堆积层滑坡水动力位移耦合预测参数及其评价方法研究

在系统分析滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,分析和研究了地下水在滑坡稳定性演化过程中的卸载与加载动力作用及其位移响应规律和特点。从非线性系统动力学角度,提出了运用地下水卸加载动力与位移响应耦合预测参数来评价边坡稳定性演化规律与失稳特征,即以地下水位变化量作为堆积层滑坡的卸加载动力参数,以相应的位移作为其卸加载响应参数,建立和确定了地下水卸加载动力与位移响应比预测参数与评价模型。同时,运用损伤力学基本原理,建立了其卸加载响应比与坡体损伤变量和稳定性系数的定量关系以及失稳判据。以三峡库区典型堆积层滑坡分析为例,运用地下水动力与位移耦合预测模型对其稳定性进行了分析与评价,发现地下水动力位移耦合预测参数变化与边坡稳定性实际动态演化规律基本吻合。研究成果表明,所确定的参数是水诱发型堆积层滑坡的一种有效位移动力评价参数,可运用该参数对该类滑坡的动态稳定性进行实时监测预警与评价。     

自然电场法与高密度电法联作在西江中下游岩溶区找水中的应用

基于溶洼区浅层岩溶地下水的渗流特性,研究富水岩溶地质结构在地下水渗流作用下引起的自然极化及由此形成的自然电场的分布特征,通过自然电场法与高密度电法联作,利用科研和中国地质调查局地质调查项目中探采结合井位的综合物探结果,探讨以自然电场法为主导、辅以高密度电法等综合物探方法,在西江中下游岩溶石山地区不同水文地质环境中寻找岩溶地下水的成功应用效果与失败的经验教训。研究结果表明,感应类电法（如瞬变电磁法、音频大地电磁测深法、地面核磁共振法、激发极化法、声频大地电场法、甚低频电磁法等）受电网、通信网络等人为电磁场干扰较严重;高密度电法抗人为电磁场干扰的能力较强,信噪比较高,但勘探深度相对较浅,且易受炭泥质灰岩、岩溶矿产等良导电岩矿体的干扰。自然电场法利用岩溶地下水运移引起的富水岩溶地质结构自然极化特征,自然电场异常与动态地下水的补给与运移状态关系较密切,自然电场法与基于探测目的体导电特性的高密度电法联作寻找溶洼区浅层地下水可起到方法互补、相互印证、提高探测分辨率与精度的作用。      

广西布泉地下河发育特征及连通性分析

为查明广西布泉地下河岩溶发育规律和分布特征,在1∶5万水文地质调查的基础上,对该区地下水水位动态进行长期观测和示踪,研究布泉地下河地表和地下岩溶发育特征,分析布泉河上游和中游各支流间的连通性。该区地表主要为峰丛洼地,溶蚀强烈,地下河管道主要沿断层展布,平面形态呈树枝型,剖面形态呈阶梯型。地下河中下游管道的地下水水位动态对降雨的响应滞后,上游管道及远离管道区的地下水水位动态对降雨的响应敏感。地下河上游和中游地下水平均流速分别为1 166 m/d和1 079 m/d,地下水总体径流速度较快,上游地下水的水力坡度大于中游。地下河上游管道分支较多,地下水连通性较复杂,中游主管道明显,连通性较好。     

黑龙江建三江地区地下水动态趋势突变点分析

农业区地下水动态规律是农业水资源管理的重要依据。采用双向回归突变分析方法研究黑龙江建三江地区(19922011)地下水埋深序列的趋势突变点,结合水稻面积增长数据进行对比分析,找出地下水动态趋势突变与灌溉面积的响应关系,同时运用标准化降水指数(SPI)方法来分析研究地下水动态趋势突变与降水之间的响应关系。结果表明:建三江地区地下水水位的下降趋势具有明显的突变特征,整体上呈"快慢快"的特点,趋势突变时间多发生在20002001年间和20062007年间;在第一阶段和第二阶段,地下水水位下降趋势受水稻种植面积与降水影响,第三阶段主要受水稻种植面积增长的控制。     

