新水情影响下华北平原深层地下水水平衡演变与更新能力分析

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作者 杨会峰 李泽岩 +4 位作者 孟瑞芳 白华 宋博 郭伟 包锡麟 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第3期28-42,共15页

地下水是支撑华北平原社会经济发展的重要供水水源,深层地下水长期超采、水头大幅度下降,引发系列生态环境地质问题。2015年以来,南水北调、地下水超采综合治理和连续强降水等新水情通过置换水源、农业节水以及强降水灌溉农业等方式减... 地下水是支撑华北平原社会经济发展的重要供水水源,深层地下水长期超采、水头大幅度下降,引发系列生态环境地质问题。2015年以来,南水北调、地下水超采综合治理和连续强降水等新水情通过置换水源、农业节水以及强降水灌溉农业等方式减少了华北平原深层地下水开采量,深层地下水水平衡发生显著变化。基于深层地下水区域水平衡分析方法,探讨了水平衡关键指标变化特征,分析了新水情对深层地下水平衡的影响效应。利用14C年龄、中更新统岩相古地理分布特征2个地质背景指标和渗透系数、水力梯度、深浅层水头差以及越流系数4个水力评价指标对深层地下水更新能力进行综合评价。基于地下水降落漏斗修复和地面沉降防控,识别地下水水头恢复阈值,科学评价深层地下水可利用量。结果表明:与2005年相比,在新水情影响下,2020年深层地下水渗流速度显著增大,侧向补给量增加0.25×10^(8) m^(3),越流补给量增加0.88×10^(8) m^(3),中东部深层地下水水头仍处于下降状态是主要原因;地下水年均开采量减少1.41×10^(8) m^(3),地下水年度储量减少量由12.29×10^(8) m^(3)变为9.70×10^(8) m^(3);从空间分析,西部山前较大的渗透系数使得其更新性好于中东部,从时间分析,开采量的变化使得垂向越流通量和水平侧向径流的组成及数量发生了变化,2020年深层地下水更新能力较2005年总体增强;深层地下水可利用量为8.52×10^(8) m^(3)/a,主要分布于山前平原的中更新统冲洪积扇区。依据深层地下水补径排条件、开发利用程度差异,以不同水文地质单元开展水平衡演变分析,2015年以来深层地下水失衡状况得到缓解,但尚未得到根本扭转。研究结果对认识北方平原区深层地下水循环规律和可持续开发利用等方面具有借鉴意义。 展开更多

关键词 华北平原 新水情 水平衡变化 地下水更新能力 可持续利用对策

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区域地面沉降研究进展与展望 被引量：13

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作者 朱琳 宫辉力 +5 位作者 李小娟 周超凡 叶淼 王海刚 张可 韩苗苗 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期167-177,共11页

地面沉降是全球性重大地质环境问题,区域差异性地面沉降已经对城市基础设施、线性轨道交通和地下空间开发利用形成重大威胁,制约着经济和社会的可持续发展。围绕区域地表形变信息获取、地面沉降演变机制和模拟方面的研究进展进行系统阐... 地面沉降是全球性重大地质环境问题,区域差异性地面沉降已经对城市基础设施、线性轨道交通和地下空间开发利用形成重大威胁,制约着经济和社会的可持续发展。围绕区域地表形变信息获取、地面沉降演变机制和模拟方面的研究进展进行系统阐述,重点分析了InSAR形变监测和多源形变数据融合的区域地表形变信息获取技术,基于室内土工试验数据和长时序观测数据,利用相关分析、统计分析和机器学习等方法分析地面沉降演变与各影响因素的关系。在此基础上,探讨了地下水流场—土体变形模型、数理统计模型和机器学习模型等地面沉降过程模拟模型的优缺点。发现多源形变数据融合能够提高区域地表形变信息的时空分辨率,地质构造、地层岩性、地下水开采和动静载荷等影响因素的差异性是造成地面沉降差异性演化的机制,地面沉降数学模型的计算效率与可解释性难以兼顾是当前沉降模拟存在的主要问题。据文献检索,当前研究主要关注地下水超量开采引发的地面沉降。进而提出未来区域地面沉降研究方向:在气候变化叠加新水情、新数据背景下,充分融合遥感大数据与野外观测站实测小数据集,耦合基于物理机制的模型和机器学习模型,优化集成InSAR、GeoAI、云平台等技术的最新进展,揭示全球气候变化和人类活动综合作用下的区域地面沉降演变机制,为区域地面沉降防控和城市安全提供技术支撑。 展开更多

关键词 地面沉降 合成孔径雷达干涉测量 演化机制 机器学习 耦合模型

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保定平原区地下水水位变幅带自由孔隙率空间变异研究 被引量：1

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作者 徐步云 杨会峰 +2 位作者 白华 宋博 孟瑞芳 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期23-33,共11页

科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水,水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层,南水北调工程通水后,随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进,保定平原局部地区地下水水... 科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水,水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层,南水北调工程通水后,随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进,保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题,但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差,因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据,确定水位变幅带的综合自由孔隙率,通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型,结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示:(1)保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性,主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。(2)综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区,极值可达0.25,数值向中部及东部逐步降低,最小降至0.02。(3)与惯用给水度值进行对比,自由孔隙率值在南北部地区整体升高约0.03,约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06,变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。 展开更多

