石川河富平地下水库渗透系数空间变异性研究

渗透系数的空间变异性研究是进行地下水库人工回灌的基础。为研究石川河富平地下水库渗透系数的空间变化规律，引入Box-Cox变换及Johnson变换对库区65组野外双环渗水试验及勘探孔数据进行预处理，并以变异函数为工具，运用传统统计学和地统计学方法分析渗透系数的空间变异性。结果表明：库区等效渗透系数变化范围为0.02～6.44 m/d，既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间相关程度中等，最优拟合模型为高斯模型。基于最优模型，渗透系数插值结果整体上呈现西北方向较大、东南方向较小的特点，在梅家坪镇及南社乡附近最大，范围为2.84～6.44 m/d，空间变异尺度小；在觅子乡、庄里镇附近变化明显，空间变异尺度大；在东上官乡南部最小，均小于0.2 m/d，变异尺度小。空间变异受地形、地貌、地层岩性、水文气象条件、试验点及勘探点分布、人类活动等因素的综合影响。回灌位置应选择在梅家坪镇等渗透系数大，空间变异尺度小及受人为扰动影响小的地段。研究结果可为地下水库建设提供理论参考。     

渗透系数空间变异性研究

水文地质参数的空间变异性是随机理论研究的基础,而渗透系数是最为重要的水文地质参数。国外有关渗透参数空间变异性的研究工作已开展很多,但渗透系数究竟服从什么分布目前尚无确切答案。利用Borden含水层试验数据,对渗透系数的空间变异性进行探讨,结果表明若处理方法得当,渗透系数应服从对数正态分布。同时,还对今后野外开展含水层渗透系数空间变异性试验研究提出几点建议。     

渗透系数的空间变异性对污染物运移的影响研究

随机水文地质学方法,较传统的确定性方法而言,是解决非均质含水层中水流和溶质运移问题的一种更为合理的手段。据以往研究,假设渗透系数场遵循对数正态分布,利用直接傅立叶变换方法来生成渗透系数随机场。应用基于随机理论的蒙特卡罗方法,来研究渗透系数的空间变异性对污染物运移结果的影响。实例研究表明,污染物在含水层中运移过程中污染羽的展布范围(二阶矩)随着渗透系数空间变异方差的增大而扩大,而污染羽在空间上的质心位置(一阶矩)基本不受方差的影响,仅取决于渗透系数随机场的均值大小。另外还分析了污染羽在各点的浓度变化方差和变异系数分别随渗透系数变异方差的变化状况。     

渭河河漫滩沉积物渗透性研究

利用竖管法现场测量渭河高漫滩沉积物的水平渗透系数和河漫滩饱和带沉积物的垂向渗透系数,分别测定了高漫滩5个层位和河漫滩饱和带78个点的渗透系数,分析了渗透系数在层内的变化以及在各层之间的差别。应用Matlab软件检验实验数据的统计分布规律并应用地质统计原理计算渗透系数的变异函数。分析得出高漫滩中单一沉积层中测得的渗透系数属于正态分布,河漫滩饱和带单一沉积层的渗透系数呈对数正态分布。根据实验,分析得出渗透系数与洪水水动力条件相关。洪水水动力条件大的情况下,沉积物以中砂、粗砂为主,沉积物有较大的渗透系数;当洪水水动力条件较小时,沉积物以细砂、粉砂沉积为主,其渗透系数也较小。     

库水升降条件下考虑饱和渗透系数空间变异性的白水河滑坡渗流变形分析

堆积层滑坡的岩土体渗透系数具有一定的不确定性,且渗透系数是饱和-非饱和渗流分析的重要参数,开展考虑其空间变异性的库岸堆积层滑坡渗流变形分析具有重要意义。以三峡库区中的白水河滑坡为研究对象,基于地面核磁共振技术获取的岩土体渗透系数,分析滑坡体渗透系数的空间变异特征,采用半变异函数方法求得滑坡体渗透系数的竖直波动范围,在此基础上建立渗透系数的非平稳随机场模型。以非侵入式随机有限元的方式开展库水升降两种工况下不确定模型与确定模型的流固耦合模拟,分析两种模型的渗流场、位移变形特征及其差异。结果表明：相比于确定模型,不确定模型孔压改变的滞后性更为明显,且库水下降工况下整体的变形更大,若忽略滑体渗透系数的非平稳空间变异特征将会低估滑坡的实际变形。     

