双重介质模型在岩溶地下水流动系统模拟中的应用

文章采用不稳定层状裂隙水流模型,应用有限元-卷积结合法,模拟了岩溶地下水流动系统。相对于等效多孔介质模型,双重介质模型模拟的水位下降速度更小,达到稳定的时间更长。距抽水井较近的观测孔处,双重介质模型模拟的水位变化过程阶段性较明显,水位变化过程类似于承压含水层-弱透水层的释水过程,裂隙和孔隙基质分别相当于承压含水层和弱透水层。然后讨论了影响裂隙和孔隙基质间水流交换项的因素,分析了孔组抽水后的渗流场特征。     

水迁移系数与岩溶发育程度之间关系的初步探讨

<正>水迁移系数是表示地下水由孔隙向裂隙中迁移的参数,它的大小与孔隙,裂隙的发育程度有关。因此,在岩溶孔隙——裂隙含水层中水迁移系数的大小与岩溶发育程度有着直接的关系。为了研究这个问题,我们对河北王窑矿区、山东莱芜颐家台矿区、广东海南岛崖县大茅磷矿矿区及天津宝坻水源地等地的岩溶孔隙——裂隙含水层抽水试验资料进行了分析研究,对上述各地水迁移系数进行了计算,对水迁移系数数值变化范围(大小)及其与岩溶发育程度的关系有了深入的认识。本文对这一工作及工作成果总结如下。     

鄂尔多斯盆地白垩系地下水资源计算与分布

鄂尔多斯盆地是一个完整的巨大的开启型自流水盆地,主要含水层有第四系松散层孔隙裂隙含水层,白垩系碎屑岩孔隙裂隙含水层、奥陶系灰岩岩溶含水层.本文在分析白垩系地下水赋存规律的基础上,用补给量法计算了白垩系含水层的天然地下水资源量,并阐述了地下水资源的分布特征.     

鄂尔多斯盆地地下水系统及水资源潜力

鄂尔多斯盆地是我国西北地区的大型构造沉积盆地,以前寒武系变质岩为基底,依次沉积了下古生界碳酸盐岩、上古生界-中生界碎屑岩和第四系沉积物,总厚度达6000m。根据盆地的地质构造特征和水文地质条件,将含水岩系划为周边寒武-奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶含水层系统、白垩系碎屑岩裂隙孔隙含水层系统和盆地东部基岩裂隙水与上覆第四系松散层孔隙含水层系统。然后系统论述了各含水层系统特征,区域地下水形成与演化规律,对鄂尔多斯盆地地下水资源与开发潜力进行了评价。     

含裂隙非饱和土体的变形与渗流耦合的二维解析分析

含裂隙土体在降雨条件下的渗流规律相对比较复杂,为进一步讨论含裂隙土体渗流机制,在一维解析解的基础上,建立二维饱和-非饱和含裂隙土渗流解析模型,并通过Fourier积分变化推导出二维渗流控制方程的显式解析解。此解析解考虑了多裂隙情况下的孔隙水压力分布和流量边界条件。二维解析解能够准确地获得渗流和变形耦合非饱和土中水的入渗影响规律,并进一步讨论了降雨条件下,不同裂隙模式(裂隙深度、裂隙发育位置及裂隙密集程度)对坡体渗流的影响规律,探讨了含裂隙区域的孔隙水压力分布规律。     

新疆巴里坤三塘湖盆地地下水赋存分布特征

通过对三塘湖盆地水文地质结构、地下水类型及富水性特征分析,讨论地下水赋存分布特征,为当地矿产资源开发及供水水源地建设提供水文地质依据。采用水文地质钻探、物探、测绘、抽水试验及测试等方法获取基础水文地质数据,对储水介质岩性和厚度、含水层特征、富水性等空间变化规律归纳总结,认为盆地内具单一结构松散岩类孔隙潜水、多层结构孔隙潜水-碎屑岩类孔隙裂隙承压水、碎屑岩类孔隙裂隙承压水的赋存分布特征。     

