地下水开采一地面沉降模型研究
《三江平原水资源开发利用致地面沉降分析及对策》
《三江平原水资源开发利用致地面沉降分析及对策》一、引言三江平原，位于中国东北的黑龙江省，是中国重要的农业产区和水资源富集区。
近年来，随着该地区水资源的不断开发利用，出现了地面沉降的现象，这既影响了当地的经济社会发展，也对生态环境带来了不小的挑战。
本文旨在分析三江平原地面沉降的成因，特别是水资源开发利用过程中的问题，并提出相应的对策。
二、三江平原地面沉降的现状与成因分析1. 地面沉降现状三江平原地面沉降现象日益严重，主要表现为土地塌陷、地面裂缝等问题。
这不仅影响了当地居民的生活和农业生产，也对区域生态环境造成了破坏。
2. 地面沉降成因分析（1）水资源过度开发：三江平原水资源丰富，但近年来过度开发、过度利用的情况严重，导致地下水位下降，进而引发地面沉降。
（2）不合理的土地利用：过度开垦、不合理灌溉等土地利用方式，导致土壤结构破坏，地下水补给不足，加剧了地面沉降的现象。
（3）地质因素：三江平原地处松嫩平原，地质构造复杂，加之长期的地质作用，使得地面容易发生沉降。
三、三江平原水资源开发利用与地面沉降的关系三江平原地面沉降与水资源开发利用密切相关。
由于过度开采地下水、不合理的水资源利用方式，导致地下水位下降，土壤固结，进而引发地面沉降。
因此，科学合理的水资源开发利用是防止和减缓地面沉降的关键。
四、对策与建议1. 科学规划水资源开发利用（1）制定科学的水资源开发利用规划，合理分配水资源，确保农业、工业和居民生活用水的需求。
（2）加强水资源保护，严格控制地下水开采量，防止过度开采。
2. 推广节水农业和生态农业（1）推广节水灌溉技术，减少农业用水量，提高水资源利用效率。
（2）发展生态农业，合理利用土地资源，保护土壤结构，提高土壤保水能力。
3. 加强地质监测和预警系统建设（1）加强地质监测，及时掌握地面沉降情况，为防治工作提供依据。
（2）建立地面沉降预警系统，及时发现并处理潜在的安全隐患。
4. 加大政策支持和资金投入（1）制定相关政策，鼓励和支持水资源保护和地面沉降防治工作。
基于时间序列的地下水开采中地面沉降预测方法
基于时间序列的地下水开采中地面沉降预测方法
雷长彪
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2024()9
【摘要】传统的地下水开采中地面沉降预测方法,只能收集历史地面沉降数据,不能消除其异常值,导致地面沉降量预测值与实测值相差较大,因此设计一种基于时间序列的地下水开采中地面沉降预测方法。
首先对收集到的地面沉降数据进行预处理,消除异常值和数据间的量纲差异。
将地面沉降数据转换为垂直向沉降速率,基于时间序列和历史数据建立地面沉降预测模型,并根据模型的预测结果分析未来的沉降趋势。
实验结果表明,设计的基于时间序列的地下水开采中地面沉降预测方法,地面沉降量预测值与实测值基本一致,最小仅为0.9 mm。
证明其方法更准确,具有实用性。
【总页数】4页(P147-150)
【作者】雷长彪
【作者单位】中国建筑材料工业地质勘查中心广西总队
【正文语种】中文
【中图分类】TU433
【相关文献】
1.地面沉降与地下水开采相关关系及沉降预测
2.城市地下水开采引起的地面沉降预测
3.天津市地面沉降区地下水开采指标综合评定方法研究
4.地下水开采引起地面
沉降预测方法的现状与未来5.南通市建筑荷载和地下水开采引发地面沉降模拟预测
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城市地下水开采引起地表沉降关系论述
城市地下水开采引起地表沉降关系论述【摘要】地面沉降是指地壳表面在自然力的作用下或人类经济活动影响下造成区域性的总体下降运动。
可以给人民生活造成严重的危害，对工农业生产，交通运输和城市建设产生重大的经济损失。
本文通过对某些城市地下水的开采与地表沉降的研究，论述了二者之间的关系，并讨论如何利用GPS获取动态监测数据。
【关键词】地下水开采；地表沉降；动态监测；GPS1 地表沉降1.1 地表沉降的涵义地表沉降系指地壳表面在自然力作用下或人类经济活动影响下造成区域性的总体下降运动。
其特点是以向下的垂直运动为主体，而只有少量或基本上没有水平方向位移。
其速度和沉降量值以及持续时间和范围均因具体诱发因素或地质环境的不同而异。
目前国内外工程界所研究的地表沉降主要是指由抽取液体（以地下水为主，也包括油、气）所引起的区域性地面沉降。
本文的地表沉降是指我国《岩土工程勘察规范》中规定的：在较大面积内由于抽取地下水引起水位下降而造成的地面沉降。
1. 2 地表沉降的危害特点(1）沿海、沿江城市区域潮水上岸，潮水可能漫溢市区的道路、工厂、商店及村庄、农田，经济损失严重；(2）城市下水道排水不畅，降雨积水成灾，发生大面积内涝灾害；(3）河道桥下净空减少，过航能力降低，影响交通运输；(4）城镇区内，建筑物由于地面沉降影响产生不均匀变形，危及稳定安全；(5）既有河海堤坝或防汛墙，其防洪朝的能力降低，致使城市抵御自然灾害的能力降低；(6）港口码头失效，作用功能降低；(7）道路设施以及地下管道遭受破坏；(8）地下水取水设备失效。
