劉 蓉，曹國亮，趙 勇，陸垂裕，孫青言，嚴(yán)聆嘉，彭 鵬

(1.中國水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.河北省水文水資源勘測(cè)局，河北 石家莊 050031)

地面沉降已經(jīng)成為一個(gè)全球性的地質(zhì)災(zāi)害問題，導(dǎo)致地面沉降的因素很多，過度開采地下水是造成地面沉降的主要原因，地面沉降的沉降速率和沉降量與地下水位的下降速率和下降量密切相關(guān)[1]。目前我國形成的面積較大的地下水漏斗區(qū)多達(dá)56個(gè)，漏斗中心地下水埋深最大達(dá)百余米，并且各個(gè)區(qū)域的沉降中心仍在不斷發(fā)展，沉降空間分布范圍有逐漸連成一片的趨勢(shì)[2]。由于深層地下水開采量很大一部分來自弱透水層的壓密釋水，這部分變形為不可恢復(fù)的非彈性變形，因此弱透水層壓密釋水量是一次性消耗量[3-5]。

土層壓縮變形會(huì)導(dǎo)致土層相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)改變，其中釋水系數(shù)和滲透系數(shù)是關(guān)鍵影響參數(shù)，現(xiàn)有的地面沉降模擬中多將參數(shù)設(shè)置為固定值[6]，造成很大的誤差[7]。隨土層的壓縮變形，土壤孔隙度逐漸減小，滲透系數(shù)、儲(chǔ)水系數(shù)也隨之減小，不同時(shí)期不同深度土層的滲透系數(shù)和儲(chǔ)水系數(shù)都不同[8-9]，因此考慮時(shí)變性參數(shù)的含水層系統(tǒng)壓縮模擬已成為地面沉降研究的關(guān)鍵和趨勢(shì)。地面沉降過程中水文地質(zhì)參數(shù)的變化規(guī)律是水文地質(zhì)研究的一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)有少量研究也基本是通過室內(nèi)巖土壓縮實(shí)驗(yàn)分析參數(shù)變化規(guī)律[10-15]。除了使地質(zhì)參數(shù)發(fā)生改變外，土層壓縮變形帶來的更為嚴(yán)重的影響是對(duì)含水層系統(tǒng)給水能力和儲(chǔ)水能力的影響，弱透水層非彈性壓縮變形造成的含水層系統(tǒng)儲(chǔ)水能力的永久性減小對(duì)地下水資源保障能力的影響尤為重要。

本文以含水層壓縮過程中的物理機(jī)制為依據(jù)，建立一維壓縮模型，并以滄州地區(qū)為研究區(qū)進(jìn)行沉降計(jì)算，旨在通過數(shù)學(xué)手段研究地下水開采量、沉降量、地質(zhì)參數(shù)變化以及給水能力變化之間的關(guān)系。淺層的越流補(bǔ)給量是地下水開采資源的重要組成部分[16]，但關(guān)于越流補(bǔ)給量所占的比例卻一直存在爭(zhēng)議，本文同時(shí)探討了越流補(bǔ)給規(guī)律。

1 研究方法

1.1 水文地質(zhì)概念模型

滄州是我國華北平原最典型的沉降漏斗區(qū)，沉降中心地區(qū)的累計(jì)沉降量已達(dá)2 600 mm[17]，近幾年由于限制地下水的開采，沉降速率得以減緩但仍在持續(xù)發(fā)生。為了研究地面沉降對(duì)于含水層系統(tǒng)地質(zhì)參數(shù)變化和給水能力變化的影響，本文將滄州地面沉降區(qū)的地層結(jié)構(gòu)[17]?；癁橐粋€(gè)多層含水層系統(tǒng)(圖1)，并對(duì)地面沉降概念模型作如下假設(shè)：①承壓含水層系統(tǒng)始終為飽和系統(tǒng)；②承壓含水層地下水開采量主要由承壓含水層彈性釋水、弱透水層非彈性釋水以及潛水含水層向承壓含水層的越流補(bǔ)給量構(gòu)成，不考慮承壓含水層的側(cè)向滲流；③潛水含水層水位保持不變；④土層的形變?yōu)榫鶆蛐巫儯虎莶豢紤]弱透水層壓縮變形的時(shí)間滯后性；⑥不考慮巖土固體部分和水本身的壓縮，土層的壓縮變形全為多孔介質(zhì)孔隙度的減小。