黄河三角洲浅层地下水埋深动态与降水的时空响应关系

为探究黄河三角洲浅层地下水埋深动态对降水的时空响应关系及其驱动因素,基于2006—2010年黄河三角洲14口监测井的浅层地下水埋深数据和气象站降水量数据,利用Kendall's秩相关、交叉小波变换和小波相干方法,分析黄河三角洲地下水埋深动态和降水之间不同的时空响应模式,结合土地利用、微地貌类型和土壤质地资料,利用地理探测器方法对地下水埋深-降水响应关系进行定量归因研究。结果表明:（1）地下水埋深时间序列与降水量时间序列呈负相关关系,根据降水量对地下水埋深的影响强弱,可划分为3种空间模式:模式1强负相关（-0.45~-0.30）、模式2负相关（-0.30~-0.15）和模式3弱负相关（-0.15~-0.01）,空间差异性明显。（2）从模式1到模式3,地下水埋深对降水的响应延迟时间逐渐变小,分别为178.36 d、146.43 d和35.51 d,在所有模式中,地下水埋深对强降水的响应都很敏感。（3）土地利用、微地貌类型和土壤质地对地下水埋深-降水的响应关系都有显著的影响,解释贡献率分别为微地貌类型（0.280 7） > 土地利用（0.244 1） > 土壤质地（0.163 8）,驱动因子之间均表现出非线性增强作用,土地利用和微地貌类型的协同增强作用最大,为0.749 0。研究揭示了黄河三角洲浅层地下水埋深变化与降水之间不同的时空响应模式并对其进行定量归因,为黄河三角洲地区水循环过程研究及地下水资源管理和生态保护提供科学依据。     

基于SWAT模型的新疆叶尔羌河流域气候变化对区域地下水动态影响研究

结合SWAT模型对新疆叶尔羌河某子流域的地下水埋深进行预测,定量分析气候变化环境下研究区域地下水动态响应变化。研究结果表明:SWAT模型适用于区域地下水埋深的动态预测,预测精度较高。相比于降水变化,气温变化下区域地下水动态响应度更高,对新疆叶尔羌河流域地下水埋深影响更大。研究成果对于新疆叶尔羌河流域地下水保护规划提供参考价值。     

谱系多级分析最优化在地下水资源管理中的应用

常用的线性规划、非线性规划和动态规划等最优化方法可以有效地解决比较简单的含水层系统和地下水管理系统模型问题。但要解决复杂的地下水资源系统分析和优选管理方案,要求水文地质工作者能够比较准确地预测含水层系统对开采地下水和人工回补地下水等决策的响应。为此,必须对研究地区建立较准确的含水层系统模型以反映真实系统的特征,但这     

地下水依赖型生态系统生态水文研究进展

地下水依赖型生态系统(GDEs)中植被动态和土壤水盐平衡受地下水影响显著。从地下水与植被、土壤水、地表水和盐分动态关系、气候变化与人类干扰下的GDEs响应、GDEs模型与管理等方面综述了GDEs生态水文研究进展。指出在地下水环境变化后GDEs植被如何响应、GDEs功能是否发生突变、发生突变的生态阈值等是其可持续管理亟待回答的问题,其关键和难点是如何刻画地下水到地表土壤介质中的生态水文过程,加强相应的观测与模拟研究是未来的重要方向。此外,实现GDEs可持续管理还需要明确4个问题:(1)如何界定GDEs的范围,哪些物种和生境依靠地下水存在?(2)GDEs可持续发展需要何种地下水条件?(3)在社会资源有限的情况下如何管理地下水资源;(4)观测哪些生态参数来体现GDEs管理措施的有效性?     

