混合含水介质压密作用下渗透系数的变化规律研究

渗透系数是重要的水文地质参数,不同含水介质在不同条件下的渗透性不同。通过对中砂、细砂及其分别按1:1、2:1比例均匀混合的四种砂样进行压密实验,然后根据达西定律计算其在不同压密条件下的渗透系数,分析不同砂样的渗透系数呈现的线性关系,得出含水介质在不同压密作用下渗透系数的变化规律。结果表明,渗透系数随模拟含水介质压密的增大呈线性减小趋势,线性拟合决定系数为0.845 2～0.885 5;在单一砂样长时间实验下,由于重力影响所产生的细小颗粒运移,各砂样所测得的渗透系数均为前期快速下降,后期下降速度趋缓;含水介质透水能力主要取决于粒间空隙大小和多少等因素;混合砂中,随着粒径较小介质的比例增加,渗透系数在不同程度上更倾向于粒径较小的含水介质。     

管道流对非均质岩溶含水系统水动力过程影响的模拟

为深入研究管道流对岩溶含水系统水动力过程的影响,运用排水沟模块和管道流程序分别模拟实验室条件下的管道设置方式,并对模型结构以及模型参数的不确定性进行分析。岩溶地区的高度非均质性和观测资料的匮乏严重影响模型的精度,根据实际实验设置情况,建立3个不同的岩溶含水介质水文地质概念模型,并对渗透系数、给水度进行全局灵敏度分析。研究结果表明:出流总量对给水度的灵敏度高于对渗透系数的灵敏度,而出流过程对渗透系数和给水度的灵敏度大小随着时间变化;通过增加上覆孔隙含水层来改进模型结构的等效连续介质模型(排水沟模块)和准确刻画管道流紊流特征的双重孔隙模型(管道流模块)精度相差不大,模型结果的决定性系数分别为0.89和0.91。     

西安地区含水系统释水压密效应及微结构变化

西安地区诱发地面沉降地裂缝灾害最主要的因素是过量开采地下水。承压水地下水头下降引起的含水层骨架有效应力增加,粘性土释水压密一方面造成了地面沉降地裂缝灾害;另一方面引起含水层孔隙率、储水系数、渗透系数等水文地质参数的变化。笔者选取西安地裂缝最活跃的F4号地裂缝两侧钻孔岩心进行了压密CT扫描,获取了300m以浅地层粘性土在不同压力(水头下降幅度)条件下的空隙大小的微结构变化,并建立了渗透系数与微结构变化耦合关系。结果显示:在地下水开采引起的土层应力增加过程中,大孔隙度、长孔隙度会随着压力增加而明显降低,地裂缝上盘和下盘含水层大孔隙分别降低了39.05%和9.22%,不利于水分在孔隙间运移,中小孔隙度基本保持不变或略有上升;渗透系数随压力的增加呈现出减小趋势,最大下降幅度为71.08%,且随深度增加含水层渗透系数减小幅度逐渐降低。研究结果对于科学评价和预测西安地区地面沉降地裂缝地质灾害具有指导意义。     

地面沉降对含水层参数及给水能力的影响研究

地面沉降主要由深层地下水开采造成,含水层的压缩释水是深层地下水开采量主要构成来源,同时随其压缩变形孔隙比减小造成储水系数、渗透系数的减小,对弱透水层非弹性释水量、越流补给量造成影响。地面沉降过程中的水文地质参数非线性变化及对承压含水层系统的反馈作用也成为水文地质领域的前沿问题。为对地下水开采量、沉降量、地质参数变化以及给水能力变化之间的关系做一个较为定量定性的探究,以含水层压缩过程中的物理机制为依据,并基于沧州地区深层承压含水层的地下水位变化过程和水文地质参数,采用数学手段构建储水系数和渗透系数变化的一维非线性沉降模型。模拟结果显示随承压水头下降,储水系数最高可减小77%,含水层系统的给水能力和储水能力会随压缩变形减小50%甚至更多。研究成果为深入认识水文地质参数与应力变化相关关系、科学评价承压含水层地下水储水调节能力有重要借鉴意义。     

