新水情影响下华北平原深层地下水水平衡演变与更新能力分析

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作者 杨会峰 李泽岩 +4 位作者 孟瑞芳 白华 宋博 郭伟 包锡麟 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第3期28-42,共15页

地下水是支撑华北平原社会经济发展的重要供水水源,深层地下水长期超采、水头大幅度下降,引发系列生态环境地质问题。2015年以来,南水北调、地下水超采综合治理和连续强降水等新水情通过置换水源、农业节水以及强降水灌溉农业等方式减... 地下水是支撑华北平原社会经济发展的重要供水水源,深层地下水长期超采、水头大幅度下降,引发系列生态环境地质问题。2015年以来,南水北调、地下水超采综合治理和连续强降水等新水情通过置换水源、农业节水以及强降水灌溉农业等方式减少了华北平原深层地下水开采量,深层地下水水平衡发生显著变化。基于深层地下水区域水平衡分析方法,探讨了水平衡关键指标变化特征,分析了新水情对深层地下水平衡的影响效应。利用14C年龄、中更新统岩相古地理分布特征2个地质背景指标和渗透系数、水力梯度、深浅层水头差以及越流系数4个水力评价指标对深层地下水更新能力进行综合评价。基于地下水降落漏斗修复和地面沉降防控,识别地下水水头恢复阈值,科学评价深层地下水可利用量。结果表明:与2005年相比,在新水情影响下,2020年深层地下水渗流速度显著增大,侧向补给量增加0.25×10^(8) m^(3),越流补给量增加0.88×10^(8) m^(3),中东部深层地下水水头仍处于下降状态是主要原因;地下水年均开采量减少1.41×10^(8) m^(3),地下水年度储量减少量由12.29×10^(8) m^(3)变为9.70×10^(8) m^(3);从空间分析,西部山前较大的渗透系数使得其更新性好于中东部,从时间分析,开采量的变化使得垂向越流通量和水平侧向径流的组成及数量发生了变化,2020年深层地下水更新能力较2005年总体增强;深层地下水可利用量为8.52×10^(8) m^(3)/a,主要分布于山前平原的中更新统冲洪积扇区。依据深层地下水补径排条件、开发利用程度差异,以不同水文地质单元开展水平衡演变分析,2015年以来深层地下水失衡状况得到缓解,但尚未得到根本扭转。研究结果对认识北方平原区深层地下水循环规律和可持续开发利用等方面具有借鉴意义。 展开更多

关键词 华北平原 新水情 水平衡变化 地下水更新能力 可持续利用对策

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沧州地面沉降区黏性土次固结系数的试验研究

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作者 李晨 齐剑峰 +2 位作者 解勇杰 郭海朋 王云龙 《河北地质大学学报》 2024年第6期74-83,共10页

黏性土层次固结变形是地面沉降的重要原因,次固结系数是次固结变形的重要参数。通过获取不同深度的黏性土原状土样和制备的重塑土样,开展次固结试验,分析了黏性土的e-lg(t)曲线和固结压力、时间对次固结系数的影响,进而建立反映次固结... 黏性土层次固结变形是地面沉降的重要原因,次固结系数是次固结变形的重要参数。通过获取不同深度的黏性土原状土样和制备的重塑土样,开展次固结试验,分析了黏性土的e-lg(t)曲线和固结压力、时间对次固结系数的影响,进而建立反映次固结系数时间效应的关系式。结果表明:次固结阶段的孔隙比随时间的变化曲线呈非线性变化,当固结压力大于和小于先期固结压力时,曲线分别呈现上凸、上凹形态;次固结系数受固结压力和时间影响,发现当超固结比大于1和超固结比小于等于1时,次固结系数分别随着时间的增加逐渐减小、增大;建立了当超固结比大于1时次固结系数的经验公式,并利用试验数据进行了验证。研究结果可为沧州地区次固结变形的计算提供依据。 展开更多

关键词 地面沉降区 黏性土 次固结系数 固结 时间效应

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区域地面沉降研究进展与展望 被引量：13

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作者 朱琳 宫辉力 +5 位作者 李小娟 周超凡 叶淼 王海刚 张可 韩苗苗 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期167-177,共11页

