基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法技术

基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，包括以下步骤：第一步，数据获取与整理分析：从已有的资料、文献中获取所需的数据和资料，并进行趋势检测分析；第二步，建立工作区地下水三维模型：根据第一步中获取的相关数据，建立工作区的地下水三维模型；第三步，计算黄土湿陷；第四步，计算砂土液化；第五步，地质灾害评价：根据第三、四步的计算结果进行地质灾害评价；通过系统收集和分析城市地表水、地下水、植被、土地利用、岩土分布等生态要素的基础上，建立地下水三维模型并计算黄土湿陷、砂土液化等地质灾害，确定地下水与黄土湿陷、砂土液化等地质问题的相关性，对地质灾害风险进行评价。进行评价。进行评价。

【技术实现步骤摘要】
基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法


[0001]本专利技术属于城市地质灾害风险评价
，特别涉及基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法。

技术介绍

[0002]自20世纪80年代以来，在城市规模迅速扩大和人口急剧扩张的背景下，多个北方城市出现水资源供给不足和地下水过度开采等问题，引发地面沉降、地裂缝等城市地质环境灾害频频发生，成为限制城市健康发展的重要原因。因此，在深入认识与地下水相关的城市地质问题及其控制因素的基础上，不断加强城市生态环境调查评价与优化是促进城市健康建设与发展，提升人民群众获得感的重要基础保障。
[0003]我国北方城市人类活动剧烈，文化积淀深厚但生态环境脆弱。频发的环境地质问题容易诱发一系列生态环境和社会经济问题，是国家和社会关注的热点。在政府和社会各界的不断推动和努力下，我国在城市地质问题方面出台了一系列政策文件并已开展大量的治理措施，然而，现阶段仍存在理论与实践脱节、生态优化的定义不明确、评价与实际管理衔接不畅等问题。
[0004]目前在城市地质灾害风险评价中尚缺乏针对黄土湿陷、砂土液化等问题的评价方法，尤其是在地下水位与这些环境地质问题的关系表达方面尚不明确，从而限制了城市生态环境预警监测系统完善和城市环境承载力风险控制能力的提升。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，通过系统收集和分析城市地表水、地下水、植被、土地利用、岩土分布等生态要素的基础上，建立地下水三维模型并计算黄土湿陷、砂土液化等地质灾害，确定地下水与黄土湿陷、砂土液化等地质问题的相关性，对地质灾害风险进行评价。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，包括以下步骤：
[0008]第一步，数据获取与整理分析：从已有的资料、文献中获取所需的数据和资料，并进行趋势检测分析；
[0009]第二步，建立工作区地下水三维模型：根据第一步中获取的相关数据，建立工作区的地下水三维模型；
[0010]第三步，计算黄土湿陷；
[0011]第四步，计算砂土液化；
[0012]第五步，地质灾害评价：根据第三、第四步的计算结果进行地质灾害评价。
[0013]第一步中所述的数据包括城市控制性气象站、水文站和雨量站在研究时间内的逐日观测资料，水文地质图，研究时间内的逐日/月地下水位动态，反映地表覆盖状态的城市土地利用图，城市调查勘测的相关地质问题数据，并采用曼－肯德尔趋势检验方法对时间
动态数据进行趋势检测分析。
[0014]第二步中所述的建立工作区地下水三维模型，具体方法为，通过对第一步中获取的水文地质图和剖面分析，根据埋藏条件及水力学状态，将工作区内300m以内的含水层概化分类；基于工作区水文地质特征，基于有限差分数值模型MODFLOW
‑
2005建立城市地下水三维地质模型和水流模型，确定零流量边界、定水头边界，使用网格对工作区进行剖分，垂向剖分含水层为潜水含水层、隔水层、浅层承压水层、隔水层、深层承压水层，并设置补给条件与水源地排泄条件。
[0015]第三步中所述的黄土湿陷，选取下列几个参数进行评价计算：
[0016](1)地下水位埋深x：采用地下水位埋深变化反映历年地下水位变化情况，用以下公式计算：
[0017]x＝H
‑
h
[0018]其中，x为地下水位埋深，H为地面高程，h为地下水位；
[0019](2)土壤含水量y：指土壤绝对含水量，即100g烘干土中含有若干克水分，也称土壤含水率；
[0020](3)土壤饱和度S：土的饱和度是指土体孔隙中水占的体积与土体孔隙体积的比值；
[0021](4)土壤容重γ和孔隙比e，土壤容重是指单位容积原状土壤干土的质量，以g/cm3表示；孔隙度是指单位容积土壤中孔隙所占的百分率，即土壤固体颗粒间孔隙的百分率；
[0022]平均土壤含水量y与地下水埋深呈指数下降关系得出相关方程：
[0023]y＝ae
‑
bx