圖1 多層含水層系統(tǒng)地層結(jié)構(gòu)及弱透水層壓縮變形概念模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of the structure of themulti-layer aquifer system and the conceptualmodel of the aquitard compression deformation

根據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理，作用于含水層系統(tǒng)上的上覆巖土體、地表建筑物、大氣壓力等荷載形成的總壓應(yīng)力σ由有效應(yīng)力σ′和孔隙水應(yīng)力μ與之動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)?shù)叵滤_采后，地下水位下降導(dǎo)致孔隙水應(yīng)力μ減小，總壓應(yīng)力σ保持不變，有效應(yīng)力σ′增大，從而壓縮多孔介質(zhì)，引起土層壓縮變形，地面發(fā)生沉降。

深層地下水的開采量主要由以下幾部分構(gòu)成：承壓含水層的彈性釋水量、弱透水層的非彈性釋水量、越流補(bǔ)給量、側(cè)向補(bǔ)給量。對(duì)于滄州地區(qū)，張兆吉等[18]根據(jù)水均衡計(jì)算其深層地下水資源由8.9%的彈性釋水量、41.1%的黏土釋水量構(gòu)成、46.7%的越流補(bǔ)給量和3.3%的側(cè)向補(bǔ)給量構(gòu)成；郭永海等[19]計(jì)算的滄州深層地下水開采量由24.4%的砂層壓密釋水量、36.45%的黏土層壓密釋水量、36.19%的越流補(bǔ)給量和3%的側(cè)向補(bǔ)給量構(gòu)成。以上研究說明，研究區(qū)的側(cè)向補(bǔ)給量非常小，本次研究不予與考慮。因此在本模型中，地下水開采量由承壓含水層的彈性釋水量、弱透水層的非彈性釋水量以及潛水層越流補(bǔ)給量三部分構(gòu)成。隨著地下水位下降，含水層系統(tǒng)的給水能力受到影響，地下水可開采量、含水層的彈性釋水量和非彈性釋水量、越流補(bǔ)給量均發(fā)生變化。

1.2 含水層系統(tǒng)壓縮變形數(shù)學(xué)模型

為進(jìn)一步研究深層地下水開采過程中地面沉降對(duì)于含水層系統(tǒng)地質(zhì)參數(shù)變化和給水能力變化的影響，本次研究在提出的概念模型基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)公式[20-24]，建立一個(gè)一維數(shù)值模型對(duì)研究區(qū)進(jìn)行模擬計(jì)算。

承壓含水層地下水開采量：

V=Ve+Vv+Vl

(1)

式中：V——地下水開采量模數(shù)(單位面積的開采量)/m；

Ve——承壓含水層的彈性釋水量模數(shù)/m；

Vv——弱透水層的非彈性釋水量模數(shù)/m；

Vl——來自潛水層的越流補(bǔ)給量模數(shù)/m。

有效應(yīng)力：

σ′=σ-μ

(2)

假定總應(yīng)力σ不變，所以有效應(yīng)力的變化Δσ′即為孔隙水壓力的變化：

Δσ′=γwΔh

(3)

式中：γw——水的容重；

Δh——承壓水頭的變化。

承壓含水層彈性釋水量：

Ve=SkeΔh

(4)

Ske=Sskeb

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：Ske——彈性儲(chǔ)水系數(shù)；

Sske——彈性儲(chǔ)水率；

b——承壓含水層厚度/m；

Cr——彈性壓縮指數(shù)；

e——承壓含水層砂性土的孔隙比；

Δb——承壓含水層厚度變化/m；

b0——初始承壓含水層厚度/m；

Δe——孔隙比變化；

e0——初始孔隙比。

弱透水層非彈性釋水量：

Vv=SkvΔh

(9)

