陕北靖边高铬地下水中硝酸根分布及来源

天然高铬地下水通常含有较高浓度的硝酸根,然而高铬地下水中硝酸根来源及其联系却并不清楚。本文以陕北黄土高原靖边西南地区的高铬地下水为研究对象,采集了不同深度的地下水和沉积物样品,并测试了地下水样品中的溶解Cr、主要阴阳离子、δ^(18)O、δD、δ^(18)O-NO_(3)、δ^(15)N-NO_(3)等以及沉积物的主要组分和可溶性组分。研究结果表明,研究区地下水的水化学组分主要受水文地质条件的影响。第四系黄土潜水水化学类型主要为HCO_(3)-Na型和HCO_(3)-Ca-Mg型;白垩系环河组、洛河组砂岩承压水水化学类型复杂,主要为HCO_(3)-SO_(4)-Cl-Na-Mg型、HCO_(3)-SO_(4)-Na-Mg型、SO_(4)-Cl-Na-Mg型,地下水处于偏碱性、氧化的环境,具有较高的可溶盐含量。潜水的水化学组分主要来自含水层中硅酸盐风化;承压水水化学组分主要来源于蒸发盐的溶解。垂向上,承压水中硝酸根的平均浓度高于潜水和地表水;地下水硝酸根浓度超标率在研究区从东北到西南呈现高-低-高的趋势;沉积物中可溶性硝酸根与地下水样品在深度上具有相似的变化规律,表明地下水硝酸根主要来源于沉积物。δ^(18)O-NO_(3)和δ^(15)N-NO_(3)结果表明,硝化反应是研究区氮素循环转化的主要过程。在偏碱性氧化性地下水环境中,受溶解氧、硝酸根和硝化反应等多种因素的共同作用,铬趋于从岩石中氧化溶解,迁移进入地下水中。

苏州—无锡—常州地区地面沉降及地裂缝防控研究

苏州—无锡—常州(苏锡常)地区曾是中国地面沉降灾害最严重的地区之一,从20世纪70年代开始发生地面沉降,随之因差异沉降诱发地裂缝灾害,21世纪以来沉降速率逐年趋缓,部分地区出现区域性的地面回弹,独特的地面沉降发展历程为全面解读地面沉降提供了理想的窗口。为揭示苏锡常地区地面沉降生命周期过程及其驱动机制,利用长时间序列、大区域尺度的三维渗流、应力、应变多场监测数据以及物理试验模型、数值模拟等技术对区域地面沉降与地裂缝宏观演变规律、成因机理进行综合分析。研究结果显示:苏锡常地区地面沉降经历了发生、快速发展、趋缓、滞后和反弹5个阶段;地面沉降与地下水开采密切相关,其地层变形主要来自于地下水开采导致的含水层和弱透水层的压密释水,主采含水砂层及相邻隔水层为沉降主要贡献层,并识别了地层压缩、回弹的时空演变特征及其对地面沉降的贡献;地裂缝是地面沉降发展到一定阶段后所产生的次生地质灾害,其空间展布及成灾时间与地下水水位、地面沉降、基岩起伏变化以及土层结构差异等因素密切相关,提出了驱动地裂缝演化的压—拉—剪—弹物理过程,识别出了地裂缝发生的触发机制和临界条件。同时建立了以地质钻孔全断面光纤监测为特色、多种技术方法融合的“天-空-地”立体化、地下水-地面沉降-地裂缝协同的监测体系,为地面沉降防控提供科学、详细的数据支撑;并创新区域-场地双尺度有限元耦合界面元法,成功实现了三维复杂地质环境条件下地层形变特征及地裂缝生成和扩展的力学机制模拟,为地面沉降、地裂缝易发区精准圈定与防控提供了解决路径;通过总结基于技术创新支撑政府实施的地下水限采、禁采等地面沉降防控实践及其成效,为中国其他省/市地面沉降防控与地下水资源管理起到示范作用。