地面沉降是全球性重大地质环境问题,区域差异性地面沉降已经对城市基础设施、线性轨道交通和地下空间开发利用形成重大威胁,制约着经济和社会的可持续发展。围绕区域地表形变信息获取、地面沉降演变机制和模拟方面的研究进展进行系统阐... 地面沉降是全球性重大地质环境问题,区域差异性地面沉降已经对城市基础设施、线性轨道交通和地下空间开发利用形成重大威胁,制约着经济和社会的可持续发展。围绕区域地表形变信息获取、地面沉降演变机制和模拟方面的研究进展进行系统阐述,重点分析了InSAR形变监测和多源形变数据融合的区域地表形变信息获取技术,基于室内土工试验数据和长时序观测数据,利用相关分析、统计分析和机器学习等方法分析地面沉降演变与各影响因素的关系。在此基础上,探讨了地下水流场—土体变形模型、数理统计模型和机器学习模型等地面沉降过程模拟模型的优缺点。发现多源形变数据融合能够提高区域地表形变信息的时空分辨率,地质构造、地层岩性、地下水开采和动静载荷等影响因素的差异性是造成地面沉降差异性演化的机制,地面沉降数学模型的计算效率与可解释性难以兼顾是当前沉降模拟存在的主要问题。据文献检索,当前研究主要关注地下水超量开采引发的地面沉降。进而提出未来区域地面沉降研究方向:在气候变化叠加新水情、新数据背景下,充分融合遥感大数据与野外观测站实测小数据集,耦合基于物理机制的模型和机器学习模型,优化集成InSAR、GeoAI、云平台等技术的最新进展,揭示全球气候变化和人类活动综合作用下的区域地面沉降演变机制,为区域地面沉降防控和城市安全提供技术支撑。 展开更多

关键词 地面沉降 合成孔径雷达干涉测量 演化机制 机器学习 耦合模型

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保定平原区地下水水位变幅带自由孔隙率空间变异研究 被引量：2

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作者 徐步云 杨会峰 +2 位作者 白华 宋博 孟瑞芳 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期23-33,共11页

科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水,水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层,南水北调工程通水后,随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进,保定平原局部地区地下水水... 科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水,水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层,南水北调工程通水后,随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进,保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题,但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差,因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据,确定水位变幅带的综合自由孔隙率,通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型,结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示:(1)保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性,主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。(2)综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区,极值可达0.25,数值向中部及东部逐步降低,最小降至0.02。(3)与惯用给水度值进行对比,自由孔隙率值在南北部地区整体升高约0.03,约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06,变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。 展开更多

关键词 自由孔隙率 给水度 非饱和带 地质统计 空间变异 保定平原区

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京津冀平原浅层地下水漏斗演变规律与影响因素 被引量：8

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作者 南天 曹文庚 +2 位作者 任印国 孙龙 高媛媛 《南水北调与水利科技（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期110-121,共12页

为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响,以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标,从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑,选取8个具体指标构建特征变量数据集,使用逻... 为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响,以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标,从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑,选取8个具体指标构建特征变量数据集,使用逻辑回归(logistic regression, LR)、支持向量机(support vector machine, SVM)和随机森林(random forest, RF)方法建立漏斗演变识别模型,并利用敏感度、特异度和决定系数R^(2)对拟合效果进行对比评价,结果显示随机森林为最优模型。进而利用模型分析研究区地下水漏斗演变规律,阐明具体因素对漏斗演变的影响作用。研究表明:京津冀平原区浅层地下水漏斗在2010年之前整体呈扩张趋势,之后在部分地区呈现缩减和消失的态势。河湖补水前,地下水漏斗发展主要受开采影响,其重要度约50%;2018年后河湖补水对抑制漏斗扩张发挥了较为明显的作用,重要度达16%。从发展过程来看,地下水开采依然是控制京津冀平原浅层地下水漏斗变化最重要的因素。对比宁柏隆和高蠡清两个典型浅层地下水漏斗的发展变化可知,河道生态补水对宁柏隆漏斗变化的贡献率接近10%,而对高蠡清漏斗变化影响的重要度仅为1%,因此持续的河流生态补水对宁柏隆漏斗水位恢复会产生积极影响,而对于高蠡清漏斗则需要以水源置换压减农业灌溉地下水量为关键手段实现水位恢复。 展开更多

关键词 京津冀平原 地下水降落漏斗 多源数据驱动模型 机器学习 演化机制

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新水情背景下北京平原朝阳—通州沉降区地面沉降特征及其影响 被引量：3

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作者 韩红闪 朱琳 +2 位作者 郭高轩 李炳华 卢灿 《吉林大学学报（地球科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1326-1338,共13页