吉林中部平原区地下水温动态变化影响因素的关联度分析

以吉林中部平原区为例,分析了孔隙潜水、孔隙承压水以及白垩系孔隙裂隙承压水温度的多年变化特征,并采用灰色关联度分析方法,确定了各含水层地下水温度与地下水埋深、气温、降水量之间的关联性,分析了影响其变化的主要因素。结果表明,对于3组含水层,从20世纪80年代初至2001年的近20年间,地下水温度都有不同程度的上升。对于孔隙潜水和孔隙承压水,地下水温度呈上升变化的本质原因是全球气候逐年变暖,而地下水活动和大气降水的增强起到了促进作用,特别是对孔隙承压水温度的上升作用更加明显;对于白垩系孔隙裂隙承压水,其温度呈上升变化则主要是由该含水层被普遍超采所引起的。     

许昌市地下水含水层组划分和同位素对比研究

许昌市为全国30个重点缺水城市之一,为查明许昌市地下水水文地质特征,对许昌市地下水类型、含水层组进行划分。将许昌市地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水四种基本类型。含水层组划分为浅层含水层(组)、中深层含水层(组)、深层含水层(组)、超深层(热储层)含水层(组)、二叠系碎屑岩含水层(组)、碳酸盐岩岩溶裂隙含水层(组)、层状岩类裂隙含水层(组)等七大含水层(组)。同时,通过对许昌市地层和地下水同位素分析结果进行对比研究,划定许昌市浅层地下水与中深层地下水含水层界线定为埋深60 m,与依据地层划分的界限一致。     

云应盆地东北部含水层结构特征及地下水转化模式

云应盆地东北部属鄂北贫水地区,赋存于古近系—第四系含水层中的地下水是当地生产、生活用水的主要来源,亟需查明含水层的结构、含水层间地下水的转化关系等基本条件,为研究区内合理开发利用地下水提供依据。本研究通过野外水文地质调查、水文地质钻探工作,将研究区划分为单层含水层与双层含水层结构两个亚区（6个小区）。并通过地下水水位动态长期监测,获取了区内不同含水层的水位动态变化特征,分析各含水层之间的水力联系,建立了区域地下水转化的概念模式,即:研究区地下水以接受山前降雨入渗及风化裂隙水侧向径流补给为主,主要以水平径流的形式经古近系孔隙-裂隙含水层及第四系孔隙承压含水层往澴水方向运移,而后进入第四系孔隙潜水含水层。地下水和地表水在不同季节补排模式不同,雨季地表水（澴水）补给地下水,旱季地下水向地表水（澴水）排泄。古近系孔隙-裂隙水与上覆第四系孔隙水联系密切互为补给,共同构成具有统一水力联系的垂向多层结构的含水系统。独特的含水层结构决定了区内地下水接受降水补给的条件较差,地下水可开采资源量总体较贫乏,建议重点利用区域地表水资源,适度开发地下水资源,推进农业节水灌溉工程,实现水资源可持续利用。     

裂隙贯通率对双重孔隙介质热-水-应力耦合现象影响的有限元分析

为探讨裂隙的贯通率对于耦合的温度场、渗流场和应力场的作用,应用所建立的遍有节理岩体双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型,以一个假定的位于非饱和地层中的高放废物地质处置库为算例,针对裂隙和孔隙的贯通率不同的4种工况进行了二维有限元数值分析,考察了围岩中的温度、负的孔隙和裂隙水压力、地下水流速、孔隙及裂隙的渗透系数修正因子和应力的变化、分布情况。结果显示,由于裂隙贯通率的差异使得双重介质的刚度不同,引起岩体中应力状态及水平的改变,从而影响到孔隙、裂隙的孔隙率及渗透系数的量值,并导致孔隙水和裂隙水的压力大小、分布以及水流速度的变化     

五彩湾矿区一号矿井地下水水文地质参数获取的试验研究

水文地质参数是研究地下水运动的重要参数,抽水试验是获取水文地质有关参数的一种重要方法。本文以五彩湾矿区一号矿井地下水为研究对象,在分析区域水文地质条件资料的基础上,进行了7组单孔稳定流抽水试验。研究结果表明:对具有供水意义的第四系松散岩类孔隙含水层渗透系数为0.13~2.85 m/d,新近系碎屑岩类裂隙孔隙含水层渗透系数为0.07~0.316 m/d,白垩系碎屑岩类裂隙孔隙含水层渗透系数为0.02 m/d,侏罗系碎屑岩类裂隙孔隙含水层渗透系数为0.009~0.034 m/d。本次实验结果与对比收集资料结果完全一致。     

