降水和地下水开采对通辽市科尔沁区潜水位的影响

变化环境下(气候变化和人类活动)潜水位动态演化过程识别是当前我国乃至全球水资源领域面临的主要科学问题。为了分析多影响因素下的潜水位时空动态变化,以降水和地下水开采为例,基于通辽市科尔沁区2016年1月—2019年12月实测地下水位动态数据,采用Mann-Kendall(MK)趋势检验和栅格代数法分析了区域潜水位的时空变化规律,并利用交叉小波分析、斯皮尔曼相关系数和多元线性回归法进一步量化分析了不同区域降水和地下水开采对潜水位的影响。结果表明:研究时段内科尔沁区潜水位总体呈下降趋势,年均降幅为0.36 m,中部和西部地区潜水位下降较为严重;根据潜水位差值空间分布特征,将研究区划分为潜水位基本平衡区、下降区和严重下降区,其分别占研究区总面积的9.88%、49.65%和40.47%;基本平衡区的潜水位受降水因素影响显著,受地下水开采变化影响极小,下降区和严重下降区潜水位受地下水开采的影响相较于降水影响更大。

基于工业摄影测量的地下水开采地面沉降试验研究

地下水过度开采是导致地面沉降的主要原因,模拟试验是研究地面沉降机理的重要手段。为快速准确监测开采条件下土体形变瞬时变化过程,自主研发了一套基于工业摄影测量技术和具有地下水补给、开采、数据监测采集等功能的地面沉降物理模拟试验系统,通过试验研究了开采条件下土体变形过程和特征。试验结果表明:在定水头边界条件下,抽水过程中各土层沉降量随距抽水井的距离增大而明显减小;在变水头边界条件下,当停止抽水后,各土层沉降量仍在不断增加,土层沉降的滞后效应明显。MPS标志点与沉降标尺观测的沉降量接近,在变水头边界条件下,沉降变化趋势基本一致,表明工业测量可用于土体变形测量,测量数据能反映在地下水位波动条件下土体变形的瞬时变化过程,具有较高的灵敏度。

岩溶地面塌陷与地下水开采的关联性分析

岩溶地面塌陷问题是当前国内外的一个重大地质灾害问题,对人类生活和环境造成了极大影响。本研究针对岩溶地面塌陷与地下水开采的关联性进行了深入分析和探索。通过采用地质学与地下水文学研究方法,对多个岩溶地区的地下水开采与地面塌陷事件进行研究,发现地下水过度开采是引起岩溶地区地表塌陷的主要原因之一。为了验证这一假设,我们运用统计学方法进行了大量数据的分析和计算,结果表明,地下水开采与地表塌陷呈显著正相关,即地下水开采越盛行,地面塌陷的可能性越大。研究发现,这是因为过度开采地下水使得岩溶区的覆盖层与地下可溶岩地层中的岩溶管道之间的水力联系频繁,加剧了地面塌陷形成的过程。本研究结果揭示了岩溶地面塌陷与地下水开采之间的密切关联,为制定和实施相关干预措施提供了有力的科学依据,有助于防止和减少因过度开采地下水而导致塌陷地质灾害的发生。

关中东部大型灌区地表水灌溉与地下水开采利用存在问题对策研究

粮食安全,根本在耕地,命脉在水利。灌区发展对保障国家粮食安全尤为重要,大中型灌区是粮食生产的主战场。针对关中东部大型灌区-洛惠渠灌区地表水灌溉与地下水开采利用中存在的问题展开研究,探索“以渠养井、以井补渠”的水资源综合利用途径,保障地下水采补平衡,促进水资源可持续利用,对于粮食生产和农业发展具有重要意义。

基于“虚拟仿真实验”的课程思政探索与实践——以“地下水开采优化设计”为例

为了积极响应国家课程思政建设的号召,推进现代信息技术在课程思政教学中的应用,落实“立德树人”的任务,本文将借助虚拟仿真技术开展“地下水开采优化设计”的实验并进行课程思政探索.文章分析了“地下水开采优化”虚拟仿真实验开展课程思政的必要性,围绕数据收集、地下水开采优化、环境地质灾害认知与防控等实验内容,进行科学精神、生态文明理念等思政元素的挖掘与融合,以提升学生思政素养,实现“三位一体”的育人目标.

2000—2020年中国地下水开采时空演变特征

采用Mann-Kendall趋势检验法、重心模型和标准差椭圆法研究了2000—2020年我国地下水开采时间变化特征、空间分布特征和重心迁移过程。结果表明:2000—2020年我国地下水开采量呈现波动性减少趋势,年均递减率为0.83%;华北地区在严格的地下水开采管理、地下水超采综合治理和南水北调工程共同作用下,地下水开采量得以压减,东北地区和西北地区由于黑龙江、新疆农业经济发展,地下水开采量明显增加;我国地下水开采重心主要分布在河北、山西和内蒙古交界处,有向西北方向偏移的趋势,地下水开采空间分布格局由东北—西南方向逐渐偏转为东—西方向,方向性趋势也更为明显。

