1、 第 18 卷 增 刊 2 地 下 空 间 与 工 程 学 报 Vol.18 2022 年 12 月 Chinese Journal of Underground Space and Engineering Dec.2022地 下 空 间 对 地 下 水 环 境 影 响 及 其 控 制 因 素 分 析石 卫1,2,李 建 华3,4,王 玮3,4,王 春 淼1,2(1.陕 西 省 城 市 地 质 与 地 下 空 间 工 程 技 术 研 究 中 心,西 安 710068;2.陕 西 省 水 工 环 地 质 调 查 中 心,西 安 710068;3.长 安 大 学 水 利 与 环 境 学 院,西 安
2、 710054;4.长 安 大 学 旱 区 地 下 水 文 与 生 态 效 应 教 育 部 重 点 实 验 室,西 安 710054)摘 要:为 了 深 入 探 讨 地 下 空 间 对 地 下 水 流 场 产 生 影 响 的 主 控 因 子 和 作 用 机 理,以 咸 阳 市 主 城区 为 研 究 对 象,建 立 三 维 地 下 水 流 数 值 模 型 并 结 合 梯 度 提 升 回 归 树 算 法,对 29 种 不 同 形 状 和 不同 布 设 方 式 的 地 下 空 间 对 地 下 水 流 场 产 生 的 影 响 进 行 了 研 究,并 对 影 响 地 下 水 流 场 的 主 控 因 素进
3、 行 了 分 析。结 果 表 明:地 下 空 间 阻 水 面 积 是 影 响 地 下 水 流 场 最 主 要 的 因 素,单 体 地 下 空 间 垂 直水 流 方 向 长 度 和 其 埋 深 对 地 下 水 流 场 的 扰 动 较 大;地 下 空 间 对 流 场 的 影 响 主 要 发 生 在 其 上 下 游方 向,对 两 侧 影 响 较 小,且 下 游 流 场 受 扰 动 的 面 积 比 上 游 大;群 体 地 下 空 间 布 局 应 尽 可 能 增 加 垂直 水 流 方 向 上 的 间 距 和 减 小 平 行 水 流 方 向 间 距,以 减 小 水 头 差 和 叠 加 作 用 的 影 响。
4、研 究 结 果 对科 学 规 划 城 市 地 下 空 间 建 设,促 进 地 下 水 环 境 与 城 市 发 展 的 和 谐 关 系 有 重 要 作 用。关 键 词:地 下 空 间;地 下 水 环 境;数 值 模 拟;地 下 水 流 场中 图 分 类 号:P641.2 文 献 标 识 码:A 文 章 编 号:1673-0836(2022)增 2-0 893-10A n a l y s i s o n t h e I m p a c t o f U n d e r g r o u n d S p a c e o n G r o u n d w a t e r E n v i r o n m e
5、n t a n d I t s C o n t r o l F a c t o r sShi Wei1,2,Li Jianhua3,4,Wang Wei3,4,Wang Chunmiao1,2(1.S h a a n x i E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r f o r U r b a n G e o l o g y a n d U n d e r g r o u n d S p a c e,X i a n 710068,P.R.C h i n a;2.S h a a n x i H y
6、d r o g e o l o g y E n g i n e e r i n g G e o l o g y a n d E n v i r o n m e n t G e o l o g y S u r v e y C e n t e r,X i a n 710068,P.R.C h i n a;3.S c h o o l o f W a t e r R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t,C h a n g a n U n i v e r s i t y,X i a n 710054,P.R.C h i n a;4.K e y L a
7、b o r a t o r y o f S u b s u r f a c e H y d r o l o g y a n d E c o l o g i c a l E f f e c t i n A r i d R e g i o n,M i n i s t r y o f E d u c a t i o n,C h a n g a n U n i v e r s i t y,X i a n 710054,P.R.C h i n a)A b s t r a c t:In order to deeply explore the main influencing factors and the