山东荆泉地区岩溶地面塌陷预警分区研究

以荆泉断块岩溶水系统为研究对象,通过建立地下水流模型和数学模型,旨在实现不同环境条件下岩溶塌陷预警分区,指导岩溶水资源开发利用。结果显示:在其它条件保持不变的情况下,随着降雨量的不断减小,研究区红色预警区面积不断增大,抽水井越密集的地方,越容易产生岩溶塌陷,岩溶水开采量的增加和降雨量的变化都是诱发岩溶塌陷的主要原因。建议以岩溶塌陷为约束条件,加强区内地下水开采优化控制与布局,在保证生产生活用水的前提下,降低岩溶塌陷发生概率。

坨128砂砾岩储层认识及调整对策

坨128砂砾岩储层具有平面、纵向差异大的特点,岩性复杂,注水见效差,开发难度大。主要对储层的非均质性、有效厚度、开发特征等三个方面进行了分析研究,确定了电性、物性、饱和度有效性下限,总结了四个注水开发特征,形成了配套调整技术对策,矿场实践取得了较好的开发效果。

基于GSFLOW的萨尔瓦多共和国某供水项目水资源预测评估研究

水资源作为重要的战略资源,是制约城市与经济发展的主要因素。科学地进行水资源评价,不仅是项目立项的关键,更是社会经济稳定发展的基础。本文基于中国援萨尔瓦多共和国某供水重点项目,在整理和分析现场收集及测试得到气象、地形、水文和地质等资料的基础上,构建和使用了地表水—地下水耦合模型,对研究区的地表水和地下水交互作用进行模拟,并运用已有的地下水观测数据对模型进行验证,预测未来场区内地下水的变化动态,为项目实施提供技术保障与决策依据。

长江经济带岩溶塌陷分布、成因及其对工程建设的影响

[研究目的]岩溶塌陷是长江经济带主要环境地质问题之一,开展长江经济带岩溶塌陷分布、成因及其对工程建设的影响研究,对长江经济带立体综合交通走廊建设和新型城镇化建设地质环境安全保障具有重要意义。[研究方法]本文系统梳理了长江经济带岩溶塌陷研究成果,从岩溶环境特征、岩溶塌陷的成因类型和机制、发育及分布规律、对工程建设的影响及防控措施几个方面进行论述。[研究结果]研究结果表明,长江经济带岩溶塌陷易发区面积约25.4万km^(2),有记录的岩溶塌陷灾害2146处,矿山疏干排水、抽水、工程施工等是这一地区岩溶塌陷的主要诱发因素。长江经济带岩溶塌陷具有以下发育分布规律:一是具有区域性和地带性的分布特征;二是发育地层一般为均匀状纯碳酸盐岩,沿断裂破碎带、褶皱轴部裂隙发育带、可溶岩与非可溶岩接触地带等岩溶洞隙密集发育带分布;三是多发生在岩溶地下水强径流带、河流两岸等地下水位变化幅度大、水动力条件易发生急剧变化的地段;四是多发生在人类工程活动强烈的地区,塌陷的规模取决于人类活动的性质和强度。为了降低岩溶塌陷对工程建设和安全运营影响,本文同时提出了相关建议和对策。[结论]长江经济带岩溶塌陷分布广、危害大,高易发区内线性工程、重要城市群等规划建设应对这一环境地质问题引起重视,该研究成果可为长江经济带国土空间规划、地质灾害防治提供基础支撑和理论依据。