关键词 自由孔隙率 给水度 非饱和带 地质统计 空间变异 保定平原区

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京津冀平原浅层地下水漏斗演变规律与影响因素 被引量：7

4

作者 南天 曹文庚 +2 位作者 任印国 孙龙 高媛媛 《南水北调与水利科技（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期110-121,共12页

为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响,以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标,从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑,选取8个具体指标构建特征变量数据集,使用逻... 为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响,以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标,从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑,选取8个具体指标构建特征变量数据集,使用逻辑回归(logistic regression, LR)、支持向量机(support vector machine, SVM)和随机森林(random forest, RF)方法建立漏斗演变识别模型,并利用敏感度、特异度和决定系数R^(2)对拟合效果进行对比评价,结果显示随机森林为最优模型。进而利用模型分析研究区地下水漏斗演变规律,阐明具体因素对漏斗演变的影响作用。研究表明:京津冀平原区浅层地下水漏斗在2010年之前整体呈扩张趋势,之后在部分地区呈现缩减和消失的态势。河湖补水前,地下水漏斗发展主要受开采影响,其重要度约50%;2018年后河湖补水对抑制漏斗扩张发挥了较为明显的作用,重要度达16%。从发展过程来看,地下水开采依然是控制京津冀平原浅层地下水漏斗变化最重要的因素。对比宁柏隆和高蠡清两个典型浅层地下水漏斗的发展变化可知,河道生态补水对宁柏隆漏斗变化的贡献率接近10%,而对高蠡清漏斗变化影响的重要度仅为1%,因此持续的河流生态补水对宁柏隆漏斗水位恢复会产生积极影响,而对于高蠡清漏斗则需要以水源置换压减农业灌溉地下水量为关键手段实现水位恢复。 展开更多

关键词 京津冀平原 地下水降落漏斗 多源数据驱动模型 机器学习 演化机制

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新水情背景下北京平原朝阳—通州沉降区地面沉降特征及其影响 被引量：3

5

作者 韩红闪 朱琳 +2 位作者 郭高轩 李炳华 卢灿 《吉林大学学报（地球科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1326-1338,共13页

地面沉降是北京地区突出的地质灾害,严重威胁经济、环境和社会的可持续发展。为了研究地面沉降的时空特征及其影响,本文以北京平原朝阳—通州沉降区为研究对象,先基于Sentinel-1 A/B卫星降轨数据,利用PS-InSAR(persistent scatters InS... 地面沉降是北京地区突出的地质灾害,严重威胁经济、环境和社会的可持续发展。为了研究地面沉降的时空特征及其影响,本文以北京平原朝阳—通州沉降区为研究对象,先基于Sentinel-1 A/B卫星降轨数据,利用PS-InSAR(persistent scatters InSAR)技术获取了研究区2019年1月—2021年12月地面沉降特征,再采用动态时间规整(DTW)算法定量分析了地面沉降与不同层位地下水位之间的响应关系,并进一步量化了不同深度地下水抽取诱发地面沉降的贡献率。结果表明:1)2019—2021年朝阳—通州地区地面沉降连片发展,年均沉降速率超过50 mm/a的沉降严重地区主要分布在朝阳区东部和通州区北部,其中最大沉降速率达到91 mm/a。2)朝阳—通州地区可压缩层厚度区域分布差异,为地面沉降的发生与发展提供了有利的地质条件。整体上来看可压缩层厚度大小与地面沉降速率成正比,研究区地面沉降速率大于80 mm/a的永久散射体(PS)点所在位置处的可压缩层厚度均大于180 m,且主要处于可压缩层厚度200~220 m的地区。3)地面沉降与不同层位地下水位时间序列响应不同,埋深为50~180 m的承压含水层水位与地面沉降响应程度相对较高,其中92.00和121.42 m深度下地下水位与地面沉降时序的响应程度最高,反映出该层位的地下水位变化是造成沉降的主要诱发因素。 展开更多

关键词 地面沉降 PS-INSAR DTW 朝阳—通州 地下水位 影响因素 北京

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海河流域大清河平原区地下水化学特征及演化规律分析 被引量：10

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作者 孟瑞芳 杨会峰 +1 位作者 白华 徐步云 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期383-395,共13页