1.3 地表发生沉降的原因分析1.2.1 自然因素分析（1）新构造运动可使地面随基底面升降（2）强烈地震对地表沉降的影响（3）土层的天然固结1.2.2 人为因素分析（1）抽取地下气、液体的影响因各种目的而进行的浅层疏干排水和抽取深层的气、液体，使地层内的气、液压降低，土粒间的有效应力增加，地层压密，形成区域性碟形洼地。
第5讲 地面沉降、地裂缝及其研究
• （3）地面沉降的治理 • a.节约用水，改变水源。 • b.调整地下水开采层次，开采季节。 • c.地下水人工回灌。 • d.加工地下工程。 • e.地基加固工程。 • f.避开活动断层。
• （4）地面沉降的监测 • a.大地水准测量。 • b.地下水开采量、地下水位、地下水
• 地面沉降分布特征：
• （1）大型河流三角洲及沿海平原 区，如上海、天津、沧州等。
• （2）小型河流三角洲区，如福州、 湛江、宁波等
• （3）山前冲洪积扇及倾斜平原区， 如北京、保定、郑州等。
• （4）山间盆地和河流区，如西安、 太原、运城等。
（2）地面沉降的形成机制
• a.形成的地质条件
水压
• d.地下水开采量，地下水位变化， 地下水位等值线。
• e.油气开采分析。 • f.地下和地面工程分析。
• （2）地面沉降灾害的调查研究 • a.地面建筑物的损坏，倾斜、下沉、
墙壁破裂、桥梁破坏。
• b.地下工程破坏，通讯管道、自来水 管、下水管线等变形、损坏等。
• c.海防设施的破坏和加固。 • d.城市洪水灾害。 • e
• c.建筑物和其它设施因地面沉降破坏 监测。
• d.预测地面沉降速度、幅度、范围和 可能的危害。
• GIS、GPS、InSAR等技术的应用。
二、地裂缝及其研究
1、地裂缝的成因 2、地裂缝的危害 3、地裂缝的调查研究
1、地裂缝的成因
• （1）中国地裂缝的分布 • 分布广泛，在西北、华北、长江流域
下水道等断裂、变形等。 • （5）地面建筑物破坏。 • （6）桥墩下沉，河流通航能力下降。
3、地面沉降的研究与防治
• （1）地面沉降原因的研究 • a.活动断层研究（遥感、物探手段）。 • b.沉积物特点研究（沉积物成因、岩性、
基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型_许烨霜
Ss = ∂n / ∂h
(3)
式中符号意义同前。 孔隙比的变化也可以用有效应力的变化表示：
∂n = ∂n ∂σ ′
(4)
∂h ∂σ ′ ∂h
式中 σ ′ 为有效应力。 土体一维压缩的体积压缩系数 mv 为
mv = ∂ ε v / ∂σ ′
(5)
式中 ε v 为体积应变。由于是小应变，均有 ∂εv = −∂n , 则可得
推荐方法也应用于与标准固结试验结果进行比 较。土性参数：k=1.0×10-9 m/s；e=2.155；γ t =15.16 kN/m3。图 5 为计算结果。结果表明计算和试验误 差小于 1 %。
图 5 计算和试验结果比较 Fig. 5 Comparison of calculated and tested results
3 算例分析
3.1 软土的固结分析 用本文提出的方法来对软粘土进行了三维固结
分析，其结果与太沙基固结理论和固结试验结果做 比较来说明提出方法的精确度。
增刊
许烨霜等：基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型
111
层厚为 20 m 的粘土层，在 49.03 kN/m2 的固结 压力作用下进行双向排水固结。粘土的性质如下： 渗透系数 k =1.0×10-9 m/s，孔隙比 e =1.5，湿重度 γ t =15.16 kN/m3，Ss =1.5×10-3 m-1，分别用所提方法 和太沙基固结理论来分析固结过程。图 2 为计算用 有限元网格，为模拟一维固结，三维计算中的侧向 边界条件设定为无水流发生。图 3 为位移和固结时 间的关系图。两种方法的误差小于 2 %。图 4 为随 深度变化的固结度的分布。两种方法的误差均小于 2 %。
−∂n / ∂σ ′ = mv
(6)
地面沉降的研究
地面沉降的研究牛正军【摘要】The paper introduces the reason and mechanism of the ground subsidence, the calculating forecasting model, the inspection technical measures and the prevention measures, has the factual summary of the inspection forecasting and prevention measures, so as to direct the correct forecasting of the ground subsidence and adopt reasonable prevention measures.%系统介绍了地面沉降产生的原因机理、计算预测模型,监测技术手段以及防治措施,并对监测预报以及防治措施进行了较具体的总结,以指导正确预测地面沉降,从而采取合理的预防措施。
