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地面沉降是在自然条件和人为因素下,由于地表松散土体压缩而导致的区域性地面标高降低的一种环境地质现象。由于地下水长期超量开采,华北平原已成为世界上超采地下水最严重的地区,也是地下水降落漏斗面积最大,地面沉降面积最大且类型最复杂的地区,其中又以沧州地区表现最为突出。对于一个城市特别是滨海城市来说,长期大量的开采地下水造成的大幅度地面沉降就会成为制约该城市可持续发展的一个重要因素。
在收集和整理沧州地区历史数据的基础上,采用人工BP神经网络对沧州地区地面沉降做出预测。以沧州地区地下水年平均水位作为模型的输入变量,地面沉降监测网络中监测点的年沉降量作为模型输出变量,建立神经网络模型。模型的预测能力通过了回归显著性检验,预测结果对观测值有充分的解释能力。对于地下水水位的预测采用GMS三维地下水流场数值模拟与灰色GM(1,1)预测模型两种方法。将得到的预测水位代入训练好的BP网络,两种方法与BP网络的组合模型对于沧州地面沉降的预测精度均良好。
抽水作用下的地面沉降具有滞后现象。考虑到地面沉降量相对于地下水水位变化的滞后现象,引入计量统计学中的阿尔蒙分布滞后模型,建立了表示地面沉降值与地下水水位间滞后关系的数学表达式,并应用该模型对以往沧州地区观测的地面沉降值进行了预测拟合,预测精度良好。
最后,对沧州市地面沉降的防治与对策提出了一些意见,例如优化地下水开采方法,加强水资源利用管理力度,建立、完善监测网络等。