地下水超采引发大清河流域范围内一系列生态环境负效应,地下水与地表水关系密切,厘清大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,对大清河流域水资源合理开发利用具有重要意义,然而目前尚缺乏对大清河流域地下水化学特征特别是其历史以... 地下水超采引发大清河流域范围内一系列生态环境负效应,地下水与地表水关系密切,厘清大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,对大清河流域水资源合理开发利用具有重要意义,然而目前尚缺乏对大清河流域地下水化学特征特别是其历史以来的演变规律作系统的分析。本文以海河流域大清河平原区地下含水系统为例,采集浅层含水层组47个水样和深层含水层组32个水样,测试了主要阴离子(Cl^(-)、SO^(2-)_(4)、NO^(-)_(3))和阳离子(K^(+)、Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+))等指标,利用水化学类型、吉布斯模型、离子比值关系等方法,研究其水化学特征及演化规律。测试结果显示:浅层含水层组受到气象和人为因素影响较大,浅层和深层含水层组pH值(7.35~8.92)差异不大,偏碱性;浅层含水层组由于农业活动等影响,造成局部地区的硝酸盐和硫酸盐污染。水岩相互作用分析显示:硅酸盐矿物风化是研究区主要的矿物来源,硅酸盐矿物溶解、阳离子交换为主要的水化学作用。研究区浅层地下水水化学特征总体上受地形和水文地质条件的影响,由山前平原-中部平原呈规律性分布。现状地下水化学类型为沿地下水径流方向由山前的HCO_(3)-Ca·Mg(Ca)型,经HCO_(3)-Mg·Ca、HCO_(3)-Mg·Ca·Na、HCO_(3)-Na·Mg·Ca向HCO_(3)·Cl^(-)Na·Ca、HCO_(3)·Cl·SO_(4)-Na至平原中部冲湖积平原的Cl(SO_(4))-Na转变。水化学演变分析显示中部平原地下水由以Cl·HCO_(3)-Ca·Na、HCO_(3)·Cl^(-)Ca·Na型为主,转变为当前条件下以Cl·HCO_(3)-Ca·Na、SO_(4)·Cl^(-)Na·Mg型为主。总体上,研究区现状水化学类型复杂多样,且分布上虽然仍受地形与地质条件的控制,但越来越多地受到以开采为主的人类活动的影响,应重视人类活动对该区域地下水的影响,合理布置开采方案。本文利用水化学方法研究了大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,厘清了大清河流域平原的水化学特征以及水化学类型演变规律,初步分析了演变趋势造成的原因,特别是指明地下水化学演变越来越受到人类活动的影响,后续将在水化学未来的演变预测上进行相关的研究。 展开更多

关键词 大清河流域平原区 地下水水化学全分析 水化学类型 水化学演变 人类活动

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沧州地区土层固结特征与地面沉降临界水位研究 被引量：9

7

作者 王云龙 陈晔 +4 位作者 郭海朋 孟静 王海刚 臧西胜 朱菊艳 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期185-192,共8页

沧州市长期以来面临严重的地面沉降问题,在控制沉降发展的前提下,为合理利用地下水资源,需要确立开采水位埋深警戒线。针对地面沉降综合防治如何确定临界水位这一科学问题,以沧州3个典型沉降区土样为研究对象,分析了地层固结特征,通过... 沧州市长期以来面临严重的地面沉降问题,在控制沉降发展的前提下,为合理利用地下水资源,需要确立开采水位埋深警戒线。针对地面沉降综合防治如何确定临界水位这一科学问题,以沧州3个典型沉降区土样为研究对象,分析了地层固结特征,通过关联地层厚度的方式改进了以先期固结压力求解临界水位的方法,结合多年来地面沉降与地下水水位监测数据,对沧州市临界水位进行了综合定量评估。研究表明:沧州地区0~150 m以内多为正常固结或欠固结土,150 m以下普遍为超固结土,非弹性释水变形是影响该地区地面沉降速率变化的重要因素。运用改进后的方法计算出沧州市区、肃宁县及东光县的临界水位埋深分别为66.8,67.5,67.8 m。综合分析沧州市区累计地面沉降与地下水水位变化资料,得出两者之间的指数函数关系,并以沉降速率为指标,求得65~70 m为沧州市区临界水位区间范围。在验证了两种方法计算结果一致性的基础上,最终将65 m作为沧州市区采取地面沉降防控措施的参考临界水位,为地方政府制定合理的地下水开采方案提供可靠依据。 展开更多

关键词 沧州 地面沉降 临界水位 超固结土 形变机理

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保定平原区地下水化学特征及演化 被引量：9

8

作者 白华 杨会峰 +2 位作者 孟瑞芳 徐步云 闫晓雪 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2216-2228,共13页

为揭示保定平原地下水水化学特征及演化规律,本文以保定平原为研究对象,对216组地下水样水化学特征进行了分析。综合运用Piper三线图、Gibbs图、相关离子分析等方法,研究了保定平原区深浅层地下水化学组成及水化学类型空间分布特征,识... 为揭示保定平原地下水水化学特征及演化规律,本文以保定平原为研究对象,对216组地下水样水化学特征进行了分析。综合运用Piper三线图、Gibbs图、相关离子分析等方法,研究了保定平原区深浅层地下水化学组成及水化学类型空间分布特征,识别了水化学形成机制与控制作用,在此基础上分析了水化学演化的成因。结果表明:沿地下水径流方向,浅层地下水与深层地下水主要离子含量呈现明显的递变规律,TDS、Na^(+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)含量逐渐升高,K^(+)、Ca^(2+)逐渐降低,地下水优势阳离子Ca^(2+)主导地位逐渐被Na^(+)代替,优势阴离子HCO_(3)^(-)主导地位逐渐向Cl^(-)过渡。地下水化学特征主要受水岩作用、阳离子交替吸附作用以及人类活动共同影响,水岩作用以碳酸盐岩和铝硅酸盐岩共同溶滤作用为主;浅层地下水受人类活动影响较大,影响离子主要为NO-3,集中分布于补给区,除了与农业活动相关外,主要与山前平原岩性颗粒粗,具有较强的渗透性有关。 展开更多