瓯江流域下游温州平原地下水化学演化特征、控制因素及对人体健康的影响

【研究目的】滨海地带地下水化学演化特征及其控制因素研究对沿海城市地下水资源可持续利用具有重要意义。【研究方法】在野外调查取样和历史资料综合分析的基础上,运用水化学图解、离子比例关系、多元统计分析及环境同位素方法,系统分析了温州平原地下水化学演化特征,探讨了影响地下水化学演化的主要控制因素。【研究结果】(1)温州平原潜水以淡水为主,HCO_(3)^(-)、Na^(+)、Ca^(2+)占主导地位,承压水以微咸水和咸水为主,Cl^(-)、Na^(+)占绝对优势;(2)从山前到海积平原,研究区潜水由低矿化度的HCO3型水向较高矿化度的Cl型水转变,主要受天然水化学作用控制,人类活动使局部地区地下水化学出现异常;(3)十年尺度上,潜水主要组分含量存在一定程度下降,水化学类型向Cl^(-)比重减少、HCO_(3)^(-)比重增加的方向演化;(4)水岩相互作用、海水作用、氧化还原环境等自然因素和工农业生产、生活排污等人为因素是温州平原地下水化学演化的主要控制因素。【结论】地下水健康风险评价结果显示,区内地下水存在一定的潜在非致癌风险,潜水的非致癌风险小于承压水,饮水途径摄入是危害人体的主要途径,相同环境下儿童的非致癌风险高于成人。因此,有必要对存在健康风险的地下水进行长期监测,加强这类地区的地下水资源管理和污染防治。

典型喀斯特白云岩小流域土壤-表层岩溶带厚度空间异质性特征

土壤-表层岩溶带厚度是喀斯特地球关键带的关键指标,明确其空间异质性特征对于理解地球关键带结构演化机理以及评估水源涵养功能具有重要意义。在广西环江木连小流域1.4 km 2范围内,通过高密度电法(ERT)探测45条样线,共获取1731个样点的土壤-表层岩溶带厚度及环境因子数据资料,研究了土壤和表层岩溶带厚度的空间分布格局及其影响因素。结果表明,土壤和表层岩溶带厚度平均值分别为1.15 m和6.44 m,且分别呈现强变异程度和中等变异程度。地统计分析结果表明球状模型和指数模型分别可以反映土壤和表层岩溶带的空间结构特征。土壤厚度呈现中等空间自相关性,变程长,空间连续性好;而表层岩溶带呈现强烈的空间自相关性,变程短,空间依赖性强。土壤厚度受到环境因子(地形湿度指数、垂直曲率、曲率、坡向、坡度、高程、覆盖度、出露基岩率和植被归一化指数)的多重影响,而表层岩溶带厚度受部分环境因子影响的同时,与土壤厚度和植被类型的相关性更高。研究结果有助于喀斯特区土壤-表层岩溶带演化机理认识,并为土壤-表层岩溶带厚度的空间预测提供科学依据。

利用InSAR形变反演滑坡滑面运动特征——以汶川县布瓦村滑坡为例

当前滑坡滑面运动特征获取多采用接触式手段,费时费力、成本高昂,且仅能获取稀疏点位滑面运动状态。因此,本文提出一种非接触式滑坡滑面运动特征获取方法,其基本思路是:基于位错理论建立滑坡表面形变与滑面运动间的关系模型,同时引入滑面运动平滑约束条件,最终以InSAR等技术获取的地表形变为约束,反演获得滑面运动特征。本文选择四川省汶川县布瓦村滑坡作为研究对象,以时序InSAR技术获取的滑坡坡面升降轨形变数据为约束,基于发展的理论方法反演获得布瓦村滑坡滑面几何与运动学参数,并结合野外勘查、Lidar观测以及模型残差较好地验证了反演结果的可靠性,其中反演升降轨模型残差仅3.1 mm·a^(-1)和3.4 mm·a^(-1)。反演结果显示,布瓦村滑坡滑面位于坡表以下平均~15.0 m深度处,滑面整体以沿坡向运动为主,最大运动量级达~80 mm·a^(-1),同时在坡体西侧中下部发现微量的垂直坡向运动。本文提出方法可方便、快速的获取空间连续的滑坡滑面运动特征,为滑坡灾害预警和失稳风险评估提供更为直接可靠的科学参考。

基于层次分析法与频率比模型的采空塌陷危险性评价

采空塌陷危险性评价是编制地质灾害防治规划、开展地质灾害防治与监测预警工作的重要依据。本文采用层次分析法与频率比模型相结合构建了采空塌陷危险性评价模型(AHP-PF组合模型)。以沈阳市蒲河-清水矿区为例,考虑了地质条件、地表特征、开采条件等3方面影响因素,选取了第四纪覆盖类型、第四纪松散层厚度、地质构造复杂程度、可采煤层顶板强度指标、煤层倾角、地表沉陷速率、采深采厚比、采空区叠置层数等8个评价指标,利用AHP-PF组合模型计算各指标权重及频率比,最后进行采空塌陷危险性分区。评价结果表明,采空塌陷危险性高区主要集中在采深采厚比小、沉陷速率大及目前仍在开采的区域,该区域是地质灾害防治、搬迁避让的重点区域。

