三江平原建三江地下水位下降区地面形变监测、评估与预测.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月地 质 通 报 .收稿日期:修订日期:资助项目:河北省水资源可持续利用与产业结构化协同创新中心开放基金(编号:)、中国地质调查局项目三江平原水文地质调查(编号:)和三江平原水文地质与水资源调查监测(编号:)作者简介:张梦南()女硕士高级工程师从事水文地质调查与研究:.通信作者:刘伟坡()男硕士高级工程师从事水文地质调查与研究:.:./.三江平原建三江地下水位下降区地面形变监测、评估与预测张梦南程旭学李志红刘伟坡崔虎群魏世博刘伟朋刘江涛李永利陈卓 .中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北 保定.中国地质调查局地下水勘查与开发工程技术研究中心河北 保定.河北地质大学河北省
2、水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心河北 石家庄.黑龙江省水文地质工程地质勘察院黑龙江 哈尔滨.摘要:三江平原地下水开采量随着水稻种植规模快速扩张而大幅增加 年水位相对 年下降 是否因此引发地面形变甚至地面沉降成为社会关注的问题 采用二等水准测量方法和比拟法分析研究了三江平原建三江垦区地下水位降落漏斗地面形变现状与发展趋势及危险性 研究表明研究区 个二等水准测量点 年连续 期测量数据对比发现地表垂向形变量整体较小(最大.平均变化速率./)预测到 年地下水位降落漏斗中心水位埋深由 年的.降至 左右考虑到研究区“上粘下砂”的二元岩性结构地下水位下降疏干的地层位于浅上部且厚度有限地面沉降量仍较
3、小地质灾害发育程度弱、危险性小 本研究不仅回应了社会关切也为进一步开展相关研究奠定了基础关键词:三江平原建三江地区地面形变水文地质调查工程民生地质中图分类号:文献标志码:文章编号:()./.过量开采地下水致使地下水水位下降使得地下松散层固结压缩导致一定范围内地表高程降低(郭海朋等)即为地下水开采型地面沉降其危害包括沉降区积水、地面建筑开裂破坏、地下管道受损、路基下沉、滨海地区抵御风暴潮能力降低等(秦同春等)在世界许多国家和地区已产生严重影响(狄胜同等)中国以华北平原、汾渭盆地和长江三角洲尤为典型 华北中东部平原深层漏斗范围 年是 年面积的.倍累计地面沉降量大于 的面积呈逐年增大趋势(李文鹏等)
4、对地面沉降进行监测是调整地下水水位、精准施策、支撑防治的重要手段华北平原通过基岩标、分层标及开采井地下水水位监测(狄胜同等李慧代鹏等刘贺等)发现随着地下水水位的下降不同埋深的地层层位对地面沉降总量的贡献不同压缩量集中在区域地下水主要开采层位或相邻弱透水层郭海朋等()应用分层标和地下水动态监测数据分析了华北平原不同层位地面沉降贡献率盛登宝等()利用流固耦合模型模拟了地下水开采与地面沉降的时空效应变化提出了有效避免地面沉降的单日最大地下水开采量杨丽萍等()利用地下水开采量、地下水动态、地面沉降量等监测数据模拟了不同地下水开采方案下地面沉降量的发展趋势田芳等()发现累计地面沉降量大于 的区域主要分布
5、在冲洪积扇顶部细颗粒多层结构区粗颗粒单层结构含水层地下水水位下降并未出现明显的地面沉降三江平原是中国重要的商品粮生产基地随着农业灌溉对地下水需求的快速增加自 世纪 年代以来地下水水位呈持续下降态势 三江平原是否会成为第二个地下水资源与环境问题严重的华北平原一时引发社会各界高度关注地下水超采是否引发地面沉降也是亟待回答的问题 而该区专业监测工作未曾系统开展相关研究仅限于地下水水位与地面沉降相关性的模型预测(赵子龙)难以及时定量准确回应社会关切 因此 年在三江平原水文地质调查中首次实施了全域地下水水位高精度统一观测并在确定的水位下降区建三江地区开展二等地面水准测量同步观测(盛登宝等刘伟朋等)本文对