地面沉降是北京地区突出的地质灾害,严重威胁经济、环境和社会的可持续发展。为了研究地面沉降的时空特征及其影响,本文以北京平原朝阳—通州沉降区为研究对象,先基于Sentinel-1 A/B卫星降轨数据,利用PS-InSAR(persistent scatters InS... 地面沉降是北京地区突出的地质灾害,严重威胁经济、环境和社会的可持续发展。为了研究地面沉降的时空特征及其影响,本文以北京平原朝阳—通州沉降区为研究对象,先基于Sentinel-1 A/B卫星降轨数据,利用PS-InSAR(persistent scatters InSAR)技术获取了研究区2019年1月—2021年12月地面沉降特征,再采用动态时间规整(DTW)算法定量分析了地面沉降与不同层位地下水位之间的响应关系,并进一步量化了不同深度地下水抽取诱发地面沉降的贡献率。结果表明:1)2019—2021年朝阳—通州地区地面沉降连片发展,年均沉降速率超过50 mm/a的沉降严重地区主要分布在朝阳区东部和通州区北部,其中最大沉降速率达到91 mm/a。2)朝阳—通州地区可压缩层厚度区域分布差异,为地面沉降的发生与发展提供了有利的地质条件。整体上来看可压缩层厚度大小与地面沉降速率成正比,研究区地面沉降速率大于80 mm/a的永久散射体(PS)点所在位置处的可压缩层厚度均大于180 m,且主要处于可压缩层厚度200~220 m的地区。3)地面沉降与不同层位地下水位时间序列响应不同,埋深为50~180 m的承压含水层水位与地面沉降响应程度相对较高,其中92.00和121.42 m深度下地下水位与地面沉降时序的响应程度最高,反映出该层位的地下水位变化是造成沉降的主要诱发因素。 展开更多

关键词 地面沉降 PS-INSAR DTW 朝阳—通州 地下水位 影响因素 北京

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海河流域大清河平原区地下水化学特征及演化规律分析 被引量：10

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作者 孟瑞芳 杨会峰 +1 位作者 白华 徐步云 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期383-395,共13页

地下水超采引发大清河流域范围内一系列生态环境负效应,地下水与地表水关系密切,厘清大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,对大清河流域水资源合理开发利用具有重要意义,然而目前尚缺乏对大清河流域地下水化学特征特别是其历史以... 地下水超采引发大清河流域范围内一系列生态环境负效应,地下水与地表水关系密切,厘清大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,对大清河流域水资源合理开发利用具有重要意义,然而目前尚缺乏对大清河流域地下水化学特征特别是其历史以来的演变规律作系统的分析。本文以海河流域大清河平原区地下含水系统为例,采集浅层含水层组47个水样和深层含水层组32个水样,测试了主要阴离子(Cl^(-)、SO^(2-)_(4)、NO^(-)_(3))和阳离子(K^(+)、Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+))等指标,利用水化学类型、吉布斯模型、离子比值关系等方法,研究其水化学特征及演化规律。测试结果显示:浅层含水层组受到气象和人为因素影响较大,浅层和深层含水层组pH值(7.35~8.92)差异不大,偏碱性;浅层含水层组由于农业活动等影响,造成局部地区的硝酸盐和硫酸盐污染。水岩相互作用分析显示:硅酸盐矿物风化是研究区主要的矿物来源,硅酸盐矿物溶解、阳离子交换为主要的水化学作用。研究区浅层地下水水化学特征总体上受地形和水文地质条件的影响,由山前平原-中部平原呈规律性分布。现状地下水化学类型为沿地下水径流方向由山前的HCO_(3)-Ca·Mg(Ca)型,经HCO_(3)-Mg·Ca、HCO_(3)-Mg·Ca·Na、HCO_(3)-Na·Mg·Ca向HCO_(3)·Cl^(-)Na·Ca、HCO_(3)·Cl·SO_(4)-Na至平原中部冲湖积平原的Cl(SO_(4))-Na转变。水化学演变分析显示中部平原地下水由以Cl·HCO_(3)-Ca·Na、HCO_(3)·Cl^(-)Ca·Na型为主,转变为当前条件下以Cl·HCO_(3)-Ca·Na、SO_(4)·Cl^(-)Na·Mg型为主。总体上,研究区现状水化学类型复杂多样,且分布上虽然仍受地形与地质条件的控制,但越来越多地受到以开采为主的人类活动的影响,应重视人类活动对该区域地下水的影响,合理布置开采方案。本文利用水化学方法研究了大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,厘清了大清河流域平原的水化学特征以及水化学类型演变规律,初步分析了演变趋势造成的原因,特别是指明地下水化学演变越来越受到人类活动的影响,后续将在水化学未来的演变预测上进行相关的研究。 展开更多

关键词 大清河流域平原区 地下水水化学全分析 水化学类型 水化学演变 人类活动

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借力国家野外试验站,打造精品地下水试验基地

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作者 高业新 宋博 《现代管理》 2022年第3期263-271,共9页