Skv=Sskvm

(10)

(11)

式中：Skv——黏土層的非彈性儲(chǔ)水系數(shù)；

Sskv——非彈性儲(chǔ)水率；

m——弱透水層厚度/m；

Cc——非彈性壓縮指數(shù)；

e——黏性土的孔隙比。

弱透水層厚度變化Δm、黏性土的孔隙比變化Δe的計(jì)算公式與承壓含水層相同。

潛水層的越流補(bǔ)給量：

(12)

(13)

式中：K——滲透系數(shù)；

Δt——越流時(shí)間/d；

Hu——潛水水位；

Hc——承壓水位；

C——與土體滲透系數(shù)相關(guān)的常數(shù)；

n——經(jīng)驗(yàn)指數(shù)的參數(shù)，一般取5；

e——弱透水層黏性土的孔隙比。

黏土層越流計(jì)算假設(shè)越流和水位變化同步，實(shí)際由于黏土層的壓縮滯后作用，存在越流滯后的現(xiàn)象，當(dāng)黏土層相鄰含水層出現(xiàn)水頭差后，造成黏土層的壓密釋水，當(dāng)相鄰含水層的水頭變化逐漸波及整個(gè)黏土層后，才開始發(fā)生越流，越流發(fā)生時(shí)間要滯后于相鄰含水層中水頭變化發(fā)生的時(shí)間。根據(jù)華北地區(qū)黏土層厚度、滲透系數(shù)和儲(chǔ)水系數(shù)計(jì)算的黏土層越流滯后時(shí)間為3～5 a[25]，相比本次模擬的時(shí)間尺度來說較短，對(duì)計(jì)算過程中的水量平衡影響不大。

1.3 含水層系統(tǒng)壓縮模擬計(jì)算

將承壓水頭的變化率Δh作為控制條件，采用迭代法進(jìn)行計(jì)算。在初始狀態(tài)下，給定一個(gè)承壓水頭變化值，帶入模型計(jì)算出開采量和變化后的各項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)的值，然后將這些變化后的參數(shù)作為下一次模擬計(jì)算的初始條件進(jìn)行計(jì)算，如此迭代循環(huán)計(jì)算直至計(jì)算結(jié)束。

模型參數(shù)分為兩種：固定參數(shù)，見表1；迭代變化參數(shù)，其初始值見表2。所有參數(shù)的選取均結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行設(shè)置[20-22,26]。

表1 模擬過程中固定不變的參數(shù)

表2 模擬過程中變化參數(shù)及其初始值

滄州漏斗區(qū)地下水位埋深變化趨勢(shì)如圖2所示[26-27]，深層地下水位埋深累計(jì)下降約100 m，淺層地下水位埋深的變幅不大，基本維持在10 m左右。參考滄州漏斗區(qū)地下水位變化情況，為了更清晰剝離分析水文地質(zhì)參數(shù)變化對(duì)含水層系統(tǒng)變形及開采量的影響，此次模擬將地下水位持續(xù)下降階段按勻速下降處理，滄州市沉降中心地下漏斗形成過程中地下水位的平均下降速率為2.8 m/a，將地下水位的計(jì)算變化步長(zhǎng)Δh定為0.1 m，對(duì)應(yīng)時(shí)間Δt為13 d，模擬結(jié)束時(shí)刻將累計(jì)地下水位下降值設(shè)置為200 m；根據(jù)式(13)反推得到與土體滲透系數(shù)相關(guān)的常數(shù)C；有效應(yīng)力σ′由總應(yīng)力(主要是含水層的上覆土體荷載)減去孔隙水壓力得到，假設(shè)總應(yīng)力基本保持不變，σ′的變化等于孔隙水應(yīng)力的變化；假設(shè)初始條件下承壓水位與潛水位相同，其水頭差Hu-Hc初始值為0，因?yàn)闈撍坏淖兎苄?，所以假定潛水位不變，隨著承壓水位的降低，承壓水位與潛水位間水力梯度逐漸變大。