关键词 保定平原区 水化学特征 水化学演化 水化学类型

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地面沉降灾害风险评价研究进展与展望 被引量：5

9

作者 王玢佳 文宝萍 +5 位作者 李文鹏 郭海朋 王涛 石菊松 王海刚 陈添斐 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1949-1962,共14页

地面沉降是威胁平原和盆地区城市地质安全和可持续发展的重要地质灾害类型之一。地面沉降灾害风险评价尚处于探索阶段。笔者等在总结国内外地面沉降灾害风险评价基本流程的基础上,从易发性、危险性、易损性和风险评价4个方面梳理了当前... 地面沉降是威胁平原和盆地区城市地质安全和可持续发展的重要地质灾害类型之一。地面沉降灾害风险评价尚处于探索阶段。笔者等在总结国内外地面沉降灾害风险评价基本流程的基础上,从易发性、危险性、易损性和风险评价4个方面梳理了当前研究的主要内容和方法,指出当前地面沉降灾害风险评价中存在的主要问题是对易发性、危险性、易损性的内涵尚未形成共识;评价方法以经验驱动的定性评价为主,数据驱动、机制驱动的半定量—定量评价有待加强;对动态风险评价的关注极少。针对地面沉降灾害特点,明确了易发性、危险性、易损性的内涵;提出了结合驱动因素和承灾体变化进行动态风险评价的理念;考虑依据风险评价内容选择评价途径,如危险性评价考虑机制驱动与数据驱动相结合,易损性评价将承灾体属性与国土空间规划相结合;集合以上两类评价结果实现地面沉降动态风险评价。 展开更多

关键词 地面沉降 易发性 危险性 易损性 动态风险评价

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基于氯离子示踪法深厚包气带地区地下水补给特征 被引量：5

10

作者 杨会峰 白华 +3 位作者 程彦培 孟瑞芳 曹文庚 南天 《南水北调与水利科技（中英文）》 CAS 北大核心 2022年第1期30-39,共10页

针对包气带增厚条件下降水入渗变化问题,在华北山前平原滹沱河冲洪积扇典型包气带增厚区实施地质钻孔,通过采样钻杆前端特制的内置环刀取样器,采用无循环液压入法获取原状土样,测试深厚包气剖面土体结构参数、含水量和氯离子质量浓度;... 针对包气带增厚条件下降水入渗变化问题,在华北山前平原滹沱河冲洪积扇典型包气带增厚区实施地质钻孔,通过采样钻杆前端特制的内置环刀取样器,采用无循环液压入法获取原状土样,测试深厚包气剖面土体结构参数、含水量和氯离子质量浓度;利用氯离子示踪方法研究厚达45 m包气带的水分运移规律,重建深厚包气带地区降水补给历史,评价降水补给强度。结果表明:45 m包气带剖面记录的降水补给年龄为72.12 a,平均入渗补给强度为0.096 m/a,降水入渗补给量占多年平均降水量的18.1%。深厚包气带地区水分运移非常缓慢,水分在多次降水叠加驱动下不断形成新的脉冲逐步向深部运移,降水补给到地下水需要一个长期的过程。研究成果对深厚包气带地区土壤水分运移研究和降水入渗补给评价都具有重要借鉴意义。 展开更多

关键词 深厚包气带 原状土样 氯离子 示踪 降水入渗 地下水补给

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豫北平原地下水高砷和高氟分布规律与成因 被引量：8

11

作者 王妍妍 曹文庚 +3 位作者 潘登 王帅 任宇 李泽岩 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1095-1109,共15页