为提升地下水理论创新研究能力,推动地下水科学与工程对国家战略的支撑能力、人才培养能力以及对外交流合作能力,中国地质科学院水文地质环境地质研究所在华北平原不同沉积单元建设了地下水科学与工程野外试验研究基地。本文阐述了地下... 为提升地下水理论创新研究能力,推动地下水科学与工程对国家战略的支撑能力、人才培养能力以及对外交流合作能力,中国地质科学院水文地质环境地质研究所在华北平原不同沉积单元建设了地下水科学与工程野外试验研究基地。本文阐述了地下水科学与工程野外试验研究基地(正定、衡水)的意义、功能、成果以及展望了野外基地的美好前景。对于研究人员深入了解和使用野外基地提供了详实资料,必将促进野外基地的进一步发展。 展开更多

关键词 华北平原 地下水科学与工程野外试验基地 功能 成果 展望

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沧州地区土层固结特征与地面沉降临界水位研究 被引量：9

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作者 王云龙 陈晔 +4 位作者 郭海朋 孟静 王海刚 臧西胜 朱菊艳 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期185-192,共8页

沧州市长期以来面临严重的地面沉降问题,在控制沉降发展的前提下,为合理利用地下水资源,需要确立开采水位埋深警戒线。针对地面沉降综合防治如何确定临界水位这一科学问题,以沧州3个典型沉降区土样为研究对象,分析了地层固结特征,通过... 沧州市长期以来面临严重的地面沉降问题,在控制沉降发展的前提下,为合理利用地下水资源,需要确立开采水位埋深警戒线。针对地面沉降综合防治如何确定临界水位这一科学问题,以沧州3个典型沉降区土样为研究对象,分析了地层固结特征,通过关联地层厚度的方式改进了以先期固结压力求解临界水位的方法,结合多年来地面沉降与地下水水位监测数据,对沧州市临界水位进行了综合定量评估。研究表明:沧州地区0~150 m以内多为正常固结或欠固结土,150 m以下普遍为超固结土,非弹性释水变形是影响该地区地面沉降速率变化的重要因素。运用改进后的方法计算出沧州市区、肃宁县及东光县的临界水位埋深分别为66.8,67.5,67.8 m。综合分析沧州市区累计地面沉降与地下水水位变化资料,得出两者之间的指数函数关系,并以沉降速率为指标,求得65~70 m为沧州市区临界水位区间范围。在验证了两种方法计算结果一致性的基础上,最终将65 m作为沧州市区采取地面沉降防控措施的参考临界水位,为地方政府制定合理的地下水开采方案提供可靠依据。 展开更多

关键词 沧州 地面沉降 临界水位 超固结土 形变机理

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保定平原区地下水化学特征及演化 被引量：9

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作者 白华 杨会峰 +2 位作者 孟瑞芳 徐步云 闫晓雪 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2216-2228,共13页

为揭示保定平原地下水水化学特征及演化规律,本文以保定平原为研究对象,对216组地下水样水化学特征进行了分析。综合运用Piper三线图、Gibbs图、相关离子分析等方法,研究了保定平原区深浅层地下水化学组成及水化学类型空间分布特征,识... 为揭示保定平原地下水水化学特征及演化规律,本文以保定平原为研究对象,对216组地下水样水化学特征进行了分析。综合运用Piper三线图、Gibbs图、相关离子分析等方法,研究了保定平原区深浅层地下水化学组成及水化学类型空间分布特征,识别了水化学形成机制与控制作用,在此基础上分析了水化学演化的成因。结果表明:沿地下水径流方向,浅层地下水与深层地下水主要离子含量呈现明显的递变规律,TDS、Na^(+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)含量逐渐升高,K^(+)、Ca^(2+)逐渐降低,地下水优势阳离子Ca^(2+)主导地位逐渐被Na^(+)代替,优势阴离子HCO_(3)^(-)主导地位逐渐向Cl^(-)过渡。地下水化学特征主要受水岩作用、阳离子交替吸附作用以及人类活动共同影响,水岩作用以碳酸盐岩和铝硅酸盐岩共同溶滤作用为主;浅层地下水受人类活动影响较大,影响离子主要为NO-3,集中分布于补给区,除了与农业活动相关外,主要与山前平原岩性颗粒粗,具有较强的渗透性有关。 展开更多

关键词 保定平原区 水化学特征 水化学演化 水化学类型

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天津地区新生代地层工程特性与固结特征研究

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作者 黄猛 胡海博 +6 位作者 吕潇文 贾晓青 牛毅 张姣姣 张学斌 薛敬凤 白晋斌 《矿产勘查》 2025年第3期659-668,共10页