圖2 滄州漏斗區(qū)深層地下水(第III含水組)埋深年際變化趨勢(shì)圖Fig.2 Interannual change trend of the depth to the deepgroundwater in the groundwater level depressioncone area near Cangzhouu數(shù)據(jù)來源：根據(jù)韓占濤等[27]和張廉鈞[28]研究結(jié)果所繪。

2 結(jié)果與分析

隨著承壓水位逐漸下降，含水層系統(tǒng)的多孔介質(zhì)受到壓縮，土層發(fā)生壓縮變形，孔隙比減小，儲(chǔ)水系數(shù)、滲透系數(shù)等相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)發(fā)生變化，含水層系統(tǒng)的給水能力和儲(chǔ)水能力也變化。

2.1 含水層系統(tǒng)壓縮變形分析

圖3表示的是承壓水位逐漸下降的過程中，弱透水層和承壓含水層的厚度變化情況。弱透水層的壓縮變形量明顯大于承壓含水層，承壓水頭下降100 m時(shí)，弱透水層的變形量為4.1 m，承壓含水層為1.4 m；假使承壓水頭累計(jì)下降達(dá)到200 m時(shí)，弱透水層的變形量為6 m，承壓含水層為2 m。深層地下水的開采造成的地面沉降主要是由弱透水層的壓縮變形造成的，且這部分壓縮變形為非彈性壓縮，不可恢復(fù)，是一種永久性的地質(zhì)災(zāi)害。壓縮釋出的是弱透水層內(nèi)地質(zhì)歷史時(shí)間尺度上形成的地下水，地下水資源儲(chǔ)存空間減小的體積，對(duì)于深層地下水資源同樣是一種永久性損害。承壓水頭勻速下降時(shí)，弱透水層和承壓含水層的變形速率逐漸減小。

圖3 弱透水層和承壓含水組的土層厚度的變化Fig.3 Changes in thickness of the aquitardand confined aquifer

2.2 含水層系統(tǒng)水文地質(zhì)參數(shù)變化分析

圖4表示的是隨著地下水位的下降，含水層系統(tǒng)相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)的變化過程。其中，圖4(a)表示的是弱透水層和承壓含水層介質(zhì)孔隙比的變化規(guī)律?？紫侗鹊淖兓?guī)律與土層厚度變化規(guī)律基本相同，都是逐漸減小且減小的速度逐漸變慢，弱透水層的孔隙比減少量是承壓含水層的3倍。圖4(b)表示的是弱透水層的非彈性儲(chǔ)水系數(shù)和承壓含水層的彈性儲(chǔ)水系數(shù)隨水頭下降的變化，二者都逐漸減小，且減小的速度越來越慢。從圖中可看出地下水位下降的前期，儲(chǔ)水系數(shù)的變化非常明顯，當(dāng)?shù)叵滤焕塾?jì)降深超過70 m后，二者的變化速率開始變得緩慢并開始逐漸趨于穩(wěn)定。另外，當(dāng)累計(jì)水頭下降100 m時(shí)，彈性、非彈性儲(chǔ)水系數(shù)都減少了約62%；當(dāng)累計(jì)水頭下降200 m時(shí)，彈性、非彈性儲(chǔ)水系數(shù)都減少了約77%，即結(jié)束地面沉降發(fā)生后含水層系統(tǒng)儲(chǔ)水系數(shù)僅為地面沉降發(fā)生前的20%～40%。含水層系統(tǒng)壓縮，儲(chǔ)水系數(shù)減小趨勢(shì)顯著，在地面沉降地區(qū)用固定不變的水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行地下水資源量計(jì)算是極其不準(zhǔn)確的。儲(chǔ)水系數(shù)也表征含水層系統(tǒng)的給水能力，隨著地下水位的不斷下降，整個(gè)含水層系統(tǒng)的給水能力受到嚴(yán)重威脅，假設(shè)對(duì)深層地下水持續(xù)進(jìn)行開采，地下水位繼續(xù)下降，土層繼續(xù)壓縮，儲(chǔ)水系數(shù)不斷減小，最終可能導(dǎo)致土層壓縮到極限，不再有非彈性壓縮釋水。圖4(c)表示的黏土層的滲透系數(shù)隨水頭下降的變化，也是逐漸減小且減小的速度越來越慢。由式(13)可知，黏土層的滲透系數(shù)由介質(zhì)的孔隙比決定，并且成正相關(guān)，但滲透系數(shù)的變化程度遠(yuǎn)大于孔隙比，當(dāng)水頭累計(jì)下降100m時(shí)，滲透系數(shù)減少37%，而弱透水層孔隙比僅減小了9.8%。