[0024]其中，y为土壤含水率，x为地下水埋深，a和b为拟合参数，根据工作区土壤性质确定；根据此相关方程，计算出不同地下水埋深(0.5
‑
30.0m)的平均土壤含水量；土壤含水量和饱和度的关系如下式所示：
[0025][0026]其中，S为饱和度，y为含水量，γ为土壤容重，e为孔隙比；因此，根据上式计算出土壤饱和度S，将工作区内饱和度在35～67％范围内的黄土定义为湿陷风险区。
[0027]第四步所述的砂土液化的特征和产生方式，采用HAZUS模型进行城市砂土液化风险区的评价，首先通过以下关系式确定给定敏感性类别的液化概率：
[0028][0029]其中，
[0030]P[LiquefactionSC|PGA＝a]＝给定敏感性类别在指定峰值地面加速度水平下的条件液化概率；
[0031]K
M
＝震级(M)校正因子；
[0032]K
W
＝地下水位埋深校正因子；
[0033]P
ml
＝地图单元易液化的比例。
[0034]震级和地下水位的校正因子使用以下关系式计算：
[0035]K
M＝0.0027M3‑
0.0267M2‑
0.2055M+2.9188
[0036]K
W
＝0.022d
w
+0.93
[0037]其中，K
M
＝震级(M)校正因子，K
W
＝地下水位埋深校正因子，M＝地震震级，d
w
＝地下水位埋深(以英尺为单位)。
[0038]第五步所述的地质灾害评价方法，将第三步中计算出的参数及属性导入到Arcgis软件中，对饱和度在35
‑
67％范围内的黄土区进行识别、筛选及统计，进而得到各年份黄土湿陷风险区的范围及面积分布图；
[0039]将第四步中计算出的参数及属性导入到Arcgis软件中，将砂土液化发生概率>70％范围内的地区定义为砂土液化风险区，并进行识别、筛选及统计，进而得到各年份砂土液化风险区的范围及面积分布图。
[0040]本专利技术的优点：
[0041]1、在系统收集和分析城市地表水、地下水、植被、土地利用、岩土分布等生态要素的基础上，基于有限差分数值模型MODFLOW
‑
2005建立城市地下水三维地质模型和水流模型，通过建立的三维地质模型和水流模型，对地下水水位的空间分布进行了趋势分析，确定了地下水水位。
[0042]2、首次考虑了黄土湿陷、砂土液化问题来评价地质灾害风险，通过计算土壤饱和度，得出了黄土湿陷的概率；通过计算不同敏感性类别岩土的液化概率，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，数据获取与整理分析：从已有的资料、文献中获取所需的数据和资料，并进行趋势检测分析；第二步，建立工作区地下水三维模型：根据第一步中获取的相关数据，建立工作区的地下水三维模型；第三步，计算黄土湿陷；第四步，计算砂土液化；第五步，地质灾害评价：根据第三、第四步的计算结果进行地质灾害评价。2.根据权利要求1所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于，第一步中所述的数据包括城市控制性气象站、水文站和雨量站在研究时间内的逐日观测资料，水文地质图，研究时间内的逐日/月地下水位动态，反映地表覆盖状态的城市土地利用图，城市调查勘测的相关地质问题数据，并采用曼－肯德尔趋势检验方法对时间动态数据进行趋势检测分析。3.根据权利要求1所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于，第二步中所述的建立工作区地下水三维模型，具体方法为，通过对第一步中获取的水文地质图和剖面分析，根据埋藏条件及水力学状态，将工作区内300m以内的含水层概化分类；基于工作区水文地质特征，基于有限差分数值模型MODFLOW
‑
2005建立城市地下水三维地质模型和水流模型，确定零流量边界、定水头边界，使用网格对工作区进行剖分，垂向剖分含水层为潜水含水层、隔水层、浅层承压水层、隔水层、深层承压水层，并设置补给条件与水源地排泄条件。4.根据权利要求1所述的基于地下水位的黄土地区城市地质灾害风险评价方法，其特征在于，第三步中所述的黄土湿陷，选取下列几个参数进行评价计算：(1)地下水位埋深x：采用地下水位埋深变化反映历年地下水位变化情况，用以下公式计算：x＝H
‑
h其中，x为地下水位埋深，H为地面高程，h为地下水位；(2)土壤含水量y：指土壤绝对含水量，即100g烘干土中含有若干克水分，也称土壤含水率；(3)(3)土壤饱和度S：土的饱和度是指土体孔隙中水占的体积与土体孔隙体积的比值；(4)土壤容重γ和孔隙比e，土壤容重是指单位容积原状土壤干土的质量，以g/cm3表示；孔隙度是指单位容积土壤中孔隙所占的百分率，即土壤固体颗粒间孔隙的百分率；平均土壤含水量y与地下水埋深呈指数下降关系得...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚莹莹，赵煜峰，邓宇坤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：