以往对地面沉降机理研究主要集中于地下水开采和工程活动对地面沉降的影响,深部孔隙型地热水开采诱发地面沉降的程度及规律研究尚不清晰,深部地层土体的工程特性和固结特征的研究对深层地下水资源和地热资源的合理开发利用具有重要意义... 以往对地面沉降机理研究主要集中于地下水开采和工程活动对地面沉降的影响,深部孔隙型地热水开采诱发地面沉降的程度及规律研究尚不清晰,深部地层土体的工程特性和固结特征的研究对深层地下水资源和地热资源的合理开发利用具有重要意义。本文利用天津市中心城区施工的一眼揭穿新生代地层的全取心钻孔,系统研究了新生代土层的沉积环境和工程特性,初步探讨了地面沉降临界水位。研究结果表明,沉积环境对地层的物理力学性质和固结特征有一定程度的影响,湖相及海相地层含水率、孔隙比及液性指数相对偏高,密度较低,洪泛盆地沉积则与之相反。高压缩性及欠固结地层多出现在湖相及海相沉积物中,而超固结地层主要出现在洪泛盆地沉积物中。0~160 m段地层为正常固结状态,不存在临界水位。160~630 m段地层,为超固结状态,为防止地面沉降水位应在控制临界水位深度内。630~1300 m段地层为欠固结—正常固结状态,不存在临界水位,孔隙型地热资源开发利用应严格采取回灌措施,保证水位稳定,避免产生地面沉降。 展开更多

关键词 天津地区 新生代地层 物理力学性质 固结特征 临界水位

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地面沉降灾害风险评价研究进展与展望 被引量：5

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作者 王玢佳 文宝萍 +5 位作者 李文鹏 郭海朋 王涛 石菊松 王海刚 陈添斐 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1949-1962,共14页

地面沉降是威胁平原和盆地区城市地质安全和可持续发展的重要地质灾害类型之一。地面沉降灾害风险评价尚处于探索阶段。笔者等在总结国内外地面沉降灾害风险评价基本流程的基础上,从易发性、危险性、易损性和风险评价4个方面梳理了当前... 地面沉降是威胁平原和盆地区城市地质安全和可持续发展的重要地质灾害类型之一。地面沉降灾害风险评价尚处于探索阶段。笔者等在总结国内外地面沉降灾害风险评价基本流程的基础上,从易发性、危险性、易损性和风险评价4个方面梳理了当前研究的主要内容和方法,指出当前地面沉降灾害风险评价中存在的主要问题是对易发性、危险性、易损性的内涵尚未形成共识;评价方法以经验驱动的定性评价为主,数据驱动、机制驱动的半定量—定量评价有待加强;对动态风险评价的关注极少。针对地面沉降灾害特点,明确了易发性、危险性、易损性的内涵;提出了结合驱动因素和承灾体变化进行动态风险评价的理念;考虑依据风险评价内容选择评价途径,如危险性评价考虑机制驱动与数据驱动相结合,易损性评价将承灾体属性与国土空间规划相结合;集合以上两类评价结果实现地面沉降动态风险评价。 展开更多

关键词 地面沉降 易发性 危险性 易损性 动态风险评价

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基于氯离子示踪法深厚包气带地区地下水补给特征 被引量：5

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作者 杨会峰 白华 +3 位作者 程彦培 孟瑞芳 曹文庚 南天 《南水北调与水利科技（中英文）》 CAS 北大核心 2022年第1期30-39,共10页

针对包气带增厚条件下降水入渗变化问题,在华北山前平原滹沱河冲洪积扇典型包气带增厚区实施地质钻孔,通过采样钻杆前端特制的内置环刀取样器,采用无循环液压入法获取原状土样,测试深厚包气剖面土体结构参数、含水量和氯离子质量浓度;... 针对包气带增厚条件下降水入渗变化问题,在华北山前平原滹沱河冲洪积扇典型包气带增厚区实施地质钻孔,通过采样钻杆前端特制的内置环刀取样器,采用无循环液压入法获取原状土样,测试深厚包气剖面土体结构参数、含水量和氯离子质量浓度;利用氯离子示踪方法研究厚达45 m包气带的水分运移规律,重建深厚包气带地区降水补给历史,评价降水补给强度。结果表明:45 m包气带剖面记录的降水补给年龄为72.12 a,平均入渗补给强度为0.096 m/a,降水入渗补给量占多年平均降水量的18.1%。深厚包气带地区水分运移非常缓慢,水分在多次降水叠加驱动下不断形成新的脉冲逐步向深部运移,降水补给到地下水需要一个长期的过程。研究成果对深厚包气带地区土壤水分运移研究和降水入渗补给评价都具有重要借鉴意义。 展开更多