圖4 弱透水層和承壓含水層水力參數(shù)的變化Fig. 4 Changes in hydraulic parameters of the aquitard and confined aquifer

2.3 給水能力的變化分析

圖5表示的是承壓含水層的彈性釋水量、弱透水層的非彈性釋水量、淺層越流補(bǔ)給量以及總開采量在單位水頭降深下的變化和累計(jì)變化，反映出隨地下水位下降，含水層系統(tǒng)給水能力的變化規(guī)律。當(dāng)水頭累計(jì)下降100 m時(shí)，單位水頭降深可開采的彈性、非彈性釋水量減少62%，越流量增加將近3倍；當(dāng)水頭累計(jì)下降200 m時(shí)，單位水頭降深可開采的彈性、非彈性釋水量減少77%，越流量增加5倍多。隨著土層的壓縮變形，彈性釋水量和非彈性釋水量在大幅度減小但減小的速度越來越慢，這與彈性、非彈性儲(chǔ)水系數(shù)的變化相吻合，都反映出弱透水層和承壓含水層的給水能力隨承壓水位下降逐漸變小。而越流補(bǔ)給量卻隨水位的下降呈明顯增大趨勢(shì)，與弱透水層滲透系數(shù)的變化規(guī)律相反，這是因?yàn)闈B透系數(shù)雖然在逐漸減小，但潛水層與承壓含水層之間的水頭差卻在不斷增大，所以越流補(bǔ)給量呈緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)。由于弱透水層、承壓含水層給水能力逐漸減小且減小的速度越來越緩慢并且趨于穩(wěn)定，淺層越流補(bǔ)給量不斷增加且后期增幅較小，所以整個(gè)含水層系統(tǒng)深層地下水的給水能力逐漸減小，前期減小速度較快后期逐漸趨于穩(wěn)定。

圖5 可開采量的變化Fig.5 Changes in the amount that can be exploited

圖6表示的是單位水頭降深可開采量中的彈性釋水、非彈性釋水、越流補(bǔ)給三部分的占比和累計(jì)可開采量中的各部分占比。圖6(a)可看出，隨著水位的不斷下降，地下水位每下降1 m可開采量中，彈性釋水量、非彈性釋水量所占比例持續(xù)減小，累計(jì)水頭降深達(dá)100 m時(shí)，彈性釋水量由24.2%下降到12%，非彈性釋水量由75.7%下降到38%，均下降了將近一半；而單位水頭降深下的越流補(bǔ)給量所占比例卻在不斷增加，從原來的接近0增長(zhǎng)到50%。圖6(b)可看出隨著地下水位的下降，彈性、非彈性釋水量所占累計(jì)開采量的百分比在逐漸減小，而越流補(bǔ)給量所占的百分比在逐漸增大。當(dāng)水頭累計(jì)下降100 m時(shí)，弱透水層的累計(jì)非彈性壓密釋水量約占總開采量的55.9%，與前人[15]研究得到的57.6%相差不大。