8、 mechanism of the effect of underground space on the groundwater flow field,taking the main urban area of Xianyang City as the research object,a three-dimensional numerical model of groundwater flow is established,and the GBRT algorithm is used to investigate the effects of 29 different shapes and d
9、ifferent layouts of underground space on the groundwater flow field,respectively,and the main influencing factors affecting the groundwater flow field are analyzed.The results show that:The groundwater flow field is mainly influenced by the water-blocking area of the underground space;the length of
10、the vertical flow direction of the single underground space and its burial depth disturb the groundwater flow field;the influence of the underground space on the flow field mainly occurs in the upstream and downstream directions,with less influence on both sides,and the downstream flow field is dist
11、urbed by a larger area than the upstream;the layout of the group underground space should increase the spacing in the vertical flow direction and reduce the The group underground space layout should increase the spacing in the vertical flow direction and reduce the spacing in the parallel flow direc
12、tion as much as possible to reduce the influence of head difference and superimposed effects.The 收 稿 日 期:2022-06-11(修 改 稿)作 者 简 介:石 卫(1985),男,陕 西 宝 鸡 人,高 级 工 程 师,主 要 从 事 工 程 地 质 与 城 市 地 质 研 究。E-mail:shiwei_gz 通 讯 作 者:李 建 华(1998),男,湖 南 怀 化 人,硕 士 生,主 要 从 事 地 下 水 方 面 研 究。E-mail:2020229047 基 金 项 目:陕 西 省
13、 重 点 研 发 计 划 项 目(2021SF2-02);陕 西 省 公 益 性 地 质 专 项(202109,20180303)study results have an important role in the scientific planning of urban underground space construction and in promoting the harmonious relationship between underground water environment and urban development.K e y w o r d s:undergroun
14、d space;groundwater environment;numerical simulation;groundwater flow field0 引 言随 着 我 国 经 济 社 会 的 快 速 发 展 以 及 城 市 化 比例 的 不 断 提 高,预 计 到 2030 年,我 国 城 市 人 口 总 数将 超 过 10 亿 人,而 镇 化 率 也 将 达 到 70%,这 必 然 会导 致 各 大 城 市 用 地 趋 于 饱 和,人 地 矛 盾 加 剧 1。地 铁、地 下 商 场 和 地 下 停 车 场 等 地 下 空 间 的 开 发 与建 设 可 以 有 效 缓 解 城 市 人 口、