关键词 深厚包气带 原状土样 氯离子 示踪 降水入渗 地下水补给

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豫北平原地下水高砷和高氟分布规律与成因 被引量：8

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作者 王妍妍 曹文庚 +3 位作者 潘登 王帅 任宇 李泽岩 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1095-1109,共15页

豫北平原地处黄河中下游,同时存在着高砷和高氟地下水,但目前这种零星分布区砷和氟的共存机制尚不明确。本文采集了豫北平原332组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,离子色谱和电感耦合等离子体发射光谱等方法测定氟及其他... 豫北平原地处黄河中下游,同时存在着高砷和高氟地下水,但目前这种零星分布区砷和氟的共存机制尚不明确。本文采集了豫北平原332组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,离子色谱和电感耦合等离子体发射光谱等方法测定氟及其他阴阳离子含量,探讨地下水中砷和氟的空间分布规律,并结合水化学图解和因子分析法提取出影响该区地下水演化的主要因子,以此为思路对该区高砷和高氟地下水的成因机制进行探讨。结果表明:该平原地下水中砷和氟的浓度范围分别为0.0001~0.1900mg/L和0.13~4.94mg/L。高砷地下水主要分布在太行山前冲洪积洼地和黄河决口扇垂向15~80m;高氟地下水分布于黄河沿岸的黄河现代河道影响带垂向7~100m。蒸发浓缩作用、矿物的溶解/解吸附作用和氧化还原环境是控制该区地下水演化的主要因子。氟在因子F1(蒸发浓缩作用)和F2(矿物的溶解/解吸附作用)中分别占有0.214和0.743的载荷,氟浓度与ρ(Na^(+))/[ρ(Na^(+))+ρ(Ca^2+))]呈正相关,高浓度氟出现在Ca^2+)浓度较低的地下水中。黄河现代河道影响带强烈的蒸发浓缩作用有助于含氟矿物的溶解,黄河水的灌溉增加了地下水中Na^(+)浓度,进一步增强了其溶解作用,在这种环境下氟会浓缩并富集在地下水中。砷在因子F3(氧化还原环境)中占有0.728的载荷,与Fe^2+)、NH^(+)4呈正相关,与NO^(-)_(3)、SO^(2-)_(4)呈负相关,Eh越低,砷浓度越高。太行山前冲洪积洼地和黄河决口扇的还原环境有利于含砷的铁氧化物/氢氧化物发生还原性溶解,从而形成高砷地下水。pH值升高引起的以阴离子形式存在的砷酸根/亚砷酸根/氟化物在矿物表面的解吸附作用有利于该区砷和氟在地下水中共存。然而,该区地下水中砷和氟的相关性并不十分显著,这是由于高砷区高浓度的钙离子不利于氟的富集,而高氟区的弱还原条件不利于含砷铁氧化物/氢氧化物的溶解。本文研究结果探讨了豫北平原地下水中砷和氟的共存机制,进一步丰富了高砷高氟地下水共污染的理论体系。 展开更多

关键词 豫北平原 高砷 高氟 原子荧光光谱法 离子色谱法 电感耦合等离子体发射光谱法 成因

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地下水位降落漏斗圈定方法的探讨——以河北平原为例

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作者 唐立强 赵伟玲 +1 位作者 刘峰川 王玉清 《工程勘察》 2023年第4期36-41,共6页

河北平原地下水位降落漏斗的治理与修复成为当前乃至今后很长一个时期地下水资源管理面临的主要问题之一。为满足地下水位降落漏斗的修复、控制以及地下水资源超采综合治理等需求,在河北平原近40年来地下水地质环境监测及动态研究工作... 河北平原地下水位降落漏斗的治理与修复成为当前乃至今后很长一个时期地下水资源管理面临的主要问题之一。为满足地下水位降落漏斗的修复、控制以及地下水资源超采综合治理等需求,在河北平原近40年来地下水地质环境监测及动态研究工作基础上,广泛吸纳了地下水位降落漏斗的研究经验,利用近十年地下水位动态监测数据进行了分析,系统总结了地下水位降落漏斗的圈定方法,并应用于河北平原地下水位降落漏斗动态研究中。以期统一和规范区域地下水位降落漏斗的圈定方法,降低认识和方法差异产生的误差。 展开更多

关键词 河北平原 地下水位降落漏斗 圈定方法

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南水北调中线天津段地面沉降现状及危险性评价

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作者 刘杰 徐东鑫 +1 位作者 徐佳 易长荣 《人民长江》 北大核心 2025年第S1期156-162,共7页