基于无人机倾斜摄影测量三维建模的区域黄土滑坡识别及特征分析

【研究目的】黄土滑坡是黄土地区人居与城镇建设安全的重大隐患。滑坡识别是滑坡灾害及其他研究工作的基础,因此基于无人机倾斜摄影测量三维建模从不同维度、不同视角直观快速地识别黄土滑坡并进行特征参数提取,能够为黄土滑坡风险识别及风险管理精细化研究提供技术支撑。【研究方法】以宁夏回族自治区固原市彭阳县红河镇西南部的黑牛沟村为研究区,采用无人机倾斜摄影测量数据获取、三维建模、现场验证结合地统计学分析,开展了区域黄土滑坡识别及其特征参数提取和分析。【研究结果】基于三维实景模型确定并分析研究区沟谷沿线地貌凹陷区是否存在陡壁及其周界形态,结合色调、纹理和微地貌等标志实现了黄土滑坡识别,共圈定了23个滑坡,结合现场验证移除2个非滑坡点,最终确定了21个滑坡;滑坡密集分布在主沟和支沟沟口,多呈对滑的形式出现在沟谷两侧且具有群发性;大型及特大型滑坡占比达到57.14%,滑坡的滑动方向主要以西南(阳坡)、东南(半阳坡)为主,相对高差集中在80~120 m,滑坡体坡形多呈凹形坡,滑坡体坡度主要集中在20°~30°;滑坡体土地利用类型主要为植被,其次为裸地,也有一部分为农田,道路和河流占比极少。【结论】基于无人机倾斜摄影测量构建的三维实景模型可从多维度、多视角精确快速地识别区域黄土滑坡,并分析其相关特征参数,能够弥补当前二维平面遥感影像存在的不足;还能够为滑坡易发性、危险性、易损性及风险评估等相关研究提供数据支撑。

泸定地震诱发灾害特征分析

2022年9月5日,四川省泸定县海螺沟景区发生6.8级地震,震中烈度Ⅸ度。相较于2008年汶川8级地震和2013年芦山7级地震,此次地震震级要小,但是地震区为山区,地质灾害发育,造成交通中断、118人死亡或失踪。为探究泸定地震损失情况,作者对泸定县和石棉县的主要地震影响区进行了为期5 d的考察。基于考察成果和区域地质资料,对地质灾害孕育、建筑结构震损和人员伤亡情况进行了分析,以期为灾后重建提供参考。主要结论如下:1)地质灾害的上盘效应不突出,灾害主要分布于烈度Ⅶ度及其以上地区,规模小,以崩塌或落石和浅层滑坡为主,偶见基岩平面滑动和土体圆弧形滑动。2)地质灾害形式受地质条件控制。泸定县得妥镇以上为干热河谷,山坡卸荷较强,风化程度低,主要灾害形式为落石;得妥镇以下降雨量相对较大,山坡卸荷、风化严重,主要灾害形式为浅层滑坡。3)地质灾害主要出现在山脊、陡缓坡交接部位、侵蚀沟槽两壁,以及公路沿线。工程扰动是地质灾害密集分布和人员伤亡的促发因素。4)建筑结构震损主要出现在Ⅸ度烈度区,以磨西镇的震损最为严重。农村自建房屋和老旧建筑施工质量是影响结构抗震能力的主要问题,灾后重建房屋选址需要考虑场地效应影响。5)在高山峡谷地区,公路边坡加固和建筑结构避开落石影响区是降低地震伤亡率的有效措施。