江汉平原典型含水层水文地质参数反演

含水层参数对于定性分析区域地下水资源评价、数值模拟及预报、开发利用与保护及科学管理具有重要意义,而江汉平原水文地质参数求解的研究却相对较少.2015年江汉平原1:50 000水文地质调查项目完成杨林尾图幅与陆溪口图幅,选择杨林尾图幅和陆溪口图幅中的4个代表性钻孔,分别做了3组抽水试验和一组压水试验.对抽水数据使用Dupuit公式法结合抽水稳定阶段数据求解含水层参数,同时利用Aquifer Test软件中Theis标准曲线法、直线图解法对抽水试验中非稳定条件下抽水数据对含水层参数求解,得到孔隙水含水层渗透系数及弹性给水度;利用压水试验工程规范求解基岩裂隙含水层的渗透系数.探讨了利用非稳定抽水试验条件下求解含水层参数方法的可行性及该方法的优势.计算结果表明:杨林尾镇浅层(20.2~64.55 m)含水层渗透系数为0.075 m/d,弹性给水度为5.8×10-2;深层(138~160 m)含水层渗透系数为9.89 m/d,弹性给水度为2.3×10-5;陆溪口镇浅层(19.4~36.4 m)含水层渗透系数1.26 m/d,弹性给水度为1.1×10-1;基岩渗透系数为0.012 m/d.通过结果对比分析发现对于单孔非稳定抽水试验,对前期水位降深数据筛选分析,同样可以利用非稳定井流理论反演含水层参数,结果比较可靠.      

砂土给水度的试验研究

一、引言给水度是潜水含水层的重要水文地质参数,是农田排水设计、浅层地下水资源评价以及地下水非稳定流计算的基本依据。为了进一步探求给水度的变化规律,我们对细砂在不同的等速下降及不同地下水位埋深条件     

非稳定流抽水试验确定潜水含水层给水度的初步探讨

潜水含水层的给水度,是地下水资源评价中的一项重要的水文地质参数。其数据准确与否,对地下水资源评价的结果影响甚大。因此测定给水度应当象测定渗透系数一样,采取野外的方法进行测定,使能代表天然情况。     

报据潜水水位动态资料计算水文地质参数的方法

进行潜水动态预测所必须的水文地质参数为:潜水的水位 H、含水层的厚度 h 和渗透系数 K、水位变化范围内岩石的饱和差或给水度μ以及渗入补给强度 W。潜水动态预测结果的可靠性基本上决定于这些参数的准确程度。     

基于土柱排水实验探讨潜水含水层给水度的影响因素

给水度是重要的水文地质参数之一,为探讨潜水含水层给水度的影响因素,设计均质粗砂、均质细砂、上细下粗、上粗下细4种土柱的排水实验,按照一定间距分段降低地下水位,每段降深设计不同排水时间,求取不同水位埋深的给水度.当地下水位埋深小于支持毛细水高度,给水度受地下水位埋深影响显著,其关系可以用非线性函数来表示.排水时间越长,给水度越大,当土柱分段排水时间超过1 h,给水度值稳定.0.6~0.9 mm粒径的粗砂给水度大于0.2~0.4 mm的细砂;当地下水位在土层分界面下20 cm时,上细下粗土柱给水度显著增大,上粗下细土柱给水度显著减小.给水度的大小与地下水位埋深、排水时间、岩土颗粒和潜水面附近及之上非均质结构等因素有关.      

基于流量衰减曲线的岩溶含水层水文地质参数推求方法

分析流量衰减曲线是研究岩溶含水层水文地质参数的重要手段。在阐明流量衰减分析理论的基础上,通过连续监测一年寨底地下河出口的小时流量过程,共获取8 784组流量数据。首先选取典型的2013年9月25日3:00暴雨后至2013年10月13日17:00的446组流量数据作为研究对象,并利用MATLAB软件对该时间段的流量过程进行曲线拟合,从而确定了不同阶段流量衰减系数分别为0.642 5、0.025 8、0.001 5;然后通过流量衰减系数计算寨底不同含水介质导水系数T与给水度S的比值;最后利用裂隙率近似给水度的方法确定了寨底不同含水介质的水文地质参数。结果表明,寨底岩溶管道、裂隙、基岩介质导水系数分别为:258.87、3 865.98、40.64 m²/d。说明辅以必要的水文地质调查,确定管道分布和径流距离,流量衰减曲线可用于计算岩溶含水层不同介质的导水性能和给水度。     

Aquifer vulnerability assessment using the DRASTIC model at Russeifa landfill,northeast Jordan