基于系统观的矿山地下水动态监测探讨

地下水动态监测是地下水动态的"火眼金星"和"白箱化"的主要途径。现行矿山地下水动态监测多以水文地质学含水层理论为指导,其观测参数往往与实际相差甚远,难以在矿山地下水害防治中发挥其应有的作用。基岩裂隙在空间上多组合为若干大小不一互不联系的树状或脉状的网络,层状网络只为特例。为此基于地下水系统理论,从地下水各含水系统结构和围岩的动态变化出发,提出了新的矿山地下水监测系统观。地下水监测系统观通过研究开采中各含水系统的地下水运动、导升规律,并利用新的技术方法在时间维度上进行监测与数学模拟,为决策者提供准确的预测数据。矿山地下水监测系统观的创新性体现在系统的整体性、动态与时空性、多系统性、智能化与经济性。     

水库滑坡地下水动态响应规律及浸润线计算模型

库水和降雨直接导致水库滑坡地下水变动,是诱发滑坡的主要因素。已有研究大多是基于监测数据探讨库水与降雨对滑坡变形的影响,未能揭示水库滑坡地下水响应规律,地下水浸润线计算模型没有同时考虑降雨和库水的影响,且模型边界条件与水库滑坡实际情况差别较大。为了揭示大型水库滑坡地下水动态响应规律,需要构建更接近实际情况的地下水位浸润线计算模型。通过三峡水库石榴树包滑坡地下水动态监测,揭示了库水水位变化和降雨条件下滑坡地下水水位动态响应规律,其地下水渗流场近似层流,滑坡前缘和中部的地下水水位与库水位几乎同步,滑坡后部的地下水水位主要受降雨影响,日降雨30 mm会引发地下水水位明显变动。在周期性库水位变化和随机降雨耦合条件下,建立了滑坡地下水非稳定渗流微分方程,解算出水库滑坡地下水位浸润线计算模型,并采用实际监测结果进行了验证。应用计算模型分析了不同工况条件下的滑坡渗流场,并得出滑坡内距前缘水平距离145 m内,库水对地下水有影响;引发地下水变动的降雨和库水位变化阈值分别为0.03,0.1 m/d,且不同的条件组合下降雨和库水位对地下水水位影响存在一定差异。     

浅部采空区电磁场特征分析研究

目前采空区探测的技术手段主要有地质调查,地球物理探测和钻探。对于老采空区,往往无矿产勘查资料和历史矿产开采资料,地质调查远不能准确固定采空区范围,只能依靠地球物理探测工作来确定采空区范围.深度和边界,之后用钻探验证。对于浅部小窑采空区,目前常用电磁类方法有高密度电阻率法和地质雷达。本文通过分析高密度电阻率法和地质雷达探测采空区的成果案例,总结了浅采空区电磁异常特征。通过对比分析自然条件下地层和采空区地层的电磁场特征,研究判定采空区边界和深度的方法。     

天然交变电场动态特征研究

运用电磁波传播理论,结合实测资料,分析天然交变电场动态信息的存在,阐明其形成机理和基本特征,为辨别和判断天然交变电场异常信息、提高解译成果的可靠性提供理论依据,对研究地下含水构造、岩溶、堤坝渗漏等地质问题有一定的指导意义。      

瞬变电磁法在断裂构造上的异常反映

在水文地质及工程地质勘探工作中,寻找和查明断裂构造意义重大。众所周知,瞬变电磁法作为一种物探手法,已被广泛应用于地球物理勘探的各个领域。在断裂构造位置,瞬变电磁法表现为归一化二次电位衰减快,呈现双峰异常。根据瞬变电磁法的基础理论,解释瞬变电磁法在断裂构造上呈现双峰异常原因。     

低频谐变电偶极源激发的地下电磁场的闭式解

研究偶极子源产生的电磁场在地下或水下无线电通信和地球物理勘探领域有着重要的应用价值。偶极子和介质的作用往往导致Sommerfeld型积分的解。为了深入揭示电磁波在地下的分布与传播规律,本文针对有耗媒质中为获得大探测深度和长距离通信使用的低频发射天线,在准静态近似条件下导出了水平电偶极子产生的下电磁场Sommerfeld型积分解的闭式表达式。这些公式适用于任意场区和除奇异点以外的任何场点,与数值积分相比,可显著提高计算速度。利用闭合表达式,本文还提出了一种新的场区划分方法。      