建筑荷载与地下水开采耦合作用对地面沉降的影响

以南通市海门区地面沉降历史为研究背景,从比奥固结理论出发,分析地面荷载及地下水渗流场对土体变形的影响.采用现场监测的方式对海门区地下水位、高层建筑物荷载和地面沉降进行监测,研究高层建筑荷载、地下水开采以及二者耦合作用对土体变形的影响.通过建立地下水渗流、建筑荷载与土体变形的三维流固全耦合模型,对不同因素作用下地面沉降进行模拟.模拟结果显示:地下水开采引发的地面沉降对主开采层的影响最大,建筑荷载引发的沉降对地表附近土体影响较大;地下水开采和建筑荷载的耦合作用引发土体变形的情况中,地面上距离建筑物集中区较近处以建筑荷载作用为主,较远处以地下水开采作用为主.

南通市建筑荷载和地下水开采引发地面沉降模拟预测

为准确模拟南通市地面沉降的机理及分布规律,采用Biot固结理论,将土体的本构关系拓展至粘弹塑性,利用全耦合模型对参数的动态变化进行分析,建立南通市建筑荷载、地下水开采与地面沉降关系的三维数学模型。参照近年资料对模型进行识别验证后,模拟预测了2016年8月到2025年8月各含水层在建筑荷载、地下水开采及两种因素共同影响下压缩而引起的地面沉降发展趋势。研究结果表明:建筑荷载对潜水含水层和第Ⅰ粘性土弱含水层压缩量影响最大;地下水开采对各承压含水层压缩量影响最大;二者共同作用下对第Ⅰ承压含水层压缩量影响最大。建筑荷载和地下水开采共同作用产生的沉降量小于分别作用时产生沉降量的线性之和,分析认为是两种因素在沉降上的耦合效应所致。

对“用调整地下水开采层次方法控制地面沉降”的质疑

据不完全统计,至今我国已有90余个城市和地区相继发生不同程度的地面沉降,长江、黄河、珠江三角洲、华北平原、松辽平原及沿海许多地区,地面沉降正在发生和发展之中,尤其以上海为中心的长江三角洲及以天津为中心的华北平原,成为我国两片最大的沉降地区。地面沉降对这些地区社会和经济的可持续发展带来严重影响。几十年来,这些地区一直将“调整地下水开采层次”作为控制地面沉降措施之一。该文章认为“调整地下水开采层次”并非一种理想的控沉措施,不仅值得商榷,甚至为应该被否定的控沉措施。依据:①一般情况下,随深度增加,地层的压缩性会渐下;但是开采同量的地下水,其水位下降的速率及幅度深部含水组比浅部含水组要大的多,两者引起的沉降量不会有明显的差别;②从地下水开采资源组成与地面沉降关系分析,含水层深度越深,其中的压密释水量所占的比例也越大,造成的地面沉降也越严重;③地层的物理力学性质及固结状态,随深度的增加,也不完全是越来越好。

天津市滨海新区地下水开采与地面沉降优化控制数值模型

天津滨海新区地处京津和环渤海两大城市带的交汇点,逐渐成为北方经济开发开放中心,战略地位重要。由于区内广泛分布有巨厚的松散第四纪沉积层,地下水持续超采,滨海新区当前的地面沉降速率及累计地面沉降量均不容忽视。本文将建立滨海新区地下水-地面沉降土水数值模型,运用GMS软件,模拟南水北调工程天津段通水前后,滨海新区三种不同地下水压采方案下的地面沉降发展趋势,分析预测结果,确定最优化地下水开采方案,实现地面沉降的有效控制。

华北平原农田区地下水开采量对降水变化响应

通过区域农业开采量、区域平均年末浅层地下水位对区域年降水量变化的响应特征研究,结果表明:区域农业开采量与年降水量之间存在两极互逆效应,即在枯水年份,作物需耗水量和区域农业开采量增大;在丰水年份,作物需耗水量和区域农业开采量减小。上述规律,突现了在连续枯水年份地下水对农业安全保障的特殊作用。由此,提出了农业开采量的利用水平、合理性和节水潜力以及预测的新的评价方法。

灌溉农田节水增产对地下水开采量影响研究

据实际资料研究结果表明,近50年来滹沱河流域平原区粮食产量持续增加导致农业区地下水开采量不断增大,同时灌溉节水水平的不断提高有效地缓解了地下水开采量增加的速率。若按1953-1970年期间平均每公斤粮食生产耗用地下水开采量(3.11 m3/kg)推算,现状粮食生产规模下地下水开采量应为142.3亿m3/a,较实际开采量(24.4亿m3/a)多117.9亿m3/a,平均每5年递增11.74亿m3。以2001-2005年平均耗用地下水开采量(0.53 m3/kg)计算,粮食增产促使地下水开采量平均每5年递增2.45亿m3,平均每5年少递增9.45亿m3。因此,大力发展抗旱节水作物及高产节水技术,合理调控农业种植结构,对于缓解研究区地下水不断恶化态势具有实质性促进作用。