诱发台风暴雨型滑坡的降雨阈值研究——以泰顺县为例

在我国东南沿海地区,台风暴雨诱发了大量山体滑坡。建立诱发台风暴雨型滑坡的降雨阈值模型,可为该地区的滑坡预警提供参考依据。基于浙江省泰顺县2007—2022年以来发生的滑坡信息和日降雨量数据,进行了诱发滑坡的台风暴雨事件编目,初步揭示了台风暴雨型滑坡的发育规律和触发降雨特征,通过降雨强度(I)、降雨历时(D)的幂律关系构建了滑坡临界降雨阈值模型,并开展了不同台风降雨雨型的阈值模型对比。结果表明:台风暴雨型滑坡大量发生在与台风登陆方向接近的迎风坡,坡表植被多为乔木和竹林;诱发滑坡的台风降雨一般持续2~3 d,且降雨过程集中,降雨雨型以单峰型为主,总降雨量一般在200 mm以上;台风暴雨诱发滑坡的降雨阈值显著高于一般性的降雨,这种差异与台风降雨模式及大尺度气候环境有关;雨型也会显著影响降雨阈值,随着降雨峰值的后移,阈值逐渐降低,表明台风暴雨型滑坡对长时间降雨后出现的强降雨事件更加敏感。通过降雨阈值模型对9次台风降雨事件是否诱发滑坡进行了预测,预测结果与实际情况比较吻合,证明该模型及研究思路对台汛期东南沿海的滑坡监测预警有较强的参考价值。

地下水资源与健康

地下水是地质环境系统的重要组成部分,它赋存于地面以下的岩石孔隙中,具有很强的隐蔽性,我们看不见,也摸不着。但地下水却是重要饮用水水源和战略资源,影响着我们生活的方方面面,我们甚至每天都在使用它,它的质量与人民群众身体健康密切相关。地下水有哪些类型?地下水是贮存于地表以下岩土层中水的总称。广义的地下水是指地面以下土壤和岩石空隙中的水,具有水质好、分布广、便于开采等特征。狭义地下水指土壤、隔水层和含水层中的重力水。

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。

云南省地质灾害气象风险预警技术改进及应用检验

利用2014—2022年云南省地质灾害数据和气象降水资料,开展有效降水量致灾概率研究,并结合地质灾害易发因子,分区建立了新一代精细化地质灾害气象风险预警模型,并对模型性能开展了应用检验。结果表明:新建的地质灾害气象风险预警模型提高了预警产品的时空分辨率和准确率,应用效果良好。模型能提前较好地反映出区域性强降水过程背景下的气象风险预警等级;对较难预报的局地强降水,也可以通过实时更新的监测预警产品给出风险加强的趋势,提前发出地质灾害气象风险预警信息;能直接客观反映出极端强降水背景下的气象风险高级别预警,起到较好的预警提示作用。

考虑采动效应的闭坑矿井水硫酸盐污染规律

高硫煤矿闭坑后成为埋藏在地表以下深部的产酸污染场,对相邻含水层和周边环境造成了潜在危害,且因采动效应影响和矿井空间分布复杂导致相邻含水层的污染过程与污染程度评价困难。以某闭坑矿区为研究对象,选取SO_(4)^(2-)作为特征污染物,考虑多煤层采动裂隙对含水层结构的破坏影响,运用数值模拟技术对闭坑矿区酸性矿井水中SO_(4)^(2-)污染迁移特征进行研究,并分析流体扩散系数对含水层污染物运移的影响。结果表明:SO_(4)^(2-)在二叠系童子岩组砂岩含水层中水平迁移面积随时间增大而增大,增大速率逐渐减小,垂向渗透系数扩大10倍,空间变异性增强;闭坑5、10、15a后,最大水平迁移距离分别为215、414、612m,最大垂向迁移距离分别达到50、65、70m;而扩散系数越大,产酸时间越长,SO_(4)^(2-)迁移距离和污染范围将随之增大,相较于水平方向,垂向上SO_(4)^(2-)浓度变化对扩散系数的敏感度更高。基于模拟结果,结合闭坑矿区实际条件,针对性提出了“源头减量-过程阻断-末端治理”的综合防控与治理方案。研究结果将为该闭坑煤矿酸性矿井水污染治理与防控提供理论基础,也为其他同类矿井提供科学借鉴。

