地面沉降灾害风险评价研究进展与展望

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。

沧州地区土层固结特征与地面沉降临界水位研究

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。

华北平原典型地段地面沉降演化特征与机理研究

华北平原是世界上最大的地下水系统之一,地面沉降问题突出。由于沉积环境变化多样、地质条件差异性显著和人类开采活动强烈,使得该地区地面沉降成因机理复杂。本文采用卫星对地观测技术与传统手段相结合,监测地面沉降灾变过程,分析华北平原地面沉降发展历史和现状。结合应力-应变图解法及土工实验研究地面沉降差异性特征及滞后变形成因机理。取得了以下关键认识:(1)华北平原地面沉降空间分布差异性明显,沉降主要分布在平原区第四纪沉积凹陷,呈现东西分带、南北分段特点。地面沉降空间发展部分受到北东向和北西向构造控制。在沧县隆起区,地面沉降也比较发育,主要原因是沧县隆起在第四纪时期构造运动相对不活跃,沉积了较厚的第四系;存在与构造走向一致的3期古河道,该地区赋存丰富的地下水资源并被大量开采。(2)地面沉降发生发展与地下水开采历史密切相关,沉降主要压缩贡献层随地下水开采层位变化而变化。北京平原100 m以深地层对地面沉降贡献呈增加趋势。天津平原目前地面沉降的主要贡献层来自300 m以下地层。(3)气候干旱导致地下水补给量减少,同时增加了地下水的开采,因而是引起地面沉降的重要间接驱动因素。高层建筑荷载、基坑降排水、地热开采对地面沉降的影响应引起足够重视。(4)地面沉降具有很强的滞后性,最大滞后时间可达25年。除了渗透固结成因以外,土体蠕变是另外一个重要原因。更新世地层在不同荷载下,蠕变特征明显。沧县隆起晚更新世地层次固结可达到总变形28.3%。(5)土的物理性质、地下水位变化模式对土层变形特征具有重要影响。不同埋深地层在地下水位变化条件下的变形特征存在较大的差异(弹性、黏弹性、黏弹塑性)。浅部含水组呈现以弹性为主的变形特征。

含断裂地层中抽水致地裂缝扩展的数值模拟

基于Biot固结理论,以隆尧地裂缝的地层结构为原型,考虑了先期断裂带的物理力学性质与周围土体的差异,建立了应力场—渗流场耦合的三维数值模型,对抽水情况下地表裂缝的扩展过程和特征进行了分析。结果表明:地裂缝产生开裂和扩展,需要具备一定的水位降深条件,并存在极限开裂深度。在断裂的上盘一侧抽水时,垂直位错率先出现,随后开裂向上盘一侧水平扩展;在下盘一侧抽水时,开裂由地表向深部扩展并向下盘一侧水平扩展;当在两盘同时抽水时,开裂由地表向深部扩展的同时,从先期断裂的边缘向两侧扩展。抽水井距先期断裂的远近对地裂缝的水平扩展具有重要影响,存在最有利于地裂缝水平扩展的间距。

廊坊沉降区深层黏性土压缩指数相关性分析

深层黏性土的压缩指数对于地面沉降估算具有重要意义,目前通过固结试验获得压缩指数,其具有耗时长和超高压加载的缺点。在廊坊沉降区获取深层黏性土原状试样的基础上,通过土工试验获得物理力学指标,进而对物理指标与压缩指数的相关性进行分析,得到如下结论:(1)该区埋深100 m以下的黏性土物理力学指标的变异系数较小,说明数据的离散程度较小,能够进行统计分析;(2)通过回归分析建立了液限、天然含水率、天然孔隙比、塑性指数与压缩指数的线性关系,并能够预测压缩指数的最大值、中间值和最小值;(3)利用天然含水率、天然孔隙比预测压缩指数的频数服从正态分布,采用天然孔隙比预测压缩指数较为准确。

家蚕中肠特异表达基因BmMSEG的进化和功能研究

中肠是家蚕消化管的最主要部分,对家蚕生长、发育以及免疫等具有重要影响。先前基于转录组分析发现,BmMSEG(midgut-specific expressed gene)基因在家蚕中肠特异表达,但是其功能仍然未知。本研究应用qRT-PCR进一步证明BmMSEG在家蚕中肠特异表达。通过CRISPR/Cas9敲除BmMSEG基因,发现敲除个体的中肠出现损伤,并且在5龄幼虫期死亡。最后通过同源搜索和共线性分析,发现BmMSEG的直系同源基因广泛且特异性分布于鳞翅目昆虫基因组中。本研究结果不仅为进一步研究BmMSEG基因导致中肠损伤的作用机制提供了理论基础,而且深入研究可为鳞翅目害虫防控提供新的分子靶标。