为全面了解南水北调中线工程天津段地面沉降现状,收集了2020~2023年天津市水准、GNSS、InSAR数据,采用多源数据融合方法,获取了南水北调中线工程沿线2020~2023年地面沉降、每公里沉降差异等信息。同时,结合南水北调中线工程沿线地面沉... 为全面了解南水北调中线工程天津段地面沉降现状,收集了2020~2023年天津市水准、GNSS、InSAR数据,采用多源数据融合方法,获取了南水北调中线工程沿线2020~2023年地面沉降、每公里沉降差异等信息。同时,结合南水北调中线工程沿线地面沉降易发程度和2020~2023年天津市地下水水位变化资料,对南水北调中线工程沿线各渠段受地面沉降影响的危险性程度进行了科学评价。结果表明:南水北调中线工程沿线地面沉降情况整体稳定,部分渠段每公里地面沉降差异较大;地下水整体呈回升趋势,但部分渠段的部分含水组呈下降趋势。东丽区渠段受地面沉降影响危险性高,需要采取相应措施积极应对,武清区、北辰区东部和西青区西部渠段受地面沉降影响危险性较高,其他渠段受地面沉降影响危险性程度较小。 展开更多

关键词 地面沉降 多源数据融合 地下水 沉降易发程度 危险性评价 天津市 南水北调中线工程

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近场动力学理论在区域地面沉降建模中的应用研究 被引量：3

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作者 张可 宫辉力 +8 位作者 李小娟 朱琳 王彻 陈蓓蓓 和继军 郭琳 吕明苑 闫倩蒙 李江涛 《地球信息科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期49-62,共14页

地面沉降是由自然和人类活动共同作用导致的缓变性地质灾害,是区域可持续发展的重要影响因素。以往地面沉降在建模时需要地裂缝等不连续结构的位置、走向、深度等信息,在构建微分方程模拟时需假设模型连续,这对开展地面沉降-地裂缝-地... 地面沉降是由自然和人类活动共同作用导致的缓变性地质灾害,是区域可持续发展的重要影响因素。以往地面沉降在建模时需要地裂缝等不连续结构的位置、走向、深度等信息,在构建微分方程模拟时需假设模型连续,这对开展地面沉降-地裂缝-地面塌陷一体化模拟带来一定的局限性。于2000年出现的近场动力学理论提出以积分形式描述材料受力过程,方法具有无需先验知识与连续性假设的优点,在材料的疲劳、损伤、断裂等模拟研究中展现出良好的应用前景。本文综述了其在岩石水力压裂、滑坡、饱水岩土材料等领域的研究进展;提出了应用近场动力学进行区域地面沉降建模求解的一般方法;结合InSAR技术获取的沉降信息、三维地震频谱谐振勘探技术获取的地下结构与密度信息等,提出了模型的反演调参与优化方法。以北京东部梨园-台湖镇-张家湾镇区域为实验区,建立了其4 km×6 km范围、0.2 km深度的近场动力学地面沉降模型,以实验区地下水位月均下降速率为边界条件,对2007—2010年地面沉降过程进行模拟。模拟结果与实测值的平均绝对误差为18 mm,表明近场动力学在地面沉降建模中有较好的适用性。 展开更多

关键词 近场动力学 地面沉降 地裂缝 积分建模 INSAR技术 三维地震频谱谐振勘探技术

原文传递

廊坊地面沉降区黏性土渗透系数计算

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作者 齐剑峰 李晨 +2 位作者 吴锋波 郭海朋 王云龙 《成都理工大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1070-1080,共11页

黏性土层属于地下含水层系统的弱透水层,具有阻滞水流和溶质迁移的作用,如何获得弱透水层的水力参数逐步成为研究热点。黏性土渗透系数是地下水渗流过程、固结计算的重要水力参数。通过钻孔取样和土工试验,获得廊坊沉降区埋深75 m以浅... 黏性土层属于地下含水层系统的弱透水层,具有阻滞水流和溶质迁移的作用,如何获得弱透水层的水力参数逐步成为研究热点。黏性土渗透系数是地下水渗流过程、固结计算的重要水力参数。通过钻孔取样和土工试验,获得廊坊沉降区埋深75 m以浅的52组黏性土样的土工测试数据,测试数据表明:该区埋深75 m以内黏性土渗透系数变化范围为(0.0015~0.3500)×10-6 cm/s,对黏粒质量分数的变化更敏感,随着黏粒质量分数增大,渗透系数呈减小趋势。结合对黏性土物质组成结构的分析,利用土的物理指标推导了有效孔隙比的计算公式,进而对柯森-卡门渗透系数计算公式进行了修正。计算效果表明:K预测/K实测的值控制在0.25~8.25之间,并与该区其他位置黏性土的实测数据和以往推荐公式的计算结果进行对比,验证了计算公式的可靠性。提出的计算公式和方法,可供其他地区参考。 展开更多