库水升降条件下考虑饱和渗透系数空间变异性的白水河滑坡渗流变形分析

堆积层滑坡的岩土体渗透系数具有一定的不确定性,且渗透系数是饱和-非饱和渗流分析的重要参数,开展考虑其空间变异性的库岸堆积层滑坡渗流变形分析具有重要意义。以三峡库区中的白水河滑坡为研究对象,基于地面核磁共振技术获取的岩土体渗透系数,分析滑坡体渗透系数的空间变异特征,采用半变异函数方法求得滑坡体渗透系数的竖直波动范围,在此基础上建立渗透系数的非平稳随机场模型。以非侵入式随机有限元的方式开展库水升降两种工况下不确定模型与确定模型的流固耦合模拟,分析两种模型的渗流场、位移变形特征及其差异。结果表明：相比于确定模型,不确定模型孔压改变的滞后性更为明显,且库水下降工况下整体的位移变形更大,若忽略滑体渗透系数的非平稳空间变异特征将会低估滑坡的实际变形。     

沐官岛水库蓄水初期盐分运移数值模拟

沐官岛水库是一个拟建的河口海湾水库,库底为富含咸水的潮滩沉积物。这一特殊的地质及水环境条件直接关系到水库未来的水质安全和正常的调度运行,所以必须准确地确定水库水体中盐分空间分布这一关键问题。本文依据现场调查、钻探及室内实验资料,通过垂直方向线性插值技术,建立了沐官岛水库蓄水初期盐分运移准三维模型,模拟了水库蓄水初期在内源盐分释放影响下,库水盐分的演化过程。结果表明:若遇平水年开始蓄水,当蓄水至1.5m时,该层含盐量在平面上的变化范围主要在0.30~1.30g/L之间;当蓄水至4.5m时,该层含盐量在平面上的变化范围主要在0.30~1.55g/L。     

热分层效应控制的水库水体氢氧同位素特征

为掌握水库热分层与氢氧同位素空间分布的关系,研究了广西兴安县五里峡水库夏季氢氧同位素空间分布特征及影响因素。研究表明:①五里峡水库夏季出现明显的热分层,库表层至-5 m为表水层,-5 m至-20 m为温跃层,-20 m以下为底温层;②五里峡水库δ18O、δD值沿大气降水线分布,但均落在桂林市大气降水线右下方,其线性方程为δD=4.66δ18O-10.85（R2=0.76）,其斜率与全球大气降雨线（GMWL）和桂林市降雨线（CLMWL）的斜率和截距差异明显,表明五里峡水库主要由降水补给,但在补给五里峡水库前已经过了强烈的蒸发作用和水岩作用;③ δ18O、δD随水深的增加逐渐偏负,具有表水层 > 入库水体 > 温跃层 > 底温层 > 出库水体（>表示偏正）的垂向分布特征。分析认为入库水体氢氧同位素的季节变化和蒸发作用随深度增加而降低是五里峡水库夏季分层期间水体氢氧同位素垂向变化的主要影响因素。     

地基固结变形反分析研究

某水库库底地基变形较大,蓄水初期曾引起库底沥青混凝土防渗护面开裂。为研究进一步蓄水后可能产生的更大沉降及对沥青混凝土防渗护面的影响,对库底地基土层进行了反分析,研究地基土层的有关参数,利用反分析得到的参数进行了有限元正分析,研究地基的固结特性,为预测进一步蓄水后地基的沉降提供了重要依据。     

滇东高原罗平湾子水库岩溶渗漏机理及库外补漏设想

在总结和分析前人研究成果的基础上,结合云南省罗平湾子水库地层岩性、地质构造、水文地质工程地质条件、岩溶发育特征、水库汇流条件、多次补漏未遂等因素,对影响水库渗漏的主要因素进行分解,结果表明:岩溶强发育带地层中溶蚀孔、洞发育,土工膜铺盖封闭库底,蓄水后便在土工膜之下、地下水位之上的岩溶空隙中形成真空,在库水位频繁、大幅度波动条件下易发生真空吸蚀作用,充填物部分被淘空;库底以上的蓄水压力与库底以下的真空产生的负压叠加后形成附加应力,当附加应力大于孔洞之上岩土体的抗剪强度,或大于孔、洞充填物与洞壁之间的粘结强度时发生冲切破坏,这是导致水库多次补漏未遂,且同一渗漏片区重复发生岩溶塌陷、出现落水洞的主要原因。在库区内补漏具有很大的局限性,而在库区外适当部位设置防渗帷幕,不仅可根治渗漏,还可明显抬高地下水位,改善蓄水条件,扩大原设计库容数倍。      

The hydraulic conductivity field and groundwater flow in the unconfined aquifer system of the Keta Strip,Ghana