對(duì)于深層地下水開采造成的沉降漏斗區(qū)，越流補(bǔ)給量已經(jīng)成為深層地下水開采的重要組成部分。目前關(guān)于越流補(bǔ)給量的計(jì)算方法主要有三種：張兆吉等[17]根據(jù)地下水均衡測(cè)算出滄州平均每年的越流補(bǔ)給量能達(dá)到47.6%；石建省等[29]根據(jù)沉降體積占深層開采量的比例反推出京津冀德平原累計(jì)越流量與側(cè)向補(bǔ)給量所占的比例為55%～58%；王瑩等[30]根據(jù)黏土層中氟離子濃度的變化推算出越流補(bǔ)給量占深層地下水開采量的36%。本次計(jì)算得到的滄州目前越流補(bǔ)給量占深層地下水開采量的49%，未來隨著承壓水頭的下降，越流補(bǔ)給量所占的比例還會(huì)繼續(xù)增加。隨壓縮變形對(duì)彈性、非彈性釋水量的影響，承壓含水層的地下水開采量必須通過越流量的增加而維持。根據(jù)以上分析，深層地下水的開采主要由黏土層的非彈性釋水構(gòu)成，但隨著地下水位的不斷下降，土層逐漸被壓實(shí)，這種壓密釋水逐漸減小，更多的開采量由來自淺層的越流補(bǔ)給量替代，越流補(bǔ)給量對(duì)于深層地下水開采量的貢獻(xiàn)越來越大。

圖6 各部分可開采量的占比Fig.6 Percentage of the recoverable amount of each part

3 討論

儲(chǔ)水系數(shù)是地下水流模型計(jì)算中的關(guān)鍵水文地質(zhì)參數(shù)，其大小動(dòng)態(tài)變化，且隨著沉降的發(fā)展減小幅度很大。對(duì)于地下水資源量計(jì)算，使用固定不變的儲(chǔ)水系數(shù)計(jì)算地下水資源量存在很大誤差，容易忽略地下水資源量的虧空。對(duì)沉降漏斗區(qū)開展地質(zhì)調(diào)查，確定新的地質(zhì)參數(shù)，并用動(dòng)態(tài)發(fā)展的計(jì)算方法計(jì)算地下水資源量對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)目前的地下水資源量來說至關(guān)重要。

從給水能力的變化來看，隨著地下水位的下降，整個(gè)含水層系統(tǒng)的給水能力逐漸變?nèi)?，雖然后期有微小的增長(zhǎng)，但這部分增長(zhǎng)的開采量由越流補(bǔ)給量貢獻(xiàn)。對(duì)于本研究建立的理想的一維沉降模型來說，確保淺層水量充足、潛水位與承壓水位差越來越大才能使越流補(bǔ)給量一直增大，而現(xiàn)實(shí)中含水層的越流補(bǔ)給情況其實(shí)非常復(fù)雜，但由于深層地下水的過度開采造成的對(duì)淺層地下水的襲奪確實(shí)客觀存在，其對(duì)整個(gè)含水層調(diào)蓄能力的影響以及伴生的咸水下移等一系列負(fù)面影響必須在未來地下水資源的管理中被考慮。

弱透水層和承壓含水層的壓密釋水量隨地下水位的下降越來越小，這對(duì)于地下水資源管理非常重要，在計(jì)算未來地下水可開采量時(shí)，需要考慮這種變化的影響。更為重要的是，由于弱透水層的壓縮變形非彈性不可逆，所以其儲(chǔ)水系數(shù)的減小為永久性減小，未來即使對(duì)地下水進(jìn)行回灌和補(bǔ)給，使地下水位上升到初始水平，但弱透水層的壓縮變形卻得不到回彈，其給水能力并不能恢復(fù)。所以一旦地面沉降發(fā)生，即使對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給，含水層系統(tǒng)儲(chǔ)存的水資源量并不能完全恢復(fù)，這對(duì)地下水庫容也是一種永久性的損失，含水層系統(tǒng)所能儲(chǔ)蓄的水資源量變少，對(duì)于地區(qū)的用水安全和地下水資源的保障能力影響巨大。