关键词 渗透系数 黏性土 有效孔隙比 廊坊沉降区 经验公式

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2010—2020年黄河下游河南典型灌区浅层地下水中砷和氟的演化 特征 及变化机制 被引量：18

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作者 任宇 曹文庚 +3 位作者 潘登 王帅 李泽岩 李谨丞 《岩矿测试》 CSCD 北大核心 2021年第6期846-859,共14页

黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本... 黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本文基于2010年和2020年在灌区范围内采集的327组浅层地下水样品,研究区内地下水砷和氟分布情况,并在此基础上对比研究十年间灌区浅层地下水中砷、氟的演化特征,探索分析砷与氟浓度及空间变化机制。研究结果表明:该地区浅层地下水中存在砷与氟超标问题,2020年浅层地下水中高砷(砷浓度大于10μg/L)和高氟(氟浓度大于1mg/L)的样品数量分别占总数的26.1%和26.06%。高砷水分布在太行山前洼地与黄河冲积平原等泥沙互层结构的沉积环境中,还原性较强,同时地下水径流不畅,较强的阳离子交换作用使得其所处环境中Ca^(2+)浓度较高。近十年间砷浓度增加的水样占总数31.8%,砷浓度减少的水样占36.7%。砷浓度的增长(减少)是地下水还原性增强(减弱)使得锰氧化物溶解释放(吸附)导致。近十年间不同地区农业灌溉和水源置换等用水方式导致水位变化是引起砷浓度变化的潜在因素。高氟水主要分布在河南新乡与濮阳的黄河沿线,氟离子浓度受到沉积物中萤石等钙质矿物溶解影响,使得高氟地下水出现在低钙环境中。近十年间研究区中氟离子浓度减少的占总数60.2%,氟离子浓度增加的占32.1%,整体变化趋势向好,但是高氟区中氟离子浓度继续增加。氟浓度的变化同样受到Ca^(2+)变化影响,在Ca^(2+)浓度降低(升高)时氟浓度进一步升高(降低)。地下水中氟升高地区分布在黄河沿线,因此受到黄河水补给影响较大,地下水径流条件较好,阳离子交换作用减弱,使得Ca^(2+)浓度降低,此时地下水中砷浓度受到环境影响而降低,因此研究区氟增加地区中砷与氟的分布和演化呈现反向关系。 展开更多

关键词 黄河下游 浅层地下水 砷 氟 原子荧光光谱法 离子色谱法 水质演化

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内蒙古河套灌区浅层地下水化学特征和灌溉适宜性分析 被引量：20

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作者 李泽岩 曹文庚 +2 位作者 王卓然 李谨丞 任宇 《现代地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期418-426,共9页

随着黄河流域水资源供需矛盾加剧,我国特大型灌区——内蒙古河套灌区开始采用黄河水与地下水相结合的方式进行农业灌溉。本研究采集河套灌区内499组地下水样品和1组黄河水样品,在分析地下水和黄河水样品的水化学特征基础上,运用钠吸附比... 随着黄河流域水资源供需矛盾加剧,我国特大型灌区——内蒙古河套灌区开始采用黄河水与地下水相结合的方式进行农业灌溉。本研究采集河套灌区内499组地下水样品和1组黄河水样品,在分析地下水和黄河水样品的水化学特征基础上,运用钠吸附比(SAR)、渗透指数(PI)、钠含量(SC)和残余碳酸钠(RSC)以及《农田灌溉水质标准(GB 5084—2021)》对地下水和黄河水的灌溉适宜性进行对比分析。结果表明,地下水与黄河水均为弱碱性水,Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)为优势离子,Gibbs图显示地下水受到岩石风化淋溶和蒸发浓缩的双重影响,对灌溉适宜性影响较大的钠盐主要来自岩盐溶解。灌溉适宜性分析结果表明,从SAR、PI和RSC指标来看,地下水的灌溉适宜性较好,从SC指标来看,不适宜灌溉的地下水主要分布在灌区北部总排干和灌区南部黄河沿岸;根据农田灌溉水质标准分析,除总砷和氯化物两项指标外,其余指标适宜灌溉样品占比均高于90%,综合评价全区共231组地下水样品适宜灌溉。地下水与黄河水灌溉适宜性对比表明,黄河水的SAR和SC指标灌溉适宜性分析结果较好,地下水的PI和RSC指标灌溉适宜性分析结果较好,根据灌溉水质标准显示黄河水所有指标均适宜灌溉。本研究为日后内蒙古河套灌区合理选用灌溉水源提供数据支撑,为该区域地下水的治理与防控提供科学依据。 展开更多

关键词 河套灌区 灌溉适宜性 地下水 黄河水 水化学特征

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