华北平原地下水位驱动下的地面沉降现状与研究展望

华北平原年地面沉降量大于50 mm的严重区面积超过全国总量的80%,防治形势严峻,需要开展有针对性的研究,为有效防控地面沉降提供科学依据。华北平原建立了较完善的地面沉降监测网络,基本掌握了地面沉降现状及演化规律,但受华北平原含水层系统影响因素复杂与时空变化大等因素制约,对地下水位变化驱动下的土层变形特征及其机制研究迄今仍比较薄弱,限制了对地面沉降发展趋势的科学研判和预测预警。在总结国内外地面沉降研究进展、基于高时空分辨率监测数据分析华北平原地面沉降现状和发展趋势的基础上,提出了地下水位变化影响下的地面沉降研究方向。目前,华北平原地面沉降出现减缓态势,天津、沧州、衡水等重点城市主城区地面沉降得到有效控制,但华北平原尤其是河北平原地面沉降总体上仍然处于较快发展阶段,主要原因是农业灌区地下水开采得不到有效控制。未来华北平原地面沉降研究应聚焦地面沉降机理和预测预警、地下水位回升驱动下的土层变形规律及其对环境的影响、地面沉降区地下水资源属性及地热开发与地面沉降关系等方面。

温郁金的道地性研究

从本草史籍、栽培技术、采收及加工方法、化学成分研究以及质量标准和规格等级等方面论述了温郁金作为中药材的道地性。

华北平原地面沉降与深层地下水开采关系

由于地下水的长期超量开采,华北平原已成为世界上超采地下水最严重、地下水降落漏斗面积最大、地面沉降面积最大、沉降类型最复杂的地区。本文利用GIS空间分析方法,分别对整个华北平原和沧州市的深层地下水开采量和沉降量进行对比分析,发现到2010年为止,华北平原年均沉降体积为10.73亿m3,同期深层水年均开采量大约为24.5～26.75亿m3,因此,华北平原地面沉降体积占深层水开采量的40.1%～43.8%,间接表明了深层水开采量中含水层和弱透水土层压密释水量所占比例;沧州地区1970年-2008年年均沉降体积约为1.98亿m3,深层地下水年均开采量为3.44亿m3,该区的沉降体积占深层水开采量的57.6%,远大于华北平原的计算结果,这与沧州地区的岩性结构和补给条件有关。

气压对观测井水位的影响及校正方法

地下水监测能为有效管理地下水资源提供重要信息。大气压力对观测井水位有着重要影响,正确地分析这种影响可以有效判别地下水的流向,判断含水层的性质、识别井筒存储效应(well bore storage effects)和井薄壁效应(well skin effects),计算包气带中空气的扩散度等。随着现代化监测仪器的推广使用,高质量的监测数据为分析气压对观测井水位的影响提供了基础和保障。系统分析了不同类型含水层中井水位对大气压力的响应模式,并对校正气压对水位影响的方法进行了分析和讨论。最后,以北京平原区两口监测井为例,运用多元回归反卷积方法分析了气压对井水位的影响,并对井水位进行校正。结果表明该方法能有效地分析和校正观测井水位中的气压影响。

基于FLAC^(3D)的北京高丽营地裂缝模拟

北京高丽营地裂缝造成了房屋墙体和道路破坏,严重影响城市规划建设。已有研究成果表明高丽营地裂缝是复合型地裂缝,主要成因是断裂蠕滑变形与地下水下降引起的地面差异沉降共同作用的结果。据此,采用FLAC3D软件对高丽营地裂缝进行了研究,模拟了8种状况下地裂缝带的发展趋势,最终确定了地裂缝安全避让带宽度为90m,与地表调查确定的100m避让带宽度相一致。研究结果说明在地裂缝模拟中应用FLAC3D技术是可行的,对今后北京地区地裂缝预测工作具有指导意义。

线性回归模型在北京平原地面沉降预测中的应用

北京平原的地面沉降日趋严重,地面沉降问题已经成为北京平原区最主要的地质灾害。本文在一系列地下水开采量、地下水水位和地面沉降量实测数据的基础上,运用Excel软件建立了地下水开采量与沉降量、地下水位与沉降量之间的线性回归方程。基于地面沉降量和地下水开采量或地下水位之间的回归方程对地面沉降量进行预测,并对预测值的可靠程度进行了验证。本文利用所建立的线性回归模型对地面沉降量进行预测,可以为地面沉降的控制提供依据。

连续干旱对北京平原区地下水的影响

北京水资源主要由地表水和地下水资源组成,其中地下水供水量约占水资源开发利用总量的三分之二,显而易见地下水资源在北京城市可持续发展中起着尤其重要的作用。北京地区经历了1999—2011年连续12年的干旱。干旱对地下水资源有直接的影响,即减少了自然补给。同时,干旱增加了应急供水需求,导致了地下水开采量增加。分析了北京平原地下水资源及变化特征,应用标准化降水指数分析了近50年北京平原的干旱时间分布特征,建立并运用非稳定地下水模型分析了干旱对地下水资源储量消耗的直接和间接影响。研究显示干旱加速了地下水资源储量消耗和地下水位下降,在潮白河和永定河冲洪积扇尤其明显。为实现地下水可持续开发利用,必须采取措施控制地下水开采,增加地下水补给。针对北京市干旱发生状况和发展趋势,提出了应对干旱的管理措施。