滄州深層地下水位累計(jì)下降約100 m，根據(jù)本模型計(jì)算出累計(jì)壓縮變形量約為4 m，這與實(shí)際觀測(cè)到的2.6 m[16]有一定差距。分析原因主要有以下幾方面：(1)因?yàn)楸疚膬H做了一個(gè)簡(jiǎn)單的一維沉降模型，而實(shí)際的沉降區(qū)情況特別復(fù)雜，現(xiàn)實(shí)中監(jiān)測(cè)到的沉降量為開采量作用到一個(gè)區(qū)域上的結(jié)果，本文是開采量作用到一個(gè)點(diǎn)造成的形變量，必然比實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)大很多；(2)很多計(jì)算所需的參數(shù)并無準(zhǔn)確的觀測(cè)值，所以大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，會(huì)造成很大的誤差；(3)本次研究設(shè)定的條件較為理想化，不考慮補(bǔ)給、沉降時(shí)間滯后性等因素，也是造成誤差的來源之一。本文的目的并不是將模擬的結(jié)果與實(shí)際情況做比較，而是通過數(shù)學(xué)手段對(duì)沉降發(fā)生過程中的水文地質(zhì)參數(shù)的變化規(guī)律做計(jì)算。雖然僅基于滄州地區(qū)的具體情況進(jìn)行了模擬研究，但通過模擬計(jì)算揭示的地面沉降造成的承壓含水層給水能力降低應(yīng)該是地面沉降嚴(yán)重地區(qū)普遍存在的現(xiàn)象，這些地區(qū)雖然地面沉降造成的地質(zhì)災(zāi)害問題已經(jīng)引起高度重視，但伴隨其發(fā)生的水文地質(zhì)參數(shù)變化造成的承壓含水層系統(tǒng)給水能力的永久性降低也迫切地需要研究者和管理者重視。

4 結(jié)論

(1)地面沉降過程中，隨土層孔隙度減小，弱透水層儲(chǔ)水系數(shù)和滲透系數(shù)均減小，以滄州地區(qū)為例，弱透水層儲(chǔ)水系數(shù)最高可減小77%、滲透系數(shù)最高可減小50%。

(2)弱透水層的非彈性壓縮釋水是深層地下水開采量的主要構(gòu)成來源，其對(duì)開采量的貢獻(xiàn)量隨弱透水層壓縮而逐漸減小，模擬發(fā)現(xiàn)，承壓水位累計(jì)下降達(dá)200 m時(shí)，非彈性釋水量可減小77%；承壓含水層的彈性釋水量占開采量比例較小，呈逐漸減小的趨勢(shì)，本次模擬中最多也可減小77%；潛水層越流補(bǔ)給量隨潛水位與承壓水位差增大而增大，最高可增大5倍。整個(gè)含水層系統(tǒng)深層地下水的給水能力逐漸減小。

(3)弱透水層的壓縮變形不可恢復(fù)，造成的含水層系統(tǒng)地下水儲(chǔ)量是永久性損失，即使通過深層地下水的禁采或人工補(bǔ)給等手段，承壓含水層水位能夠有一定水平恢復(fù)，但損失的弱透水層水儲(chǔ)量并不能得到補(bǔ)充，儲(chǔ)水系數(shù)減小也降低了含水層系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。地面沉降導(dǎo)致的整個(gè)深層含水層系統(tǒng)的給水能力降低，對(duì)地下水安全和供水保障能力有很大的影響，假設(shè)發(fā)生極端的自然災(zāi)害，沉降區(qū)的深層地下水能否還能應(yīng)對(duì)應(yīng)急用水需求值得深入研究。

(4)實(shí)際的含水層系統(tǒng)非常復(fù)雜，本文為深層地下水開采導(dǎo)致的地面沉降造成的水文地質(zhì)參數(shù)和含水層系統(tǒng)給水能力的變化規(guī)律提供了一種新的研究手段和思路。本次研究對(duì)沉降的時(shí)間滯后性、區(qū)域差異性等并未考慮，今后將從這幾方面繼續(xù)進(jìn)行深入研究。