豫北平原地处黄河中下游,同时存在着高砷和高氟地下水,但目前这种零星分布区砷和氟的共存机制尚不明确。本文采集了豫北平原332组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,离子色谱和电感耦合等离子体发射光谱等方法测定氟及其他... 豫北平原地处黄河中下游,同时存在着高砷和高氟地下水,但目前这种零星分布区砷和氟的共存机制尚不明确。本文采集了豫北平原332组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,离子色谱和电感耦合等离子体发射光谱等方法测定氟及其他阴阳离子含量,探讨地下水中砷和氟的空间分布规律,并结合水化学图解和因子分析法提取出影响该区地下水演化的主要因子,以此为思路对该区高砷和高氟地下水的成因机制进行探讨。结果表明:该平原地下水中砷和氟的浓度范围分别为0.0001~0.1900mg/L和0.13~4.94mg/L。高砷地下水主要分布在太行山前冲洪积洼地和黄河决口扇垂向15~80m;高氟地下水分布于黄河沿岸的黄河现代河道影响带垂向7~100m。蒸发浓缩作用、矿物的溶解/解吸附作用和氧化还原环境是控制该区地下水演化的主要因子。氟在因子F1(蒸发浓缩作用)和F2(矿物的溶解/解吸附作用)中分别占有0.214和0.743的载荷,氟浓度与ρ(Na^(+))/[ρ(Na^(+))+ρ(Ca^2+))]呈正相关,高浓度氟出现在Ca^2+)浓度较低的地下水中。黄河现代河道影响带强烈的蒸发浓缩作用有助于含氟矿物的溶解,黄河水的灌溉增加了地下水中Na^(+)浓度,进一步增强了其溶解作用,在这种环境下氟会浓缩并富集在地下水中。砷在因子F3(氧化还原环境)中占有0.728的载荷,与Fe^2+)、NH^(+)4呈正相关,与NO^(-)_(3)、SO^(2-)_(4)呈负相关,Eh越低,砷浓度越高。太行山前冲洪积洼地和黄河决口扇的还原环境有利于含砷的铁氧化物/氢氧化物发生还原性溶解,从而形成高砷地下水。pH值升高引起的以阴离子形式存在的砷酸根/亚砷酸根/氟化物在矿物表面的解吸附作用有利于该区砷和氟在地下水中共存。然而,该区地下水中砷和氟的相关性并不十分显著,这是由于高砷区高浓度的钙离子不利于氟的富集,而高氟区的弱还原条件不利于含砷铁氧化物/氢氧化物的溶解。本文研究结果探讨了豫北平原地下水中砷和氟的共存机制,进一步丰富了高砷高氟地下水共污染的理论体系。 展开更多

关键词 豫北平原 高砷 高氟 原子荧光光谱法 离子色谱法 电感耦合等离子体发射光谱法 成因

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南水北调中线天津段地面沉降现状及危险性评价

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作者 刘杰 徐东鑫 +1 位作者 徐佳 易长荣 《人民长江》 北大核心 2025年第S1期156-162,共7页

为全面了解南水北调中线工程天津段地面沉降现状,收集了2020~2023年天津市水准、GNSS、InSAR数据,采用多源数据融合方法,获取了南水北调中线工程沿线2020~2023年地面沉降、每公里沉降差异等信息。同时,结合南水北调中线工程沿线地面沉... 为全面了解南水北调中线工程天津段地面沉降现状,收集了2020~2023年天津市水准、GNSS、InSAR数据,采用多源数据融合方法,获取了南水北调中线工程沿线2020~2023年地面沉降、每公里沉降差异等信息。同时,结合南水北调中线工程沿线地面沉降易发程度和2020~2023年天津市地下水水位变化资料,对南水北调中线工程沿线各渠段受地面沉降影响的危险性程度进行了科学评价。结果表明:南水北调中线工程沿线地面沉降情况整体稳定,部分渠段每公里地面沉降差异较大;地下水整体呈回升趋势,但部分渠段的部分含水组呈下降趋势。东丽区渠段受地面沉降影响危险性高,需要采取相应措施积极应对,武清区、北辰区东部和西青区西部渠段受地面沉降影响危险性较高,其他渠段受地面沉降影响危险性程度较小。 展开更多

关键词 地面沉降 多源数据融合 地下水 沉降易发程度 危险性评价 天津市 南水北调中线工程

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廊坊地面沉降区黏性土渗透系数计算

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作者 齐剑峰 李晨 +2 位作者 吴锋波 郭海朋 王云龙 《成都理工大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1070-1080,共11页

黏性土层属于地下含水层系统的弱透水层,具有阻滞水流和溶质迁移的作用,如何获得弱透水层的水力参数逐步成为研究热点。黏性土渗透系数是地下水渗流过程、固结计算的重要水力参数。通过钻孔取样和土工试验,获得廊坊沉降区埋深75 m以浅... 黏性土层属于地下含水层系统的弱透水层,具有阻滞水流和溶质迁移的作用,如何获得弱透水层的水力参数逐步成为研究热点。黏性土渗透系数是地下水渗流过程、固结计算的重要水力参数。通过钻孔取样和土工试验,获得廊坊沉降区埋深75 m以浅的52组黏性土样的土工测试数据,测试数据表明:该区埋深75 m以内黏性土渗透系数变化范围为(0.0015~0.3500)×10-6 cm/s,对黏粒质量分数的变化更敏感,随着黏粒质量分数增大,渗透系数呈减小趋势。结合对黏性土物质组成结构的分析,利用土的物理指标推导了有效孔隙比的计算公式,进而对柯森-卡门渗透系数计算公式进行了修正。计算效果表明:K预测/K实测的值控制在0.25~8.25之间,并与该区其他位置黏性土的实测数据和以往推荐公式的计算结果进行对比,验证了计算公式的可靠性。提出的计算公式和方法,可供其他地区参考。 展开更多

关键词 渗透系数 黏性土 有效孔隙比 廊坊沉降区 经验公式

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2010—2020年黄河下游河南典型灌区浅层地下水中砷和氟的演化 特征 及变化机制 被引量：17

