城市化进程下北京平原渗流场与地面沉降发展演化模拟
发布时间：2021-06-07 20:34
北京地面沉降已有60多年的历史,其发生发展与半个多世纪城市的快速扩张密不可分。从整个北京平原地下水系统出发,梳理多年时间序列（1950-2015年）的城市发展规模、人口、水资源及开采动态等数据,结合遥感技术解译不同年代北京平原的不透水面变化,分析其对降雨入渗补给量的影响;构建整个北京平原含水层-弱透水层三维结构系统,借助PMWIN软件建立区域尺度的地下水流-地面沉降耦合模型,利用长期水位及沉降观测数据对模型进行识别验证;开展长时间序列的北京平原地下水水头场与地面沉降演化模拟,研究快速城市化进程下北京平原多层含水层系统渗流场演变与地面沉降响应特征。研究表明:长时间尺度区域地下水流场-地面沉降演化模拟基本再现了地面沉降形成和发展演化的过程;北京地下水开采历史与地面沉降发展历史具有一致性,而不同沉降区地面沉降发展受地下水开采和城市发展双重控制,是二者综合作用的结果。
【文章来源】：地质科技通报. 2020,39(01)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
北京平原第四系地质图(据文献[24]修改)
图1 北京平原第四系地质图(据文献[24]修改)北京处于海河流域,地表水资源匾乏,多年来一直以超采地下水维持城市用水供需平衡[29]。降水是北京水资源的主要来源,1950-2015年北京市人口、降雨量和地下水开采量变化情况见图3。由图3可知,平原区20世纪60-70年代降雨量稳定在610 mm左右;80年代大幅下降至550 mm;90年代有所升高;2000年后降至520mm,远低于多年平均降雨量,连年干旱直接导致了水资源的减少。地下水开采是北京平原地下水最主要的排泄方式,也是北京平原形成地下水降落漏斗的直接原因。随着城市规模的扩大和城市人口的增长,地下水开采量不断增加。20世纪五六十年代,地下水开采初期阶段;70年代,开采量快速增长,城近郊出现超采;80年代初,地下水开采量达到最高值;80年代后期-90年代,由于水资源综合管理水平提高,地下水开采量相对稳定,但始终处于超采状态;21世纪以来,随着城市污水管网的优化、水处理技术的提高和南水北调工程的完善,再生水和南水北调供水逐渐成为北京市水资源供给的组成部分,很大程度地缓解了北京水资源危机,减少了北京市地下水资源的开采量。
城市地面硬化会大大降低降雨入渗补给量,进而影响整个区域地下水系统的补给与循环。根据朱琳等[21]、Zhu等[31]研究结果,1982-2007年,城市建设用地扩张了831 km2,不透水面大面积增加,导致区域降水入渗补给量减少约0.3亿m3。陈蓓蓓等[23]、Chen等[23]研究了2000-2009年北京城市扩张与降雨入渗补给量变化后认为,2000-2009年间中心城区迅速扩张,不透水面积比例逐年增加,降低了降雨对地下水的有效补给;而研究区降雨有效补给比率从2000年的48%减少至2009年的38%,说明随着不透水面积增长,降雨对地下水补给的损失越来越多。综合以上信息可推断,随着城市化的发展进程,不透水面积比例逐年增加,从整个区域水循环的角度,势必也会减少区域的地下水补给量,进而间接导致地下水的超量开采和地下水降落漏斗的形成。图4 北京平原不透水面积与地下水水位埋深变化图
【参考文献】：
期刊论文
[1]北京平原地面沉降数值模拟情景分析[J]. 秦欢欢. 地质科技情报. 2019(01)
[2]冲洪积平原地面沉降特征及主控因素——以北京平原为例[J]. 周毅,罗郧,郭高轩,罗勇,雷坤超,王荣. 地质通报. 2016(12)
[3]城市化发展历程回顾与新型城市化发展趋势分析——以特大城市北京为例[J]. 常艳. 理论月刊. 2014(09)
[4]国际地面沉降研究现状与发展趋势评述(英文)[J]. Devin L. Galloway. 上海国土资源. 2014(02)
[5]城市扩张下的北京平原区降雨入渗补给量变化[J]. 朱琳,刘畅,李小娟,郭高轩,潘云. 地球科学(中国地质大学学报). 2013(05)
[6]北京市城市化水平演变进程的综合测度[J]. 吴文佳,高斯瑶,吴殿廷. 经济研究导刊. 2013(22)
[7]北京平原区地下水水位与地面沉降关系研究[J]. 杨勇,郑凡东,刘立才,王素芬,王荣. 工程勘察. 2013(08)
[8]基于Landsat TM5遥感影像的北京市平原区不透水面积变化分析[J]. 侯爱中,倪广恒,雷志栋,敬书珍. 水力发电学报. 2013(03)
[9]北京市平原区地下水动态要素的时间变化及其启示[J]. 翟远征,王金生. 水利学报. 2012(09)
[10]北京地下水系统演化与地面沉降过程[J]. 陈蓓蓓,宫辉力,李小娟,雷坤超,顾兆芹,党亚南,杜钊锋. 吉林大学学报(地球科学版). 2012(S1)
博士论文
[1]北京平原区地下水可持续利用模型研究[D]. 王丽亚.中国地质大学（北京） 2014
硕士论文