高层建筑物荷载与地下水开采叠加作用下的地面沉降特征

在地下水开采和高层建筑荷载叠加作用下,城市地面沉降分布愈加复杂。以天津塘沽地区为例,考虑到土体在固结沉降中的平衡条件、弹性本构条件、变形协调条件和水流连续条件,以比奥固结理论为基础,建立了高层建筑荷载和地下水开采叠加作用下三维地面沉降模型,采用有限元方法进行了数值计算。结果表明,高层建筑物的附加荷载作用在其建成后的3~4 a内将产生可观的地面沉降量;抽水和高层建筑荷载叠加作用下的地面沉降存在耦合效应,叠加作用下的地面沉降值小于可比条件下单独抽水和单独荷载作用下地面沉降值之和。

Visual Modflow在建立长春市地下水开采预警系统中的应用

采用VisualModflow对长春城区的地下水位、Cl-浓度进行模拟和预报,在此基础上,应用VisualModflow软件的系统化和可视化特点以及所拥有的强大模拟功能,建立长春城区地下水开采预警系统。研究结果表明:长春城区浅层水水位略有上升趋势,深层水漏斗中心水位呈下降趋势,个别超采漏斗出现预警水位;Cl-浓度变化的幅度很小,水位和Cl-浓度的幅度均在允许范围。

大武水源地岩溶地下水开采动态数值模拟分析

综合考虑大武水源地复杂的水文地质条件,运用三维数值模拟技术,采用断层带状剖分方法,在大武水源地建立了地下水流动的三维数值模型。模型采用任意多边形网格有限差分法求解,把断层带作为单独的水文地质参数分区参与模型运算,较好地刻画了断层的性质,模拟计算水位结果与观测水位资料拟合检验效果良好。为了保证大武水源地岩溶地下水能够合理的持续开发利用,在此模型基础上和在不考虑上游太河水库放水条件下,模拟计算得出了平水段和枯水段水源地地下水的允许最大可开采量分别为39.7万m3/d和26.2万m3/d。

江苏沿江开发带地下水开采与地面沉降三维数值模拟

根据江苏沿江开发带地下水系统的水文地质机制以及地面沉降机理,在概化出江苏沿江开发带的地下水系统水文地质概念模型和地面沉降模型的基础上,建立了江苏沿江开发带地下水开采与地面沉降三维数值模型。并针对各种开采方案下地面累积沉降量最少的原则,给出了各含水层的最优开采方案。

河北省平原区农田粮食增产与灌溉节水对地下水开采量的影响

河北平原是中国粮食和蔬菜的主要产区之一,也是以地下水作为主要供给水源的地区。近50年来粮食持续大幅增产,驱动区内地下水开采量不断增大。在这一过程中,农田灌溉节水有效地缓解了粮食增产对地下水开采量增加的速率,拓展了在有限的可利用地下水资源条件下粮食增产的发展空间。在1977年之前,每增产10000t小麦和玉米,多年平均地下水实际开采量增加0.14×108m3,1978年以来,每增产10000t小麦和玉米,多年平均实际开采量只增加0.04×108m3。因此,大力发展抗旱节水作物,合理调控农业种植结构,是缓解河北平原农田区地下水超采状况的重要途径。

雷州半岛防海水入侵最优地下水开采方案探讨

雷州半岛地表水资源缺乏 ,地下水资源较丰富 ,近年开采量剧增 ,局部已形成大面积降落漏斗 ,面临海水入侵的威胁。通过对研究区内地下水流的数值模拟 ,建立了一个以预防海水入侵为目的的地下水资源管理模型 ,并以管理区为单元给出了不同区域地下水资源的最优开采量。认为在防止海水入侵的前提下 ,区内地下水总体上尚有开采潜力 ,但要适当分散开采区域 ,滨岸地区基本维持现状 ,内陆可不同程度地增大开采量。

地下水开采-地面沉降模型研究

本文建立三维流动 -一维非线性固结地面沉降模型 ,在混合井流、降雨滞后补给、初始水头形成、人为边界刻画、水流 -固结耦合及软土层固结滞后于地下水开采层水头变化等方面有所改进。所建模型用于苏州市 ,模拟出若干地面沉降重要特征 ,地面沉降中心偏离地下水漏斗中心 ,地面沉降动态滞后于地下水的水头动态 。

山西太原盆地地裂缝与地下水开采、地面沉降关系分析

太原盆地是一个活动断裂多发、水资源缺乏的地区。长期以来,过量开采地下水资源已导致太原盆地内出现了多种环境地质问题,地面沉降即为典型的地下水超采伴生地质灾害。与此同时,地裂缝灾害也在盆地内迅速发育,严重影响着当地经济的发展。当地裂缝、地面沉降同时发生在某个区域内时,两者相互作用往往大大加重了灾害的程度。本文以详细的地裂缝野外调查资料和地下水观测资料为基础,全面分析了地裂缝和地下水开采、地面沉降在时间、空间、活动上的相互关系,并根据地裂缝的成因机制阐述了产生这种相互关系的内在根源。通过研究,本文认为太原盆地地裂缝的形成与发展与地下水超采在时空上有明显的正相关性,减少地下水开采可降低地裂缝的危害程度。