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作者 任宇 曹文庚 +3 位作者 潘登 王帅 李泽岩 李谨丞 《岩矿测试》 CSCD 北大核心 2021年第6期846-859,共14页

黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本... 黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本文基于2010年和2020年在灌区范围内采集的327组浅层地下水样品,研究区内地下水砷和氟分布情况,并在此基础上对比研究十年间灌区浅层地下水中砷、氟的演化特征,探索分析砷与氟浓度及空间变化机制。研究结果表明:该地区浅层地下水中存在砷与氟超标问题,2020年浅层地下水中高砷(砷浓度大于10μg/L)和高氟(氟浓度大于1mg/L)的样品数量分别占总数的26.1%和26.06%。高砷水分布在太行山前洼地与黄河冲积平原等泥沙互层结构的沉积环境中,还原性较强,同时地下水径流不畅,较强的阳离子交换作用使得其所处环境中Ca^(2+)浓度较高。近十年间砷浓度增加的水样占总数31.8%,砷浓度减少的水样占36.7%。砷浓度的增长(减少)是地下水还原性增强(减弱)使得锰氧化物溶解释放(吸附)导致。近十年间不同地区农业灌溉和水源置换等用水方式导致水位变化是引起砷浓度变化的潜在因素。高氟水主要分布在河南新乡与濮阳的黄河沿线,氟离子浓度受到沉积物中萤石等钙质矿物溶解影响,使得高氟地下水出现在低钙环境中。近十年间研究区中氟离子浓度减少的占总数60.2%,氟离子浓度增加的占32.1%,整体变化趋势向好,但是高氟区中氟离子浓度继续增加。氟浓度的变化同样受到Ca^(2+)变化影响,在Ca^(2+)浓度降低(升高)时氟浓度进一步升高(降低)。地下水中氟升高地区分布在黄河沿线,因此受到黄河水补给影响较大,地下水径流条件较好,阳离子交换作用减弱,使得Ca^(2+)浓度降低,此时地下水中砷浓度受到环境影响而降低,因此研究区氟增加地区中砷与氟的分布和演化呈现反向关系。 展开更多

关键词 黄河下游 浅层地下水 砷 氟 原子荧光光谱法 离子色谱法 水质演化

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内蒙古河套灌区浅层地下水化学特征和灌溉适宜性分析 被引量：20

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作者 李泽岩 曹文庚 +2 位作者 王卓然 李谨丞 任宇 《现代地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期418-426,共9页

随着黄河流域水资源供需矛盾加剧,我国特大型灌区——内蒙古河套灌区开始采用黄河水与地下水相结合的方式进行农业灌溉。本研究采集河套灌区内499组地下水样品和1组黄河水样品,在分析地下水和黄河水样品的水化学特征基础上,运用钠吸附比... 随着黄河流域水资源供需矛盾加剧,我国特大型灌区——内蒙古河套灌区开始采用黄河水与地下水相结合的方式进行农业灌溉。本研究采集河套灌区内499组地下水样品和1组黄河水样品,在分析地下水和黄河水样品的水化学特征基础上,运用钠吸附比(SAR)、渗透指数(PI)、钠含量(SC)和残余碳酸钠(RSC)以及《农田灌溉水质标准(GB 5084—2021)》对地下水和黄河水的灌溉适宜性进行对比分析。结果表明,地下水与黄河水均为弱碱性水,Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)为优势离子,Gibbs图显示地下水受到岩石风化淋溶和蒸发浓缩的双重影响,对灌溉适宜性影响较大的钠盐主要来自岩盐溶解。灌溉适宜性分析结果表明,从SAR、PI和RSC指标来看,地下水的灌溉适宜性较好,从SC指标来看,不适宜灌溉的地下水主要分布在灌区北部总排干和灌区南部黄河沿岸;根据农田灌溉水质标准分析,除总砷和氯化物两项指标外,其余指标适宜灌溉样品占比均高于90%,综合评价全区共231组地下水样品适宜灌溉。地下水与黄河水灌溉适宜性对比表明,黄河水的SAR和SC指标灌溉适宜性分析结果较好,地下水的PI和RSC指标灌溉适宜性分析结果较好,根据灌溉水质标准显示黄河水所有指标均适宜灌溉。本研究为日后内蒙古河套灌区合理选用灌溉水源提供数据支撑,为该区域地下水的治理与防控提供科学依据。 展开更多

关键词 河套灌区 灌溉适宜性 地下水 黄河水 水化学特征

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黄河冲积扇平原浅层地下水中氮循环对砷迁移富集的影响 被引量：14

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作者 李谨丞 曹文庚 +3 位作者 潘登 王帅 李泽岩 任宇 《岩矿测试》 CSCD 北大核心 2022年第1期120-132,共13页

黄河冲积扇平原浅层地下水砷含量超标情况严重,豫北平原的主体是黄河冲洪积扇平原。全面了解豫北平原浅层地下水氮循环驱动下砷的富集模式,对地下水资源的可持续利用和居民健康至关重要。本文采集豫北平原513组浅层地下水样品,采用原子... 黄河冲积扇平原浅层地下水砷含量超标情况严重,豫北平原的主体是黄河冲洪积扇平原。全面了解豫北平原浅层地下水氮循环驱动下砷的富集模式,对地下水资源的可持续利用和居民健康至关重要。本文采集豫北平原513组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,原子吸收光谱和离子色谱等方法进行全分析及微量元素分析,对该地区高砷地下水的水化学成分以及地下水中硝酸盐、氨氮与砷之间的相关关系进行探究,并研究了氮循环对地下水中砷迁移富集的影响。结果表明:研究区浅层地下水中砷浓度超标率为17.3%。不同沉积环境条件下氮的赋存形态和转化方式是砷富集的重要驱动因素。山前冲洪积扇裙带中经硝化作用产生大量NO_(3)^(-),浓度平均值为9.3mg/L,为各区最高,同时砷浓度为各区最低,平均值为1.3μg/L,NO_(3)^(-)与砷浓度之间良好的负相关性表明硝化作用产生大量NO_(3)^(-),不利于含砷氧化铁的溶解;NH_(4)^(+)含量较高的冲洪积扇前洼地及黄河决口扇地区,为高砷地下水的聚集地,两地地下水砷浓度平均值分别为49.7μg/L和18.9μg/L,超标率达到87.5%和71.4%。地下水中砷含量与NH_(4)^(+)之间良好的正相关关系表明,反硝化和硝酸异化还原成铵(DNRA)过程消耗了地下水中的NO_(3)^(-),生成大量NH_(4)^(+),促进吸附了砷的铁氧化物的还原溶解而导致砷释放到地下水中,形成了富集砷的环境。 展开更多

关键词 地下水 砷 原子荧光光谱法 氮素 氮循环 砷富集机制 豫北平原

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含砷地下水的治理技术现状与进展 被引量：13

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作者 曹文庚 王妍妍 +5 位作者 任宇 费宇红 李谨丞 李泽岩 张栋 帅官印 《中国地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1408-1426,共19页

【研究目的】全世界有70多个国家的上亿人口面临高砷地下水的威胁,长期饮用高砷地下水会导致慢性砷中毒,诱发癌症,严重危害身体健康。地下水中砷的浓度分布和变化是受到沉积环境、气象水文、矿物环境、人类活动影响等多种因素共同作用... 【研究目的】全世界有70多个国家的上亿人口面临高砷地下水的威胁,长期饮用高砷地下水会导致慢性砷中毒,诱发癌症,严重危害身体健康。地下水中砷的浓度分布和变化是受到沉积环境、气象水文、矿物环境、人类活动影响等多种因素共同作用的结果,因此需要从砷的不同理化性质特征进行着手,选择适当且有针对性的治理技术。【研究方法】基于现阶段含砷地下水的污染现状,综合考虑去除量、处理成本、修复速率、可逆性等多种因素,分析含砷地下水的治理现状与进展。【研究结果】本文全面地介绍含砷地下水治理技术,涵盖了化学氧化、混凝沉淀、吸附、离子交换、膜技术和生物修复等修复方式的研究成果,展现了不同类型处理方式对地下水中砷的去除效果,总结各技术发挥除砷效果的内在机理及最新优化措施,并对含砷地下水治理技术的发展趋势进行了展望,以期为含砷地下水的综合整治提供有意义的参考。【结论】目前的砷污染水处理技术存在诸多缺陷,产生的废物或污泥可能成为二次污染的潜在来源。因此,为了更好地保护环境免受As的影响,需要新的混合技术以及对As负载废物/污泥的安全处置方法。缺乏饮用水安全意识和偏远地区的适用性也给砷的治理带来了挑战,因此需要一种价格合理、易于构建、在社区或家庭层面运行的技术来解决这个问题。 展开更多

关键词 砷 地下水 治理技术 污染修复 生态 环境 地下水地质调查工程

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物理信息神经网络在水文地质与工程地质中的应用研究综述

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作者 朱琳 钱陈之皓 +3 位作者 宫辉力 郭涛 李帅 叶淼 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第7期13-25,共13页

【目的】在水文地质与工程地质研究中,传统机理数值模型在模拟复杂物理过程时存在建模精度低、不确定性等问题,机器学习模型则存在数据需求量大和可解释性差的不足。物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Networks,PINNs)作为一种... 【目的】在水文地质与工程地质研究中,传统机理数值模型在模拟复杂物理过程时存在建模精度低、不确定性等问题,机器学习模型则存在数据需求量大和可解释性差的不足。物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Networks,PINNs)作为一种结合物理定律和机器学习的新方法,能够为解决上述问题提供可行的方案。【方法】首先,通过整理近四年文献,系统梳理机理数值模型、机器学习模型以及机理-学习耦合模型在水文地质与工程地质领域的研究现状;其次,深入分析PINNs在该领域的最新应用;最后,阐述了PINNs在水文地质与工程地质领域发展中存在的问题,并对其今后的发展给出相关建议。【结果】研究发现,在水文地质与工程地质领域,PINNs部分解决了数值模型和机器学习模型中存在的数据稀缺、可解释性差和泛化性不足的问题,拥有广阔的应用前景。今后需要进一步解决其在鲁棒性、自适应权重分配和初边界条件处理方面的问题,深入挖掘其潜力。【结论】在未来研究中,建议耦合生成式模型或强化学习等模型,减少因数据质量和噪声对模型的影响,提高PINNs的鲁棒性;使用自适应学习算法和动态权重平衡机制,平衡损失函数各项权重,使PINNs模型输出矩阵满足正交条件,提高PINNs模型的计算效率;综合实际情况,选择优化激活函数、约束方式等,使PINNs模型收敛速度更快,结果更为精准。 展开更多