鄂尔多斯盆地水文地质特征及地下水系统分析

鄂尔多斯盆地是我国西北地区东部的一个大型构造沉积盆地,蕴藏着丰富的矿产资源,是我国正在建设 的重要能源基地;鄂尔多斯盆地同时也是一个巨型地下水盆地,赋存相对丰富的地下水资源,将为能源基地建设提 供重要水源。鄂尔多斯盆地是由多种不同类型岩石上下叠置构成的构造沉积盆地,因此它也是一个由不同含水岩 类的多个含水层系统上下叠置构成的巨型地下水盆地。鄂尔多斯盆地总体上构成一个半开启型的地下水盆地,盆 地内不同含水层系统地下水交替循环的方式和深度不同,以寒武系-奥陶系碳酸盐岩类岩溶含水层系统和白垩系 碎屑岩类孔隙-裂隙含水层系统的交替循环深度较大(可达1200～1800m);新生界松散岩类孔隙含水层系统和 石炭系-侏罗系碎屑岩类裂隙含水层系统的交替循环深度较小(一般小于300m)。鄂尔多斯盆地实际上包含了周 边岩溶地下水、白垩系自流盆地地下水和东部黄土区地下水共3个地下水大系统。在各地下水大系统内,又可根 据各自的地质-水文地质结构特征、地下水循环条件以及和地表水系的关系等,再进一步划分成7个地下水系统 及16个地下水亚系统。文章在对鄂尔多斯盆地的地质-水文地质结构特征和地下水循环条件进行分析的基础 上,对整个盆地地下水系统进行初步分析,为盆地地下     

淮北孙疃煤矿水文地质特征及涌水分析

孙疃煤矿水文地质条件复杂,水害问题直接影响着煤炭资源的安全高效开采。基于水文地质背景资料,探讨了煤矿充水条件,并对煤矿涌水量的控制因素进行了系统分析。结果认为,属于新生界的松散层孔隙含水层、位于煤层之间的砂岩内裂隙含水层以及石灰岩岩溶-裂隙含水层是矿区的主要含水层。新生界的第四含水层,煤层顶底板砂岩裂隙含水层,灰岩岩溶-裂隙含水层以及老坑水是矿区充水的主要来源。地下水主要沿断层及构造裂隙、岩溶陷落柱、采动冒落带裂隙、底板受其承压水的影响而产生的破坏带裂隙等通道相矿井运移。煤矿月平均涌水量171.01m3/h,主要受煤层顶底砂岩裂隙富水性、断裂及构造裂隙以及采掘面积、煤产量和巷道掘进等开采因素影响,而大气降水、地表水受第四系更新统隔水层阻隔,与矿井涌水量没有关系。     

三江平原地下水资源潜力评价

三江平原地区第四系松散堆积物厚度一般为100～200m,最厚达：300m,为结构单一、大厚度的砂、砂砾石含水层,储存运移着巨量的孔隙水(部分为微承压水)。含水层疏导功能与富水性强,单井涌水量多在1000m^3／d,且水质为矿化度小于lg／L的淡水。依据含水层的地质时代和贮水介质类型,将三江平原地下水系统划分成第四系孔隙含水层亚系统、第三系孔隙裂隙含水层亚系统、基岩裂隙含水层亚系统。其中第四系孔隙含水层亚系统进一步分成更新统含水层次级亚系统和全新统含水层次级亚系统;第四系更新统含水层次级亚系统又细分为下、中、上更新统含水层。根据盆地浅部区域地下水分布的主要控制因素(流域水系、地质构造、地貌条件、含水层结构及地下水补、径、排条件),对三江盆地地下水系统进行了系统的描述;各地下水动力亚系统受外部动力条件(降水、蒸发、地表水、地下水)的制约,同时受内动力条件(含水介质循环条件)的控制,形成了独特的地下水动力场;论述了含水层系统的特征、边界条件、输入特征、输出特征、内部功能特征等。最后对三江平原的地下水资源潜力进行了计算与评价：依据水均衡原理,充分地考虑了计算区及计算单元在开采状态下多年补、排均衡的基础上,利用长系列的气象、水文资料,应用三维模型模拟计算了丰、平、枯水年各计算单元的地下水补给量和可开采量,进而求得了多年均衡条件下全区地下水可开采资源量。     