基于BP神经网络的固定翼航空电磁线圈姿态校正

固定翼航空电磁系统在测量过程中受风向、飞机飞行颠簸等影响,线圈姿态会发生变化,使接收到的电磁响应产生偏差。本文基于法拉第电磁感应定律,利用线圈坐标系和系统坐标系之间的转换关系,推导了线圈姿态变化时的电磁响应计算公式,得出电磁响应由线圈姿态变化过程中切割地磁场所产生的动态响应以及线圈处于倾斜状态下所感生的静态响应组成。并研究了基于BP神经网络的线圈姿态校正算法,首先利用地磁场和线圈姿态角度计算去除动态响应,然后构建BP神经网络模型,用该网络得出静态响应系数,实现静态响应校正。仿真结果表明,经过校正后的电磁响应数据质量得到很大改善。     

可控源电磁场三维数值模拟中的散度校正方法研究

在可控源电磁场三维有限差分数值模拟过程中,低频时数值模拟的收敛速度变慢,导致获得精确结果的时间变长。引入电流密度的散度校正方法可以加快低频数值模拟时的收敛速度,提高解的精确性。笔者在研究可控源电磁场三维有限差分数值模拟算法的基础上,利用电流密度的散度为零,推导了散度校正公式并利用迭代解法实现了散度校正算法。模型试验表明,在低频时,散度校正能大幅度提高三维电磁场数值模拟的速度和精度,异常体规模越大,数值模拟的频率越低,散度校正的效果越明显。     

测量磁场水平分量H y的电性源广域电磁测深法

基于层状大地表面水平电偶极源电磁场公式系统,提出了比值法获取H y分量全区视电阻率计算公式。计算了层状地电模型多个收发距的电磁场各场分量E x、H y、H z,并用这三个场分量计算了全区视电阻率,以及E x/H y卡尼亚电阻率,并与模型的MT卡尼亚电阻率频谱曲线进行对比。发现H y全区视电阻率在赤道装置和轴向装置的广大区域对地电模型均有较好的响应,可进行单分量广域电磁测深。轴向装置H y全区视电阻率与赤道装置垂直磁场H z全区视电阻率相似,在低频段与层状模型大地电磁测深卡尼亚电阻率有相似的频率响应特征,在较小收发距条件下对大埋深基底就能有较好的响应。赤道装置和轴向装置测量的水平电场E x分量全区视电阻率在低频区均会进入“饱和”区。对于各电阻率定义方法,合适的收发距是较好地反映出地电特征深度变化的前提,多收发距测量有利于揭示深部电性特征。     

声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型

从煤层气单相流动的吸附平衡质量守恒、声场作用下的热平衡及应力平衡等方面入手,建立了声场作用下煤层气流动的应力-温度-渗流压力场流固动态耦合数学模型。利用数值模拟,分析了声场促进煤层中甲烷解吸-扩散-渗流的机制。分析得出,声场作用可明显地提高煤-气系统的温度,提高煤层的孔隙度,增大煤层气流动的渗透率,降低煤层骨架的应力;超声在煤层中衰减形成热效应和超声振动,超声振动影响范围与超声衰减距离一致,超声热效应向煤层纵深传播,转化为煤-气层系统的热能,提高系统的温度。     

穿透岩层地下电流场通信信道分析

考虑到传统的有线及无线地下通信方式的弱点,提出了利用电流场实现穿透地层的地下通信方式,并根据甚低频电磁波在地层中的传播特点,提出了利用恒流场模型作为电流场通信的电磁波传播模型,同时对电流场地下通信方式的性能进行了分析,并得到一些重要结论。      

磁性源瞬变电磁测量中激电效应作用规律的探讨

在瞬变电磁(TEM)响应中,由于地电体的频散特性,常常叠入感应激发极化(IIP)效应。IIP效应常常使TEM响应发生畸变,甚至给TEM数据解释带来困扰。本文采用理论计算、土槽物理模拟实验、野外试验等方法,对IIP效应的影响及其作用规律以及分离方法作了探讨,得到了许多规律性的认识及有意义的结果。