中国地面沉降防治成效与对策建议

地面沉降是一种几乎不可逆的缓变性地质灾害,已对多个国家和地区产生严重影响。我国主要地面沉降区分布在华北平原、长江三角洲、汾渭盆地和淮北平原等,主要诱因是过量开采第四系承压水。因此,第四系承压含水层超采治理是区域地面沉降防治的关键。近年来,我国地下水超采治理取得明显成效,地面沉降防治成效初显,长江三角洲地面沉降得到有效遏制,汾渭盆地快速发展态势得到初步遏制,但华北平原防治形势依然严峻,淮北平原仍有加速趋势。此外,沉降区深层地热开采、城市建设基坑降水等因素影响或表层软土体自然固结所致的地面沉降应引起重视。为此,从技术、经济、法律等方面提出了针对性的地面沉降防治对策建议。

数据字典驱动的地质数据采集系统设计与开发

地质环境信息化中,地质数据采集入库系统需良好的可扩展性和复用性。设计开发一种由数据字典定制和驱动的地质数据采集系统,采用数据字典序列化与反序列化,解决系统录入界面的自动生成和数据库查询功能的动态实现等关键技术问题,并在汾渭盆地和华北平原等地区的实际应用中得到验证。数据字典驱动的地质数据采集系统开发周期短,易于维护,具有良好的可扩展性和通用性。

断裂错动与水作用下的地层位移及应力变化

[目的]在断裂活动和地下水位变化条件下,对地裂缝上下盘地层的沉降位移与应力变化进行分析,为深入研究地裂缝的形成机理提供参考。[方法]以北京市高丽营地区地裂缝为研究背景原型,基于其活动特征,分析了该地裂缝的发育与断裂构造及地下水水位变化之间的关系,并运用数值模拟方法分别研究了两种诱因作用下模型地层的沉降位移及土体内部应力的变化规律。[结果]断裂错动作用下,地裂缝上盘土层的沉降变形响应程度大于下盘,地表竖向位移变化曲线近似呈反"S"形态,且上盘应力降低区的范围大于下盘应力增强区的范围;地层沉降量随地下水位的下降而不断增加,其土体应力变化曲线呈"中心对称"。[结论]断裂两侧附近的土体沉降位移和应力变化的差异较明显,且差异沉降与水位降深呈正相关,地下水位下降易诱发地裂缝的影响范围是上盘45m和下盘35m,研究成果可为地裂缝灾害地区的防灾减灾提供科学的理论依据。

沧州典型地面沉降区土体压缩与固结特征研究

近年沧州市地面沉降主要发展于其市区地下水位降落漏斗中心及邻近郊县的水位漏斗区域。本文以沧州市区钻孔土样为研究对象,通过常规物理测试及不同压力等级下的高压固结试验,分析了土样各物理指标之间的关系,颗粒结构与土体压缩的关系。对土体在不同深度和压力变化下的压缩变形、压缩系数及固结特征进行了研究,得出压缩系数和固结压力在双对数坐标下能呈现出很好的线性关系。对沧州地区以粘性土压缩变形引起的地面沉降研究提供数据支撑。

弱透水粘性土层的膜性能试验结果分析

为了验证咸水通过越流的形式透过弱透水层向淡水层运动时可能存在对盐类物质的过滤、阻滞现象,设计对原状粘性土进行高压渗滤试验的装置,对所取得的河北任丘南部五里铺100 m深度左右的原状粘性土进行膜性能试验。试验结果初步显示,在30~70 m水标的压力差驱使下,透水的粘性土层具有对盐类物质的过滤作用10 cm土柱滤盐达20%~25%,对土样的,含盐量透水性变化等有待进一步试验研究。

文明之源 井

无论是农业社会还是工业时代,无论是古代文明还是现在都市,文明总是逐水而居。世界对于文明形成认定的标准不一,有的以文字认定,有的分手工技术,有的以阶级分化为依据,还有的标准是城市的形成。城市,多在河谷、平原或海岸建成,原因还是人类对水的依赖。在古代,城市中人们使用最多的不是河水.而是井水。河边建城的根本原因是平原河滩地区地下水位较浅.打井会更容易获取水。所以,水是生命之源,井是文明之源。

竭泽而渔不可取——谈地下水过量开采引发的问题

如果从太空俯職我们的地球,那么你可以看到一片片蔚蓝色的水世界,七大陆地板块仿佛是漂浮在这蔚蓝色的水域之上,我们生存的家园就处于水的拥抱之中。水是生命之源,是人类和其他一切生物赖以生存与社会发展的重要物质基础,也是维系人类与自然和谐共存的重要纽带。