锦州市规划区地质环境安全评价研究

地质环境问题是影响城市国土空间安全开发利用的重要因素,在城市规划开发阶段开展地质环境综合评价可有效控制地质灾害风险。锦州市规划区尚处于开发前期,本文基于该规划区的地质条件和开发需求,构建了地质环境安全评价指标和评价方法体系,基于主导因素综合法开展了地质环境安全综合评价。根据评价结果,锦州市规划区地质环境安全程度可划分为3级,空间分布上以相对安全区为主,其次为次不安全区和安全区。按照空间位置和区域构造稳定性、地质灾害易发性等不同成因划分为23个亚区,并指出了每个亚区安全程度主要影响因素。该评价结果反映了锦州市规划区的地质环境安全程度,确定了影响地质环境安全问题的关键因素,有助于规避该区国土空间规划开发可能面临的地质灾害风险。

基于过程降雨的红层丘陵低山区滑坡灾害气象预警阈值研究

[目的]研究不同历时降雨强度与区域滑坡灾害的关系,并对滑坡灾害的气象预警阈值进行研究,为地方管理部门地质灾害预警提供科学依据。[方法]收集了2013—2021年研究区348个雨量站的逐小时降雨数据和231处近10 a已发生灾情、险情滑坡事件的时间及位置,基于平均降雨强度(I)—降雨历时(D)模型,分地貌单元,提出了不同降雨历时的临界降雨预警阈值和分级预警阈值。[结果]研究区丘陵地貌区不同前期降雨条件下1,3,6,12,24和48 h平均雨强的红色预警阈值依次为29.774,18.579,14.416,11.186,8.679和6.734 mm;低山地貌区不同前期降雨条件下1,3,6,12,24和48 h平均雨强的红色预警阈值依次为28.849,15.542,10.520,7.121,4.820和3.263 mm。[结论]在24 h前期降雨条件下,低山区对降雨的敏感性明显比丘陵区高,具体表现为低山区1,3,6,12和24 h的临界预警阈值明显比丘陵区更低,但随着降雨历时进一步延长,低山区和丘陵区域临界预警阈值趋于相近。

碳酸盐岩裂隙溶蚀扩展试验与模拟研究

研究表明碳酸盐岩的溶蚀过程可用溶解速率方程进行表征,但表征的形式存在较大差别,主要体现在远离平衡的欠饱和态下。为进一步确定碳酸盐岩在欠饱和态下的溶解特征及溶蚀速率的表征形式,首先开展了碳酸盐岩裂隙溶蚀试验研究,探讨了CO_(2)及溶液初始Ca^(2+)浓度对溶蚀过程的影响,并基于试验结果构建了欠饱和态下的溶解速率方程;而后采用碳酸盐岩裂隙渗流-溶解耦合模型,通过数值模拟对量化模型的参数进行率定和检验。结果表明:(1)CO_(2)的参与加快了碳酸盐岩的溶蚀扩展,溶液初始Ca^(2+)浓度越高,对碳酸盐岩的溶解抑制程度就越高;(2)CO_(2)作用下碳酸盐岩裂隙溶蚀扩展的平均溶蚀速率增加了1.82~2.29倍;(3)溶液不同初始Ca^(2+)浓度在同等区间流量条件下,蒸馏水为溶蚀溶液的样品中Ca^(2+)浓度差值下降了0.0915mmol/L,溶液初始Ca^(2+)浓度为0.352,0.476,0.581mmol/L的溶蚀溶液中,Ca^(2+)浓度差值分别下降了0.0742,0.0536,0.0474mmol/L;(4)在高度欠饱和状态下溶解动力学由线性速率定律控制,随着溶液中Ca^(2+)浓度的升高,溶解动力学将变为非线性关系,此时Ca^(2+)浓度为0.4倍的平衡时Ca^(2+)浓度。研究结果可为定量评价岩溶发育演化提供数据支撑。