6、地表形变及其特征进行了分析、评估和预测以期为预防地面沉降提供参考 研究区地质背景三江平原位于中国黑龙江省东北部 研究区为小三江平原区面积.区内地表水系发育西部、南部为山北界、东界为江总体地势平缓由西向东逐渐降低 受古地理沉积环境影响同江富锦宝清以西地表岩性为砂性土厚 透水性好地下水对大气降水和地表水补给响应敏感以东为粘土厚度 连续分布透水性差不利于大气降水和地表水入渗补给地下水以侧向径流补给为主 第四系上更新统、中更新统、下更新统孔隙含水层成层叠加无区域性隔水层从而形成统一的大厚度含水系统(图)区域含水层以砂砾石为主厚度一般为 最大 单井涌水量超过 /东部建三江前进坳陷区第四系厚度为 地层岩性
7、以冲洪积砂砾石为主单井涌水量大于 /受佳木斯隆起和富锦隆起构造影响同江富锦友谊宝清一带含水层厚度逐渐变薄第四系厚度均小于 单井涌水量 /萝北佳木斯别拉洪河一线以南至山前地区受基底控制含水层变薄一般为 单井涌水量/含水层下伏广泛分布的古近系新近系泥岩或基底完整基岩构成相对隔水边界 世纪 年代该区地下水流场基本处于天然状态地下水自南西流向北东最终通过黑龙江、乌苏里江干流及河谷潜流流出盆地 自 年三地 质 通 报 年图 三江平原第四系含水层结构空间分布图.江平原实施“以稻治涝以稻富民”政策以来水稻种植规模不断扩张地下水开采量持续增加在东部建三江这一水稻集中种植区形成地下水降落漏斗较 世纪 年代地下水
8、埋深累计下降 地下水最大埋深增至.(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心)资料来源与研究方法根据三江平原地下水统测结果较 年水位下降 的范围划定为漏斗区 年漏斗范围由 增大至 呈现向北东方向扩展的趋势 为精准掌握漏斗区地表形变量科学研判漏斗区是否引起地面沉降沿漏斗形态主方向选取地下水水位降幅最大的地区布设“”字形水准测量剖面(图)定量分析漏斗变化对地表形变量的影响 测量仪器选用徕卡公司 型电子水准仪采用二等水准测量方法对监测点进行沉降监测点距 剖面长度 监测频率为 次/监测周期 即 年在测区内选取建三江前进火车站站前广场中心花园内通讯塔底部稳固螺丝作为固定基点点号为 采用黑龙江省卫星定位连续
9、运行综合服务系统()对固定基点 进行数据采集获得大地高程利用区内黑龙江省地下水监测站点土建工程 标段()监测井项目成果对所测数据进行高程拟合解算出固定基点 高程 将 引测至测区监测点 及 上并进行往返测量形成闭合水准路线计算出的闭合水准闭合差(.)、每千米水准测量全中误差(.)分别小于国家一、二等水准测量规范(/)限差.和.满足二等水准精度要求对获取的地面高程数据结合历史和同期地下水流场变化从时间和空间上分析了 年地面形变及其特征并结合不同年份地下水流场变化采用水文地质条件分析与比拟法对影响地面形变的因素进行系统分析并进行了地面形变预测和危险性评估 结果与讨论.地面形变监测结果 年水准测量高程
10、结果表明(表)地面高程累计变化量为.平均变化量.年平均变化量.三期(年相对 年)和二期(年相对 年)变化量对比 个点中 个点下沉变形量增大、个点下沉变形量减小、个点抬升.地面形变特征分析从空间上看与地下水水位等值线平行或小角度相交的北东方向纵剖面除个别点抬升(为.、为.)外沉降量为.一般小于 而与地下水水位等值线垂直相交的近东西方向横剖面地面形变量为.第 卷 第 期张梦南等:三江平原建三江地下水位下降区地面形变监测、评估与预测图 沉降监测点与地下水等水位线空间关系(年 月).表 年 个观测点地面形变 点号变化量/二期三期累计点号变化量/二期三期累计点号变化量/二期三期累计.平均.注:“”表示上
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