渗流-管流耦合模型及其应用综述

含水层-井孔水流问题是水文地质学中最重要的基础性研究课题之一。长期以来水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用"热传导"中的"线汇"理论,需要人工预先给定线汇的流量或水头分配,其普适性至今没有得到证明。针对地下水混合井流模拟提出的"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"的概念、方法,不仅解决了混合抽水试验求取分层水文地质参数、预测分层地下水降落漏斗等问题,更重要的是提出的模型和方法具有一定的通用性,已被用于模拟水平井、自流井、观测孔等,并发展为岩溶管道-裂隙-孔隙三重空隙介质地下水流模型。"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"方法不仅得到现场试验的应用性验证,也通过物理模拟得到了检验。     

基于矿井排水的水文地质参数识别

由于强烈的非均质性,如何识别岩溶裂隙含水层水文地质参数是一个由来已久的难题。本文利用焦作矿区、荥巩矿区及永夏矿区生产矿井大流量、长时间的排水资料进行识别岩溶裂隙水含水层的水文地质参数,计算结果发现：K值均在100m/d量级上,μ＊值均在10^-3量级上,与孔隙含水层的值相当;用识别的参数预算矿井涌水量与区域降雨补给量接近,回报水位及给定条件下排水量误差均不超过2%。结果表明,可以用渗流理论模型对管道流、裂隙流进行概化处理。研究成果提出矿区岩溶裂隙地下水参数计算的新方法,为防控矿坑突水、安全生产提供了新思路。     

基于水力走时反演刻画裂隙含水层非均质性

获取含水层水力参数空间非均质分布信息是研究地下水渗流、地下水污染物运移等诸多地下水问题的重要基础.然而,受常规勘察技术所限,含水层的非均质性难以直接刻画,尤其在裂隙介质含水层中,水力参数分布的非均质性更加突出,进一步增加了刻画的难度.针对该问题,本研究首先通过德国哥廷根大学北校区内的Neutra试验场地进行的64次抽水...     

在裂隙含水层中水质运移的集中型模型

裂隙性含水层通常用双重介质来描述其渗流特性,即由裂隙系统和岩块系统组成双重介质来模拟地下水的运移。裂隙系统的孔隙度很小、渗透率很大,而岩块系统则反之,因     

山东莱芜盆地西北缘古近系半固结含水岩组的特征及其成因

通过岩心、测井、地下水常规离子组分及氢氧同位素样品测试对分布在莱芜盆地西北缘古近系半固结含水岩组物性、水化学特征及地下水补给循环特征进行研究; 结合古新世以来盆地沉积演化史及含水层成岩阶段划分, 分析半固结含水层地下水富集模式。结果表明, 埋深100 m以下的古近系砂砾岩含水层, 长期处在早成岩A期, 呈弱固结-半固结状态, 兼具裂隙与孔隙含水层特性, 且以孔隙为主。与碳酸盐岩含水层水化学特征相似, 水化学类型为HCO3-Ca?Mg型, 现代大气降水作为地下水主要补给来源, 蒸发浓缩作用, 碳酸盐岩、石膏及盐岩溶解参与了地下水化学组分形成。在莱芜盆地北部边界断裂处, 部分断裂所夹断块可作为古近系含水岩组应急找水靶区。     

克东县克东镇水资源合理开发利用探讨

克东县克东镇位于松嫩高平原东北部,地下水资源贫乏,由于长期集中大量的开采地下水,镇内已形成面积约12 km2左右的地下水水位下降漏斗,水位埋深已达到52.54～57.50 m,含水层顶板埋深78.6-84.0 m,地下水水位以接近含水层的顶板,地下水供需矛盾日益突出,合理开采利用水资源已迫在眉睫。目前镇内供水以开采白垩系裂隙孔隙承压水为主,