【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)023【总页数】3页(P76-78)【关键词】地面沉降;机理;计算预测模型;防治措施【作者】牛正军【作者单位】安徽省化工设计院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TU4330 引言地面沉降是人为的或自然的因素作用下，由于地壳表层土体受力压缩导致的区域性地面标高整体下降的一种环境和地质现象，是一种无法补偿的永久性环境破坏和资源损失［1］。
地面下沉将引起一系列的危害，如道路、房屋开裂，基础设施遭到破坏及地下水资源恶化等。
根据长江三角洲、华北地区等的研究，据统计，建国以后，仅地面沉降及地裂两项造成的经济损失就达4 500亿元～5 000亿元人民币。
包括直接经济损失350亿元～400亿元人民币，年均损失90亿元～100亿元人民币，年均直接经济损失8亿元～10亿元人民币［2］。
地下水开采引起苏州地区地面沉降的机理分析及防治措施
地下水开采引起苏州地区地面沉降的机理分析及防治措施摘要：地面沉降的出现与区域地层岩性结构、水文地质条件、土的类型、厚度、压缩性的大小、固结历史等因素有关，本文以苏州地区为例，对抽汲地下水引起的地面沉降、建设工程性地面沉降等问题进行阐述与分析，并针对这些问题提出了相应的预防与治理措施。
关键词：地下水；开采；沉降；地裂缝；地面沉降作为一种缓变型地质灾害，是世界上许多国家、尤其是位于广大平原区并以开采地下水为主要供水水源的地区共同面临的问题。
苏州地区位于长江三角洲地带江苏省南部，是我国经济最发达、城市工业化程度较高的地区之一，随着工程经济活动强度和规模的不断扩大，地质灾害频繁发生，地质环境日趋恶化。
其中在该地区分布最广、影响最大的地质灾害就是地面沉降。
1、城市地面沉降产生的原因1.1抽汲地下水引起地面沉降抽汲地下水引起的地面沉降大多发生在大量开采松散沉积物孔隙承压水的地区。
其机理是:根据有效应力原理,饱和土体的自重应力由颗粒和孔隙水共同承担,由土颗粒所承担的那部分应力为有效应力。
当抽水引起承压水水位下降时,含水层本身及其上下隔水层中孔隙水压力也随之降低。
在总应力不变的条件下,饱和土体中孔隙压力减小必然会使土中有效应力等量增大。
使土体被压密并导致地面沉降。
如图1，在外荷载作用下，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担，但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形，具有抗剪强度。
有效应力原理: σ =σ′+μ式中:σ为平面上法向总应力, kPa;σ′为平面上有效法向应力, kPa;μ为孔隙水压力, kPa。
图1：有效应力原理图有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系，当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。
1.2工程降水引起局部地面沉降在深基坑和地下构筑物的开挖过程中往往会遇到地下水位高于施工作业面的情况,为防止基坑边坡失稳,保证顺利开挖,避免水下作业,须进行基坑降(排) 水。
论地下水超采与地面沉降_薛禹群
3
土层变形的特点
地面沉降量与该地Biblioteka 个土层的变形特点有关， 可以通过分
层标附近观测孔中该土层水位和分层标测得的该土层变形量 的关系曲线来表达 。 它大致和土力学中的应力 － 应变曲线相 当 。长江三角洲地区大量的分层标和水位观测资料证实不同 弱 透 水 层） 表 现 出 不 同 的 变 形 特 点， 有： 的土层（ 包括含水层 、 弹性变形 、 弹塑性变形 、 粘弹性变形和粘弹塑性变形等多种变 形 。土层变形量不仅与土层性质有关， 还与土层所经历的地下 水位变化情况有关 。 土层中地下水位的变化实质上反映了土 因此会影响土层的变形 。 由 层所经历的有效应力的变化过程， 此不难看出， 由于土性和土层所经历的地下水位变化模式的不 同， 区域地面沉降中土层的变形特征会表现出明显的地区差异 同一土层在不 性 。不仅不同的土层会表现出不同的变形特征， 同地区由于处于地下水位降落漏斗的不同部位， 水位变化模式 不同也会有不同的变形特征 。 