关键词 物理信息神经网络 数值模型 机器学习 耦合模型 地下水 水文地质 数值模拟 工程地质

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雄安新区东北部地面沉降成因探讨 被引量：3

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作者 闫星光 卢泽昌 +4 位作者 张进才 赵伟玲 陈勇 雒寒梦 褚立峰 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期173-184,共12页

为深入研究雄安新区东北部地面沉降主控因素,以大营镇分层标组为研究对象,利用常规土工试验、高压固结试验与分层沉降观测数据,结合前人研究成果对地面沉降成因进行探讨。结果表明:大营镇分层标组G1孔内第四系松散层总厚度412 m,其中浅... 为深入研究雄安新区东北部地面沉降主控因素,以大营镇分层标组为研究对象,利用常规土工试验、高压固结试验与分层沉降观测数据,结合前人研究成果对地面沉降成因进行探讨。结果表明:大营镇分层标组G1孔内第四系松散层总厚度412 m,其中浅部地层(第I、II含水组)厚度约170 m,黏性土占比66.4%~80.2%,结构松散,砂黏互层交替频繁,释水条件较好。浅部黏性土颗粒较细、分选性好、孔隙度大,液性指数多大于0.25,呈软塑、可塑态,自重压缩系数为0.03~0.43,均值0.08,与深部相比压缩性较强。浅部黏性土层以欠固结、正常固结夹欠固结状态为主,0~90 m超固结比均值为0.55,90~280 m超固结比均值为0.89,易于发生塑性变形,形成永久性沉降。雄安新区主要开采浅层地下水,地面沉降与地下水关系密切。2020年12月—2021年12月,大营镇分层标组监测结果显示,第四系松散层总沉降量为61 mm。其中,5~160 m第四系松散层沉降贡献量最大,为42 mm,表现为塑性形变特征;160~415 m第四系地层沉降贡献量小,为19 mm,表现为黏弹塑性形变特征。过量开采浅层地下水引起浅部固结程度低、压缩性高的黏性土层发生塑性变形是发生严重沉降的主要原因。 展开更多

关键词 雄安新区 土体物理指标 固结状态 分层监测 成因讨论

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京津冀平原非常规水资源利用前景分析及其生态环境效应 被引量：13

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作者 孟瑞芳 杨会峰 +3 位作者 包锡麟 徐步云 李磊 李谨丞 《中国地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期221-233,共13页

[研究目的]京津冀平原水资源严重短缺,供需矛盾十分突出,加大非常规水资源利用力度,形成多元供水格局,可有效缓解水资源供需矛盾,对支撑京津冀协同发展区社会经济协调发展和推动生态文明建设具有重要意义。[研究方法]文章系统开展非常... [研究目的]京津冀平原水资源严重短缺,供需矛盾十分突出,加大非常规水资源利用力度,形成多元供水格局,可有效缓解水资源供需矛盾,对支撑京津冀协同发展区社会经济协调发展和推动生态文明建设具有重要意义。[研究方法]文章系统开展非常规水资源供水方向、开发利用模式和供水规模分类数据统计,依据各省(直辖市)非常规水资源供水规划及配置目标,分析其开发利用前景及其生态环境效应。[研究结果]该区非常规水资源主要包括微咸水、再生水、淡化海水、雨洪水,其中微咸水主要分布于中东部平原的天津、沧州、衡水等地,供水前景为5.43×10^(8)m^(3);再生水利用以北京、天津等大中型及工业城市为主,供水前景为34.22×10^(8)m^(3);淡化海水利用以天津等滨海城市为主,供水前景为4.19×10^(8)m^(3);雨洪水利用较分散。[结论](1)微咸水用于农业灌溉存在土壤盐渍化风险,需加强水盐调控。(2)再生水用于河流生态补水,沿线地表水富营养化,地下水体未受到明显污染;地下水浅埋区开展再生水灌溉,会增加硝酸盐污染风险;建议将高风险的新兴污染物纳入再生水利用监控体系。(3)海水淡化尾液浓盐水、冷却热水可能改变天然海洋生态系统的分布、构成与多样性,应予以关注。(4)雨洪水利用可降低污水入河的水质风险,但过度利用可能影响区域生态系统的稳定性,建议城市区适度扩大利用。 展开更多

关键词 非常规水资源 微咸水 再生水 海水淡化 雨洪水 开发利用模式 供水规模 生态环境效应 水文地质调查工程 京津冀平原

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