道S304线关山隧道为研究对象,基于流固耦合分析理论,建立了应力场和渗流场作用下的隧道开挖模型。借助SoilWorks有限元软件对隧道全排水、全封堵及堵水限排三种施工方案进行了模拟,并对孔隙水压力及水位线、位移场及应力场、围岩塑性区的分布规律进行了研究。结果表明:富水软岩隧道开挖时,采用堵水限排方案可以有效减小对地下水位的影响,经济效益显著;三种施工方案中,堵水限排方案隧道的拱顶沉降、隧底隆起以及地表下沉量最小,但围岩的应力最大,仰拱最大拉应力为全排水方案的2.2倍;全排水方案与全封堵方案围岩塑性区主要产生在仰拱,堵水限排方案围岩塑性区主要产生在边墙两侧,塑性区的范围较小。研究结果可为富水软岩地层同类工程排水方案的确定提供借鉴。     

内蒙古准格尔旗地下水环境承载力评价

地下水环境承载力是水环境承载力研究的重要组成部分,是衡量人类社会经济发展与区域水环境协调程度的判别依据。以内蒙古自治区准格尔旗为研究区,建立地下水环境承载力评价体系,并利用层次分析法(AHP)判断矩阵确定各指标的权重值,进行研究区地下水环境承载力评价。结果表明,准格尔旗地区地下水环境承载力在0.308 3~0.731 1之间,平均为0.521 5,属于中等偏弱程度。评价结果与研究区水文地质条件和社会经济发展现状基本吻合,可为准格尔旗在未来工业化进程中地下水资源管理和地下水环境保护决策提供依据。     

京津冀地区适水发展问题与战略对策

阐述了适水发展理论的产生背景、内涵及对象与任务。适水发展是依靠科技进步,开发利用广义水资源、提高用水效率,根据水资源条件转变用水模式、优化用水结构和水资源配置,拓展水资源开发利用新空间,实现水资源可持续利用。从适水发展的角度,系统分析了京津冀发展面临的严峻的水资源问题,主要有水资源极度短缺、用水压力大、生态持续恶化和非常规资源资源利用程度低等问题,严重制约京津冀协同与可持续发展。针对存在的主要问题,提出了京津冀走适水发展道路的战略对策,实行水资源开发利用的多方面战略性转变,重塑京津冀适水型产业体系,构建适水型现代工业,发展适水型现代农业,建设适水型城市,实现京津冀地区社会-经济-生态健康永续发展。     

北京市用水结构演变及归因分析

用水结构的分析和预测是水资源管理和规划的前提和基础。以北京市为例,分析了1988-2016年北京市用水结构的演变特征,揭示了导致用水结构变化的驱动因素,讨论了未来北京市用水结构可能出现的变化及其对水资源供给的影响。结果表明,近30年来北京市总用水量先升后降,而后缓慢增加,农业用水和工业用水持续减少,而生活用水和环境用水则持续增加。农作物播种面积的减少和工业节水分别是导致农业用水和工业用水减少的主要原因,生活用水的增加主要是由于人口的增长和人们用水方式的变化,而环境用水的增加和园林绿化面积的增长关系密切。预计未来北京的农业用水仍将持续减少,而工业用水的变化取决于产业结构调整的力度。生活用水仍将缓慢增长,这将是未来北京市水资源安全供给面临的最大压力。     

地下水水源地污染预警应用研究——以浑河冲洪积扇为例

地下水水源地污染预警是集中城镇供水的地下水资源保护和管理的重要依据。为了控制地下水污染,使地下水保护更具预见性和主动性,提出了基于水质现状和污染风险的地下水水源地污染预警思路。水质现状是预警基础,决定预警的起始状态;污染风险考虑了污染源载荷风险和污染危害性,反映人类活动对地下水的影响,决定区域污染状况的发展变化。以浑河冲洪积扇饮用水水源地为例,通过各因子的评价和叠加分析得到地下水水源地污染预警值,结果显示浑河冲洪积扇地区大部分水源地存在不同程度的污染警情。研究结果可为当地地下水水源地保护提供依据。