Groundwater is inherently susceptible to contamination from anthropogenic activities and remediation is very difficult and expensive. Prevention of contamination is hence critical in effective groundwater management. In this paper an attempt has been made to assess aquifer vulnerability at the Russeifa solid waste landfill. This disposal site is placed at the most important aquifer in Jordan, which is known as Amman-Wadi Sir (B2/A7). The daily-generated leachate within the landfill is about 160 m³/day and there is no system for collecting and treating this leachate. Therefore, the leachate infiltrates to groundwater and degrades the quality of the groundwater. The area is strongly vulnerable to pollution due to the presence of intensive agricultural activity, the solid waste disposal site and industries. Increasing groundwater demand makes the protection of the aquifer from pollution crucial. Physical and hydrogeological characteristics make the aquifer susceptible to pollution. The vulnerability of groundwater to contamination in the study area was quantified using the DRASTIC model. The DRASTIC model uses the following seven parameters: depth to water, recharge, aquifer media, soil media, topography, impact on vadose zone and hydraulic conductivity. The water level data were measured in the observation wells within the disposal site. The recharge is derived based on precipitation, land use and soil characteristics. The aquifer media was obtained from a geological map of the area. The topography is obtained from the Natural Resources Authority of Jordan, 1:50,000 scale topographic map. The impact on the vadose zone is defined by the soil permeability and depth to water. The hydraulic conductivity was obtained from the field pumping tests. The calculated DRASTIC index number indicates a moderate pollution potential for the study area.     

基于MODFLOW参数不确定性的地下水水流数值模拟方法

考虑到模型不确定性引起的地下水数值模拟不确定性对模拟过程的影响,在简要介绍含水层水文地质参数变异性研究进展和地质统计学的基础上,基于常用的确定性地下水流数值模拟软件MODFLOW开发了MODFLOW-Gslib软件,相较于传统的数值模拟方法,将地质统计学与数值模拟结合的方法能够模拟非均质含水层中的参数变异性问题。将MODFLOW-Gslib软件运用于模拟实例中,选择常见的不确定性因素进行模拟,并对其模拟产生的数据进行统计分析,结果表明,软件转化后的参数符合水文地质参数不确定性的相关特征;与原模拟结果进行对比,该软件能够更加真实地刻画含水层参数变异性特征。     

天津市地下水流-地面沉降耦合模型

天津市平原区地面沉降主要由地下水大量开采引起,影响范围广、危害大,已成为天津市主要的环境地质问题。分析了研究区的水文地质条件,结合地下水开发利用状况,将研究区概化为6个含水层组,地下水流考虑三维非稳定流,地面沉降选用一维固结压缩模型,运用地下水流模型Modflow 2005和地面沉降模拟模块 Sub,建立了天津市平原区地下水流-地面沉降数值耦合模型,模型面积为1.1×10⁴ km²,利用1998-2008年地下水位等值线、过程线、地面沉降过程线等资料对模型进行了识别。模拟期的地下水均衡分析表明,在多年开采条件下,越流补给、压缩释水、侧向边界流入分别占深层含水层补给量的41.84％、32.15％和24.17％。将调试后的模型应用于南水北调实施后地下水控采条件下的地面沉降趋势预测,显示出停采或减少地下水的开采,有利于减缓地面沉降下降速度,且表现出开采层位越往下,地面沉降恢复难度越大的变化趋势。     

求解地面沉降预测模型参数的逆问题

地下流体的抽取所引起的地面沉降的预测依赖于所选理论模型中参数的量化。本文所建立的逆问题模型中涉及到压缩承压含水系统中5个控制地面沉降的参数：压缩弱透水层的垂向水力传导系数K＇、塑性贮水率S＇skv和弹性贮水率S＇ske、含水层的贮水率S＇S和弱透水层的前期最大固结压力p＇max0。逆问题模型由Newton-Raphson调整算法和Helm有限差分一维固结模型构成（COMPAC）,其中固结模型可用其他模型替代。文中用一个理想压缩承压含水系统对该逆问题模型进行检验,检验结果显示该模型能求解出理想压缩承压含水系统的K＇、S＇skv、S＇ske、S＇S和p＇max0的近似值,其中p＇max0和S＇skv是控制计算沉降量的两个最主要的参数。每个监测点计算压缩量的平均相对误差为7.8%,该误差仅由调整算法产生。该逆问题模型应用于上海F9地面沉降监测点上部承压含水系统参数的求解和变形量的预测,所求解出的K＇、S＇skv、S＇ske、S＇S和p＇max0的近似值分别为8.58×10-4 m/a、3.50×10-4 1/m、6.39×10-6 1/m、1.19×10-5 1/m和-2.50m、每个观测点计算压缩量的平均相对误差为13.7%。误差的来源除了调整算法外,还包括地下水位、压缩变形的观测误差以及模型概化所产生的误差。     

