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沧州地区地面沉降模型研究

佘文芳  
【摘要】: 地面沉降是指自然和人为作用下,由于地壳表层土体压缩而导致区域性地面标高降低的一种环境地质现象,它具有发展缓慢、持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大等特点。目前,国内外对地面沉降模型的研究,主要侧重于把水流模型和土力学模型进行耦合而得到水土模型的研究。 沧州位于河北省东南部,地处华北平原东部的黑龙港流域,属滨海平原,海河水系;是京津通往东部沿海地区的交通要道。随着沧州市工农业生产的高速发展,需水量急剧增加,地下水利用量已占全市总用水量的85%。由于超采深层地下水、开发矿泉水、地热水、油气等资源,引发了地面沉降,使沧州地区成为华北地区沉降速度最快、沉降面积最大的重灾区,给当地的经济建设和人民生活带来多方面的危害。因此,沧州地区地面沉降的研究和治理对城市建设和经济持续快速健康地发展具有重要意义。 沧州市和沧县的行政区域是沧州地区最主要的地面沉降区之一,通过对比该地区不同年份钻孔粘性土厚度资料,分析了地面沉降的影响因素,揭示了粘土层是地面沉降发生的物质基础,地下水的开采是地面沉降产生的外部动力。 在深入研究模拟区水文地质和工程地质条件的基础上建立了该区的水文地质概念模型,确立了模型的边界条件,建立了地下水开采—地面沉降数学模型。计算了地下水水流模型的各源汇项,利用三维有限差分数值模拟软件Processing Modflow及其携带的子程序包Interbed-storage Package对数学模型进行求解,通过反复调参和计算,较为精确地模拟了各含水层的水流情况和各粘土层的压缩情况,得到合理的水文地质参数。分析模拟结果得出沧州地区的地面沉降主要是因为过量开采深层承压水所致。 以2005年地下水开采量为基础,利用现有的地下水开采—地面沉降模型对模拟区2010年地面沉降在开采量不变和开采量逐年减少的情况下进行预测。通过预测结果可以看出,短时间减少开采量不仅不能够有效的控制地面沉降,反而加剧了沧州地区的用水矛盾,控制地面沉降是一个长期而复杂的工作。最后提出了回灌、调整开采层次等防治地面沉降的合理措施和建议。


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