在降落漏斗的边缘部位土层常 表现为弹性变形， 如图 1a 所示， 上海第四弱透水层位于降落漏 斗边缘的点只有很小的残余变形量， 以弹性变形为主 。 但在漏 斗中心部位则为粘 弹 塑 性 变 形， 而在两者间可能还有过渡类 只是由于没有足够的分层标观测资料， 无法加以进一步论 型， 在不同的沉降阶段， 证 。 更为重要的是同一地点的同一层土， 由于水位变化模式不同而表现出不同的变形特征 。 上海漏斗 中心部位上棉十七厂分层标 1991 年前后第四承压含水层的变 形分别表现为弹性变形和粘弹塑性变形就是明证 。 常州清凉 小学分层标也显示出类似特征 。 前述第四弱透水层以杂色黏 粉质黏土为主， 也有类似的特征， 它位于降落漏斗中心附近 土、 的分层标显示在 1991 年以前， 以弹性变形为主 。1991 － 1993 年地下水位周期升降过程中存在明显的残余塑性变形； 1993 年以后， 水位上升时已基本上看不到回弹变形， 代之以持续的 压缩， 变形明显滞后（ 图 1b ） 。 另一点需要强调的是含水砂层 ， 的变形并不是前人所认为的“弹性变形 ” 上海 、 常州长期分层 标观测资料 、 室内试验都证实上海的第四 、 第五承压含水砂层 （ 图 2 ） 和常州的第一 、 第二 、 第三承压含水砂层不仅变形是非
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水文地质工程地质
地下水开采 一地面沉降模型研究
陈崇希’ ， 装顺平， （ １ ． 中国 地质大学・ 武汉 环境地质研究所， 湖北武汉 ４ ３ ０ （ Ｙ ７ ４ ； ２ ， 中国地震局地球物理研究所， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
误差还是小于５ ％吗？本研究带着此问题做了数值模 拟研究， 发现 ：
｝ １ Ｊ ａ ｖ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ 和Ｗ ｉ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｏ ｏ ｎ 的“ 误差小于５ ％ ” 的结
论仅适用于弱透水层为各向同性介质； ②对于弱透水层的各向异性比为 １ ０时， 误差已超
口护
过２ ７ ． ７ ％， 而且随着弱透水层单位储水系数ｆ ， ． 的减小
和模 拟 时 间 的 延 长， 误 差 还 要 增 大， 己存 在 超 过 ３ ０ ． ５ ％的情况。 基于此研究结果， 本专题对苏州市采用三维不稳 定流模型。
３ ． ２ 土层固结与地下水流如何藕合？— 根据单位 储水系数的物理意义将两者藕合起来 １ ９ ８ ９ 年比利时地调所做的《 上海地面沉降模型） ， 其沉降模型是“ 地下水流动模型加上一维垂直流动固 结模型” 。即“ 模型分成两步” ： 先由水流模型给出每一
１ ９ ９ ５ 年分别对上海市和上海市浦东区及天津市做了
三个地下水开采一 地面沉降模型， 都是准三维流模型。 国外 ９ ０年代做的几个主要实例模型 ． 例如 Ｒ ． Ｂ ｒ ａ －
ｖ ｏ （ 美国） 等做的美国休斯敦模型， Ａ ． Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ａ （ 法国） 等做 的墨西哥城模型， Ｇ ． Ｃ ａ ｍ ｂ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ （ 意大利） 做的意大利拉 沮纳区域地下水流模型， Ｋ ． Ｄ ａ ｉ ｔ ｏ （ 日本） 做的 日本大绍 平原的模型等等， 都属于准三维流模型。 我们注意到， 长江三角洲的沉积物， 弱透水层多呈 “ 千层饼状” 的岩性， 它们在模型的“ 层” 中表现出各向
ｏ ｆ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｔ ｆ ｓ ｏ ｉ ｌ ．
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｇ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ － ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｆ ｏ ｗ ； ｎ ｏ ｎ ｉ ｌ ｎ ｅ ａ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｃ ｏ ｕ ｐ ｉ ｌ ｎ ｇ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｌ ｆ ｏ ｗ ｍ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ； ｍ ｕ ｌ ｉ ｔ ｐ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｗ ｅ ｌ ｌ ； ａ ｒ －
