济宁市地下水超采区地面沉降预测研究

摘要

地面沉降是指在自然因素或人为因素作用下地面出现高程降低的现象。地面沉降是一种自然灾害,它的发生有一定的地质因素。但是,随着经济社会的发展,地面沉降范围越来越大,沉降速率越来越大。总体来看,在地面沉降的发展过程中,人为因素的贡献相对于自然因素更为突出,作用也更大。在地下水开采量较大的城市地区,地面沉降现象更加明显。
　　 随着经济社会的不断发展,济宁市对水资源的需求量日益增大,由于长期超量开采深层地下水,形成了区域性的深层地下水降落漏斗,并诱发了地面沉降,导致城市防洪能力下降,地裂缝,房屋开裂,城市管道破裂,地面道路变形等危害。目前,济宁市地面沉降已发展成为限制经济社会可持续发展的环境地质问题,亟待解决。
　　 在深入研究济宁市水文地质和工程地质条件的基础上建立了准三维地下水流—一维地面沉降耦合数值模型,对地下水水流模型的各源汇项进行分析,并利用Processing Modflow和其子程序包Interbed storage Package对耦合模型进行求解,通过反复调参和拟合,得到合理的水文地质参数,较为精确地模拟了济宁地区地面沉降情况。
　　 利用地面沉降数学模型分别预测了地下水开采条件不变和地下水开采量有所减缓两种情况下的2020年的地面沉降发展趋势。预测结果表明:
　　 ①在2005年地下水开采水平下持续到2020年,预测2020年地面沉降情况:深层地下水漏斗中心急剧下降,地面沉降量也越来越大,地面沉降漏斗中心由2005年的220mm下降到480mm。
　　 ②在充分利用外来水源南水北调及其它工程的条件下,开采量减至2005年地下水开采水平的90％的情况下,预测2020年地面沉降变化:深层地下水位的下降有所缓解,地面沉降漏斗中心沉降量由2005年的220mm下降到296mm。
　　 从预测结果来看,针对济宁市特殊的地质条件,随着开采量有所减少,地面沉降的严峻形势大大减轻,沉降速率减缓,沉降量减少,在地下水位恢复后,地面沉降甚至可能出现少量回弹现象。
　　 最后,从优化的地下水开采方案、加强地下水使用和管理角度提出了济宁市控制地面沉降的对策措施,为实现济宁市地下水资源的可持续利用提供重要的基础资料和科学依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 地面沉降国内外研究现状

1.2.1 地面沉降的研究前沿

1.2.2 地面沉降的成因分析

1.2.3 国内外地面沉降模型研究现状

1.3 济宁市地面沉降研究现状

1.3.1 济宁市地面沉降的发展史

1.3.2 济宁市地面沉降的规律性分析

1.3.3 济宁市地面沉降的危害

1.4 研究内容

1.5 研究方法与技术路线

第二章 研究区自然地理概况

2.1 地理位置

2.2 水文

2.3 气象

2.4 地形地貌特征

2.5 地质概况

2.5.1 地层岩性

2.5.2 地质构造

第三章 研究区水文地质条件

3.1 区域水文地质条件概述

3.2 水文地质分层及其特征

3.3 地下水的补给、迳流与排泄

3.3.1 浅层孔隙水的补给、迳流与排泄

3.3.2 深层孔隙水的补给、迳流与排泄

3.4 地下水水位动态

3.4.1 浅层孔隙水水位动态

3.4.2 深层承压水水位动态

3.5 地下水开采现状

3.5.1 供水水源地集中开采现状

3.5.2 地下水分散开采现状

3.6 地下水水质

第四章 地面沉降数值模拟研究

4.1 水文地质概念模型

4.2 模型的建立

4.2.1 地下水流数学模型

4.1.2 地面沉降模型建立

4.3 模型求解

4.3.1 求解过程

4.3.2 模型网格剖分

4.3.3 模拟期

4.3.4 源汇项的处理

4.3.5 模型检验和参数的确定

4.4 模型识别

4.5 地面沉降预测

4.5.1 开采条件不变条件下的地面沉降预测

4.5.2 开采量有所减缓条件下地面沉降预测

第五章 控制地面沉降的对策

5.1 加强地质灾害防治宣传工作

5.2 加强地面沉降与地下水动态监测

5.3 地质角度防治措施

5.4 加强地下水使用管理

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录