[1]联合遥感与分布式水文模型估算北京平原区降水入渗补给量[D]. 崔秋洋.首都师范大学 2014
[2]基于PS-InSAR技术与信息熵的北京典型区域不均匀地面沉降研究[D]. 周超凡.首都师范大学 2014
[3]北京典型区域不均匀地面沉降成因机制分析[D]. 杜钊锋.首都师范大学 2013
[4]北京市城市化对城市用水影响机制研究[D]. 张丽平.首都师范大学 2004
本文编号：3217263
【文章来源】：地质科技通报. 2020,39(01)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
北京平原第四系地质图(据文献[24]修改)
图1 北京平原第四系地质图(据文献[24]修改)北京处于海河流域,地表水资源匾乏,多年来一直以超采地下水维持城市用水供需平衡[29]。降水是北京水资源的主要来源,1950-2015年北京市人口、降雨量和地下水开采量变化情况见图3。由图3可知,平原区20世纪60-70年代降雨量稳定在610 mm左右;80年代大幅下降至550 mm;90年代有所升高;2000年后降至520mm,远低于多年平均降雨量,连年干旱直接导致了水资源的减少。地下水开采是北京平原地下水最主要的排泄方式,也是北京平原形成地下水降落漏斗的直接原因。随着城市规模的扩大和城市人口的增长,地下水开采量不断增加。20世纪五六十年代,地下水开采初期阶段;70年代,开采量快速增长,城近郊出现超采;80年代初,地下水开采量达到最高值;80年代后期-90年代,由于水资源综合管理水平提高,地下水开采量相对稳定,但始终处于超采状态;21世纪以来,随着城市污水管网的优化、水处理技术的提高和南水北调工程的完善,再生水和南水北调供水逐渐成为北京市水资源供给的组成部分,很大程度地缓解了北京水资源危机,减少了北京市地下水资源的开采量。
城市地面硬化会大大降低降雨入渗补给量,进而影响整个区域地下水系统的补给与循环。根据朱琳等[21]、Zhu等[31]研究结果,1982-2007年,城市建设用地扩张了831 km2,不透水面大面积增加,导致区域降水入渗补给量减少约0.3亿m3。陈蓓蓓等[23]、Chen等[23]研究了2000-2009年北京城市扩张与降雨入渗补给量变化后认为,2000-2009年间中心城区迅速扩张,不透水面积比例逐年增加,降低了降雨对地下水的有效补给;而研究区降雨有效补给比率从2000年的48%减少至2009年的38%,说明随着不透水面积增长,降雨对地下水补给的损失越来越多。综合以上信息可推断,随着城市化的发展进程,不透水面积比例逐年增加,从整个区域水循环的角度,势必也会减少区域的地下水补给量,进而间接导致地下水的超量开采和地下水降落漏斗的形成。图4 北京平原不透水面积与地下水水位埋深变化图
【参考文献】：
期刊论文
[1]北京平原地面沉降数值模拟情景分析[J]. 秦欢欢. 地质科技情报. 2019(01)
[2]冲洪积平原地面沉降特征及主控因素——以北京平原为例[J]. 周毅,罗郧,郭高轩,罗勇,雷坤超,王荣. 地质通报. 2016(12)
[3]城市化发展历程回顾与新型城市化发展趋势分析——以特大城市北京为例[J]. 常艳. 理论月刊. 2014(09)
[4]国际地面沉降研究现状与发展趋势评述(英文)[J]. Devin L. Galloway. 上海国土资源. 2014(02)
[5]城市扩张下的北京平原区降雨入渗补给量变化[J]. 朱琳,刘畅,李小娟,郭高轩,潘云. 地球科学(中国地质大学学报). 2013(05)
[6]北京市城市化水平演变进程的综合测度[J]. 吴文佳,高斯瑶,吴殿廷. 经济研究导刊. 2013(22)
[7]北京平原区地下水水位与地面沉降关系研究[J]. 杨勇,郑凡东,刘立才,王素芬,王荣. 工程勘察. 2013(08)
[8]基于Landsat TM5遥感影像的北京市平原区不透水面积变化分析[J]. 侯爱中,倪广恒,雷志栋,敬书珍. 水力发电学报. 2013(03)
[9]北京市平原区地下水动态要素的时间变化及其启示[J]. 翟远征,王金生. 水利学报. 2012(09)
[10]北京地下水系统演化与地面沉降过程[J]. 陈蓓蓓,宫辉力,李小娟,雷坤超,顾兆芹,党亚南,杜钊锋. 吉林大学学报(地球科学版). 2012(S1)
博士论文
[1]北京平原区地下水可持续利用模型研究[D]. 王丽亚.中国地质大学（北京） 2014
硕士论文
[1]联合遥感与分布式水文模型估算北京平原区降水入渗补给量[D]. 崔秋洋.首都师范大学 2014
[2]基于PS-InSAR技术与信息熵的北京典型区域不均匀地面沉降研究[D]. 周超凡.首都师范大学 2014
[3]北京典型区域不均匀地面沉降成因机制分析[D]. 杜钊锋.首都师范大学 2013
[4]北京市城市化对城市用水影响机制研究[D]. 张丽平.首都师范大学 2004
本文编号：3217263
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