15、资 源 和 地 面 交 通 等 压力 2。然 而,盲 目 开 挖 和 不 合 理 的 地 下 建 筑 物 布局,极 易 对 地 下 水 环 境 造 成 严 重 影 响 并 引 发 环 境 地质 问 题 3-5。近 年 来,随 着 全 国 各 大 城 市 地 下 空 间的 大 量 建 设,地 下 空 间 与 地 下 水 环 境 之 间 的 问 题 逐渐 成 为 水 文 地 质 领 域 的 研 究 热 点 之 一。地 下 空 间 可 能 会 引 起 地 面 沉 降、改 变 地 下 水 流动 系 统 和 造 成 水 质 恶 化 等 问 题,国 内 外 学 者 对 这 些问 题 都 有 进 行 过 相
16、 关 研 究。Santos 等 6使 用 人 工神 经 网 络 对 圣 保 罗 2 号 线 地 铁 站 建 设 造 成 的 地 铁上 部 地 面 沉 降 进 行 了 预 测 分 析。Chae 等 7用 地 球化 学 模 拟 的 方 法,论 证 了 韩 国 首 尔 的 地 下 水 局 部 恶化 是 由 于 当 地 地 铁 隧 道 渗 流 引 起 的 水 化 学 变 化 造成 的。熊 志 涛 等 8分 析 了 武 汉 地 铁 三、四 号 线 对地 下 水 流 场 的 影 响,发 现 地 铁 在 施 工 期 对 地 下 径 流的 影 响 要 大 于 运 营 期;地 铁 迎 水 面 的 地 下 水 发
17、 生 雍高,背 水 面 水 位 降 低,且 杨 晓 婷 等 9在 对 西 安 地 铁2 号 线 以 及 彭 柏 兴 等 10在 对 长 沙 地 铁 1 号 线 的 研究 中 对 此 均 取 得 了 统 一 的 认 识。此 外,曾 超 峰等 11-12、薛 秀 丽 等 13还 对 在 已 存 地 下 空 间 附 近 进 行基 坑 降 水 引 发 的 地 层 变 形 特 性 进 行 了 系 统 研 究,发现 已 存 地 下 空 间 对 基 坑 开 挖 有 一 定 的 阻 隔 作 用,地下 空 间 与 基 坑 间 隔 越 小,阻 隔 作 用 越 明 显;随 着 间 隔距 离 的 增 加,阻 隔 作
18、用 主 要 由 阻 土 作 用 变 为 阻 水 作用,直 到 阻 隔 作 用 消 失。可 见 地 下 空 间 对 地 下 水 流场、化 学 场 和 土 体 力 场 都 会 产 生 影 响。目 前 大 多 数对 地 下 水 流 场 的 研 究 都 是 针 对 于 已 经 建 成 的 地 铁 等地 下 空 间 的,但 是 除 线 性 的 地 铁 隧 道 之 外,还 有 地 铁站、地 下 商 场 和 地 下 车 库 等 不 同 形 状、不 同 埋 深 和 不同 组 合 排 列 的 地 下 空 间。地 下 空 间 的 哪 些 特 征 会 对地 下 水 流 场 造 成 重 要 影 响 是 一 项 值 得
19、 探 究 的 课 题,对 合 理 规 划 设 计 地 下 空 间 布 局、保 护 地 下 水 环 境 和促 进 城 市 可 持 续 发 展 有 着 重 要 意 义。2017 年 出 台 的 陕 西 省 城 市 地 下 空 间 开 发 利用“十 三 五”规 划 14指 出,全 省 城 市 地 下 空 间 开发 利 用 以 浅 层 地 表 以 下(0 15 m)和 中 层(15 30 m)为 主。到 2020 年,咸 阳 市 完 成 人 均 4 m2的地 下 空 间 开 发 量,并 且 未 来 还 将 进 一 步 加 强 城 市 地下 空 间 的 科 学 规 划 与 利 用。鉴 于 此,本 文 以
20、 咸 阳 市主 城 区 为 研 究 区,针 对 不 同 尺 寸、不 同 长 度、不 同 埋深 和 不 同 间 距 排 列 的 地 下 空 间 分 别 构 建 地 下 水 流数 值 模 型,并 利 用 梯 度 提 升 回 归 树 模 型 来 分 析 分 别影 响 水 位 雍 高、降 低 和 扰 动 面 积 的 主 控 因 素。研 究结 果 可 为 西 咸 地 区 地 下 空 间 的 规 划 提 供 科 学 依 据。1 研 究 区 概 况如 图 1 所 示,研 究 区 地 处 渭 河 北 部 一 级 和 二 级阶 地 的 咸 阳 市 区 主 城 区 的 局 部 区 域,研 究 区 总 面 积约 为
21、 8.06 km2,位 于 东 经 10841-10844 和 北 纬341920-342120 之 间。区 内 城 市 化 程 度 很 高,属 温 带 半 干 旱 半 湿 润 气 候 区,多 年 平 均 降 水 量600 750 mm,多 年 平 均 蒸 发 量 1 000 1 200 mm,潜 水 埋 深 约 在 2 30 m 左 右。研 究 区 潜 水 含 水 层主 要 为 富 水 性 和 渗 透 性 都 很 好 的 第 四 系 中 更 新 统至 全 新 统 冲 积 砂、砂 砾 石 与 粉 质 黏 土 互 层 和 上 更 新统 风 积 黄 土,研 究 区 A-A 剖 面 如 图 2 所 示。区 内图 1 研 究 区 区 域 位 置Fig.1 Location of the study area4 9 8 地 下 空 间 与 工 程 学 报 第 18 卷