程的变化 及水 头在 软土层中的传 递特 征。
关位词： 地下水三维流； 非线性固结； 水流固结辆合； 混合井； 人为边界 ； 滞后补给
巾圈分类 号 二 Ｐ ６ ４ １ ． ２ 文峨标 识码 ： Ａ 文ｔ组号 ： １ ０ ０ ０ － ３ ６ ６ ５ （ ２ ０ ０ １ ） ０ ２ － ０ ０ ０ ５ － ０ ４
模拟技术研究。
外围向区内汤斗中心逸流， 剖面上地下水从潜水层和 河湖向第 Ｕ １承压含水层Ｌ ？ ＝ 流。
２ ． ３ 地下水动态 潜水动态主要受气象因素控制， 第皿层承压水（ 主 采层） 主要受开来自最控制， 其它层水动态为过渡型。
３ 模型及改进
３ ． １ “ 千层饼状” 弱透水层的多层含水系统取用何类
Ａ ｂ ｓ ｒ ｔ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｓ ｕ ｂ ｓ ｉ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ｉ 山ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｆ ｏ ｗ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｄ ｏ ｎ ｅ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｉ ｌ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｓ ｈ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ． 玩ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｓ ｏ ｍ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｃ ｅ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｄ ａ ｙ ｅ ｒ ｗ ｅ ｌ ｌ ， ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｆ ａ ｌ ｌ ｒ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ， ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｈ ｅ ａ ｄ ， ａ ｒ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ ｉ ａ ｌ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｙ， ｒ ‘ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｇ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｆ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｉ ｌ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｓ ｏ ｉ ｌ ． Ｉ ｂ ｉ ｓ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ Ｓ ｕ ｘ ｈ ｏ ｕ ｃ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｓ ｔ ｉ ｍ ｐ ｏ ｔ ｒ ａ ｎ ｔ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｓａ ｒ ｒ ｅ ｓ ｈ ｏ ｗ ｎ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｓ ｕ ｂ ｓ ｉ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｇ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｅ ｔ ｒ ｆ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ￣ ， ‘ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｏ ｎ ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｂ ｓ ｉ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ｌ ａ ｇ ｇ ｅ ｄ ｂ ｅ ｈ ｉ ｎ ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｏ ｎ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｄ ， ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｍ ｅ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｗ ｉ 山ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ Ｍ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ
往达三个数量级以上， 另外， 准三维流模型对水文地质 资料的要求、 数据整理和模型运行工作量等诸方面都 比三维流模型简单 、 省时 ， 基于这两个原 因， 对于实际 问题 的模拟大多采用准三维流模型。 就我国来 说， １ ９ ８ ９年 比利时地质调查所完成 的 《 上海地面沉降模 型》 属 于准三维流。此后我国于
２ ． ２ ． ２ 排泄
①潜水蒸发； ②人工开采 ， 主采层为最底下的第ｍ
承压含水层。 ２ ． ２ ． ３ 逸流 在这种补给及排泄条件控制下 ， 平 面上地下水从
型的总面积为３ ４ ３ ｋ ． ＇ 。模型涉及整个第四系。
２ 水文地质背景
２ ． １ 水 文地 质 工 程 地质 分 层 收稿 日 期： ２ ０ ０ １ － ０ １ － ０ ２ ； ．订日期： ２ ０ ０ １ ０ － １ － ０ ９ 基金项目： 国家“ 九五” 重点科技攻关项 目（ ％一 ， １ ３ － ０ ６ － ０ ４ ） 作者筒介： 陈祟希（ １ ９ ３ ３ － ） ， 男（ 汉族） ， 浙江沮州人 ， 中国地质大 学（ 武汉） 教授， 博士生导师。从事地下水资抓一 环境系统数值
１ ． Ｊ ａ ｖ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ 和Ｐ ． Ａ ． Ｗ ｉ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｏ ｏ ｎ 通过数值模拟研究
后得出结论 ： 当含水层 的渗透 系数 比相邻 弱透 水层 的
渗透系数大两个数量级以上时， 假定弱透水层中的地
下水为垂向流动（ 即准三维流） ， 其误差不超过 ５ ％．
对于实际问题 ， 含水层与弱透 水层的渗透系数相 比往
摘要 ： 本文建立三维流动 －一维非线性 固结地 面沉降棋 型， 在混合井流 、 降雨滞后补给、 初始水头形成、 人 为边界刻 颐、 水流 一固结执合及软土层固结洛后于地下水开采层水头变化等方 面有所改进。所建棋型用于苏州市 ， 模拟 出若干地面
沉降重要特征， 地面沉降中心偏离地下水翻斗中心 ， 地面沉降动态浦后于地下水的水头动态， 软土层诊透系戮蔺固结过
； 「—
万方数据
—
一 布 翻一 ｝
盏目
水文地质工程地质
００ ２ １ 年第 ２期
模型？—
采用“ 三维流模型”
和土的压缩系数ａ ， ） 独立地使用， 因此这种“ 两步法” 使
得土层固结量很容易拟合好， 甚至出奇地好。 众所周知， 一旦多层越流含水系统某一待求时阶 （ ｎ＋ １ ） 的诸结点水头（ 水压） 已解得 ， 那么该时段的越 流量必已确定， 各层的固结量也已确定， 无需也不应该 再用算得的该层上下界面处的水压作为边界条件通过 一维垂直土住求其沉降量。换句话说 ， 对于主要沉降 层（ 软土层） — 弱透水层来说。 固结量与单位水平面 积该层土的释水量（ 表现为弱透水层流入相邻含水层 的水量） 相等， 无需也不能分别求解。反过来说． 如果 越流量未知， 又怎能求出各层结点的水头呢？既然多 层含水系统的各层结点水头已求得， 则意味着越流量， 即层的固结量已经确定 ， 而不能“ 分成两步” 进行。 本研究的做法是将地下水流动问题与固结 问题合 成一步进行。实质上固结问题已经包含在上述地下水 流动问题中。
根据地下水开采一 地面沉降研究问题的需要， 本研 究将第四系土层划为含水层和弱透水层， 后者又划分 为软土层和硬土层。为此 ， 苏州市划 了４层含水层 ， ３ 层软土层和 ４层硬土层。 ２ ． ２ 地下水补给逸流和排泄
２ ． ２ ． １ 补给
①大气降雨人渗补给； ②河、 湖补给； ③侧向补给： 对于人为边界而言， 存在侧向通流补给， 然而本质上是 外围地区的降雨、 河湖人渗的补给所形成的地下ｉ ｉ流。
异性的特征。那么 ， 这种情况下准三维 流模 型的相对
上述地下水三维流动微分方程右端项中的单位储
水系数ｋ 。 的 定义是 产 ． 二Ｙ ． （ ａ十叽 ） 式中： Ｙ ． — 水的重率；
ｎ — 孔隙率； 凡— 水的体积压缩系数； ａ — 土的体积压缩系数， 定义为