This study investigates the hydraulic conductivity field and the groundwater flow pattern as predicted by a calibrated steady state groundwater flow model for the Keta Strip, southeastern Ghana. The hydraulic conductivity field is an important parameter in evaluating aquifer properties in space, and in general basin-wide groundwater resources evaluation and management. This study finds that the general hydraulic conductivity of the unconsolidated unconfined aquifer system of the Keta Strip ranges between 2 m/d and 20 m/d, with an average of 15 m/d. The spatial variation in horizontal hydraulic conductivity appears to take the trend in the variations in the nature of the material in space. Calibrated groundwater recharge suggests that 6.9–34% of annual precipitation recharges the shallow aquifer system. This amount of recharge is significant and suggests high fortunes in terms of groundwater resources development for agriculture and industrial activities in the area. A spatial distribution of groundwater recharge from precipitation is presented in this study. The spatial pattern appears to take the form of the distribution in horizontal hydraulic conductivity, and suggests that the vertical hydraulic conductivity takes the same pattern of spatial variation as the horizontal hydraulic conductivity. This is consistent with observations in other areas. The resulting groundwater flow is dominated by local flow systems as the unconfined system is quite shallow. A general northeast – southwest flow pattern has been observed in the study area.     

The log-normal distribution for hydraulic conductivity of compacted clays: Two or three parameters?

Risk and uncertainty assessments for waste containment systems employing clay barriers often include spatial variability in the hydraulic conductivity as part of the analysis. The two-parameter log-normal distribution is often used to describe the spatial variability, but for compacted clays the three-parameter form can be more appropriate. A statistical hypothesis test was developed that can be used to determine if the two- or three-parameter form of the log-normal distribution is more appropriate. The test is based on a likelihood ratio, comparing likelihood functions for the two- and three-parameter forms at their maximums. Likelihood functions are used assuming that a data set can be segregated into a set of distinct groups of hydraulic conductivities. A step-by-step calculation procedure is described and the test is applied to data collected from 45 sites.     

衬垫中污染物运移的一维概率分析

衬垫中污染物的运移分析一般采用确定性方法。为了研究渗透系数变异性对污染物运移的影响,基于土层剖面随机场理论,将渗透系数模拟成服从对数正态分布的空间随机场,利用Monte-Carlo和数值积分两种方法进行分析。两种方法得到的结果有很好的一致性。衬垫渗透系数的空间变异性对污染物运移有重要影响。变异系数较大时,衬垫失效概率在前期较大而后期较小,但衬垫底部出现高浓度(相对浓度0.9～1.0)的几率也较高。衬垫的可靠性要综合考虑渗透系数的变异性和渗透系数数值范围的影响。      

基于不同地质统计方法的渗透系数场对污染物运移的影响

渗透系数场的空间变异性是影响污染物运移结果的决定因素,而地质统计方法是解决渗透系数空间变异性的主要技术手段。本文利用野外场地实测数据,采用普通克里格法和指示克里格法、顺序高斯模拟法和顺序指示模拟法四种地质统计方法,插值估测和模拟再现随机渗透系数场,进而对比研究四种渗透系数场对大尺度污染物运移的影响。研究结果表明,污染羽的质心位置（一阶矩）主要由渗透系数的平均值来决定;污染羽在空间上的展布范围（二阶矩）主要受渗透系数空间变异方差的影响;条件模拟克服了估计法的平滑效果,较好地再现真实曲线的波动性,渗透系数（ lnK）估计方差与污染羽空间二阶矩随着条件模拟次数的增加而减小,并且顺序指示模拟程度更加明显。     

含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响

针对目前渗透系数实测样本假定满足各向同性的局限,以Borden含水层试验场实测数据为例,通过反证法进行相关数据分析,总结了含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响,并指明渗透系数各向同性假设的适用条件以及不合理之处。同时相应地给出了研究尺度下渗透系数场能否采用平稳随机场描述的判定依据。最后为今后进一步开展渗透系数空间变异性研究提出几点建议。     

Optimization design and assessment of the effect of seepage control at reservoir sites under karst conditions: a case study in Anhui Province,China

Seepage analysis and assessment of the effect of seepage control at reservoir sites are essential parts of dam design and operations, and of considerable significance for the safe and economic design of the masses and hydraulic structures associated with reservoir sites. In this study, a systematic process is provided for the optimal design and assessment of seepage control of reservoir dams under karst development conditions. A reservoir dam planned for construction in the middle-upper reaches of the Huayang River in China is selected as a case example for illustration. A three-dimensional equivalent continuum seepage finite-element numerical model is applied to investigate the effectiveness of the proposed and optimized seepage-control schemes, and it is calibrated by an inversion analysis of the initial seepage field based on the flexible tolerance method and field penetration test data. By analyzing the sensitivity of seepage discharge to the length and depth of the grouting curtain, a safe and economic seepage-control optimization scheme is suggested. Additionally, the sensitivity of seepage discharge to the hydraulic conductivity of the limestone layer is analyzed, and the results show that the hydraulic conductivity of the limestone layer has a significant impact on the seepage discharge of the reservoir site. The methodology and results derived from this study can provide technical support and reference for the optimal design and assessment of seepage control for reservoir dam engineering under karst conditions.