某地下空间承压含水层抽水试验及成果分析

由于地下水突涌风险,地下空间在施工作业中有必要通过抽水试验确定承压含水层的水文地质参数。依据勘察报告的初步评价,基坑开挖15.5m时,场地内第⑦1层承压含水层有可能产生突涌,为确保工程安全施工,需开挖前进行承压含水层抽水试验,取得场地承压含水层水文地质参数及降水引起的沉降特征,为地下空间设计和施工提供可靠依据。本次布设抽水井、观测井、分层沉降标组、孔隙水压力观测孔及地面沉降观测点,依据抽水试验技术要求获取渗透系数、抽水影响半径等相关水文地质参数。最后,针对工程场地内承压水情况及特点进行分析,提出基坑开挖时的承压水降压建议方案。     

Application of MODFLOW for simulating groundwater flow in the Trifilia karst aquifer, Greece

Karst aquifers can have a complex flow as a result of the formation of large conduits from dissolution features. As a result, a three-dimensional finite-difference groundwater flow model (equivalent porous media) may not apply as the dual porosity nature of karst features and the effects of turbulent flow cannot be directly simulated. Statistical analysis of karst hydrographs of the Trifilia aquifer in Greece showed the existence of a slightly karstified mass with high primary porosity that regulates the flow. An equivalent porous media model was developed to simulate the Trifilia karst aquifer using MODFLOW. Steady state and transient state calibration gave encouraging results for the equivalent porous media approach, which does not consider pipe flow or turbulence. Detailed hydrogeological research conducted in the area helped define the aquifer hydraulic conductivity zones and extent; and flux to/from the aquifer. Only hydraulic conductivity and specific yield were adjusted during calibration, as the flux to/from the system was considered known and applied as boundary conditions. Small mean absolute and RMS piezometric head error of the model under both steady and transient state conditions were achieved.     

Investigation into subsidence hazards due to groundwater pumping from Aquifer II in Changzhou,China

This paper presents an investigation into increased deformation of Aquifer II caused by groundwater pumping from the aquifer in Changzhou, China. As groundwater levels of aquifers have been decreasing in recent decades due to uncontrolled water pumping, land subsidence is becoming a serious geohazard in Changzhou. Based on recently reported field data, the compression of aquitards has not increased compared to that of aquifers with the same scale of layer thickness. The Cosserat continuum model was adopted to analyse the observed phenomenon in this study. A classic Cauchy continuum model is also used for comparison. The comparison between these two models indicates that the proposed approach can interpret the increased deformation well, and the classic Cauchy continuum model underestimates the aquifer deformation as it does not consider shear displacement and macro-rotation. A discussion on the relationship between the groundwater level in the aquifer and subsidence is then undertaken. The results show that the severity of the annual subsidence is correlated with the variation in groundwater level in Aquifer II. To mitigate the subsidence hazards, countermeasures should be adopted to avoid the shear stress in aquifers which results from the high hydraulic gradient, by the appropriate allocation of pumping wells and by restricting groundwater withdrawal volume from each pumping operation.     

含水介质对地下水污染曝气修复的影响

为进一步研究地下水曝气原位修复技术的影响因素,采用室内实验的方法系统地研究了含水介质对原位曝气技术修复地下水污染的影响。研究结果表明:大量水相中的柴油在曝气的开始阶段被去除,随着时间的延长,污染物去除率不断增加,但增加的幅度逐渐减小。污染物去除率与时间关系曲线符合对数曲线规律,相关方程为y=alnx+b,R2=0.802 4～0.907 1,相关性较好。含水介质的渗透系数对地下水污染修复的影响较大,渗透系数与污染物的去除率基本呈正相关关系,渗透系数越大,污染物的去除率越大;含水介质密度与污染物去除率基本呈负相关关系,含水介质密度越大,污染物的去除率越小。     

含水岩组概化的累积导水系数法

地下水流系统理论和数值模拟技术分别是水文地质学的基本理论和技术方法,含水岩组的概化是地下水流系统分析和地下水数值模拟的重要基础,直接影响着数值模拟和水流系统分析的精度和可信度.为提高含水岩组概化的精度和可信度,提出一种含水岩组概化的新方法,即累积导水系数法.依据岩层厚度与渗透系数乘积累积值随深度的变化,以及水文地质剖面岩性分布的整体特征,概化含水介质结构.以玛纳斯河流域为例,应用该方法概化流域内的岩性剖面,结合GMS软件中TINS模块构建水文地质结构模型.结果表明,应用该方法概化后的含水层结构具有较好的合理性和仿真性,建立的三维模型很好地显示了研究区含水介质的空间展布特征,为建立地下水流模型奠定了良好的基础.