山西太原西山汾河二库的泉域归属及其渗漏量计算

山西省汾河二库是建于汾河中上游的一座大型水库。由于水库处于晋祠兰村泉域交界地带的碳酸盐岩河段,水库蓄水并淹没了天然条件下出流的悬泉寺泉群,造成库区岩溶水文地质条件发生根本性改变,直接影响到泉域岩溶水的水资源评价、开发管理和以泉水复流为目标的生态修复的措施制定。本文针对汾河二库修建后的以下两个问题开展了讨论。第一,利用最新调查与勘探资料分析二库修建对岩溶水文地质条件的影响,并对二库库区的泉域归属问题进行了划定,认为悬泉寺泉水的出流受控于汾河河谷内向西倾斜的下奥陶统区域相对隔水层的阻水作用,汾河二库蓄水水位提高近40 m,天然条件下挟持于晋祠-兰村泉域间相对独立循环的悬泉寺泉域降落漏斗被“充满”,泉水消失,形成对岩溶地下水渗漏反补给,水库渗漏水量通过中奥陶统主要进入晋祠泉域,汾河二库以寺头-下槐间下奥陶统出露的地段为界,下槐泉以上划归晋祠泉域,下槐泉以下则划归兰村泉域;第二,利用二库上游寨上水文站、下游的上兰村水文站资料和二库蓄水水位系列资料,由均衡法建立了二库蓄水水位与渗漏量之间的非线性方程,并据此预测,当二库水位提高至905.7 m时的渗漏量为2.862 m3·s-1,而对兰村泉域岩溶水及山前西张水源地的补给量有限。      

有限单元法数值计算在水库渗漏及渗流区浸没预测中的应用

水库渗漏一方面会造成水量损失,直接影响工程效益,另一方面渗流区下游农田、居民点被浸没,沼泽化,引起地质环境恶化,甚至下游有边坡区域土层含水量增高,边坡失稳,产生地质灾害.根据水库渗流区上下游的水文地质特征及渗流区各段地层透水性,建立了渗流区地下水运动的二维流水平运动模型,提出了根据渗流区上下游水位边界条件与区域内有限个单元的水头相互关系来求解模型的一种方法.最后在计算机的辅助下,应用上述模型分析渗流区域地下水的上升状况,为库水的渗漏量及河间地块浸没的定量评价提供了理论基础.     

北京市平原区地下水流动数值模型应用研究

以北京市平原区地下水系统作为研究对象,系统地收集整理了相关的地质和水文地质资料,通过对资料的综合分析,对边界条件、含水层结构等进行合理概化,建立了水文地质概念模型。在此基础上,运用MODFLOW软件建立了北京市平原区地下水流动的三维数值模型。模型垂向上剖分为10层,平面上每层剖分为499行×499列不规则矩形网格,有效单元共计1 103 000个,以刻画复杂的含水层结构和地下水三维流动特征。依据实测地下水位数据进行模型参数识别与校正,绝大多数计算水位与实测水位拟合较好,模拟流场与实测流场吻合,参数符合水文地质条件,表明本研究建立的数值模型能够较好地刻画北京平原区地下水流动特征。     

新疆渭干河流域地下水三维流数值模拟

采用任意多边形网格有限差分法求解模型,根据地下水水头长观资料识别模型的水文地质参数,建立了含混合井孔的6层模拟系统的地下水三维不稳定流模型来刻画渭干河流域地下水流动的基本规律.运用识别后的模型进行了地下水资源评价,预测了未来10 a不同开采条件下的地下水动态变化,探讨了地下水资源的合理开发模式,提出在以蒸发排泄为主的条件下,应在保证生态用水的前提下最大限度地夺取无效蒸发.     

南定矿疏降排水系统最优化设计研究

运用最优化理论,在认真分析研究南定矿区水文地质资料的基础上,建立了多层层系统水文地质概念模型和相应的"准三维"数学模型,并识别了模型的水文地质参数;建立区地下水系统管理模型;运用响应矩阵法求解了管理模型的最优解。      

陆浑水库坝基水位观测资料分析

经过对 30余年水位观测资料的整理和分析 ,在厘定水文地质模型的基础上 ,运用数理统计原理 ,获得了坝基地下水渗流特征及其变化趋势的基本认识 ,这包括库、管水位关系 ,代表断面测压管平均位势过程线 ,特定库水位时测压管管水位过程线 ,坝基渗流量变化。研究表明 ,上游铺盖与截水槽结合下游排水的防渗体系有效地控制了坝基水位 ,这为水库投入正常高水位(319.5 ,32 7.5 ,331.8m)的运行提供了详实的理论依据。     

陆浑水为坝基水位观测资料分析

经过对３０余年水位观测资料的整理和分析,在厘定水文地质模型的基础上,运用数理统计原理,获得了坝基地下水渗流特征及其变化趋势的基本认识,这包括库、管水位关系,代表断面测压管平均位势过程线,特定库水位时测压管管水位过程线,坝基渗流量变化。研究表明,上游铺盖与截水槽结合下游排水的防渗体系有效地控制了坝基水位,这为水库投入正常高水位（３１９．５,３２７．５,３３１．８ｍ）的运行提供了详实的理论依据。     

黄河下游影响带(河南段)三维地下水流数值模拟模型及其应用

黄河下游（河南段）影响带属于黄河下游冲积平原地下水系统，黄河对地下水的影响范围为5－23km，面积为9417.6km^2。在建立水文地质概念模型的基础上，运用FEFLOW软件建立了研究区三维地下水流模拟模型，并对模型进行了识别。运用模型确定地下水多年平均补给资源和可开采资源评价；预测新建傍河水源地开采条件下，地下水位在5－10年内趋于稳定；定量研究黄河与地下水的补排关系，傍河水源地开采量的65％－75％来自黄河水，黄河大堤防渗墙工程深度为20m和45m情况下，黄河侧渗量分别减小5.72%和8.12%。     

庄里水库建设对地下水水位的影响

庄里水库位于羊庄盆地水文地质单元内,水库建设将使地下水补径排条件和流场发生改变,根据羊庄盆地水文地质条件、地下水开发利用状况,采用Visual Madflow4．1软件,建立地下水水流模型,模拟庄里水库建成后对地下水水位和流场的影响,提出地下水水源保护措施。     

数值法在计算地下水补给资源量中的应用

为计算XX矿区拟建供水水源地的地下水补给资源量,在分析矿区地质及水文地质条件的基础上,通过对边界条件、含水层及地下水流动状态进行概化,建立水源地的水文地质概念模型,通过抽水试验动态资料对数值模型进行识别,通过均衡分析,计算获得区内地下水补给资源量为18 091.59 m3/d。     

基于数值模拟的汾河二库对晋祠泉岩溶水系统渗漏补给作用研究

汾河二库的下闸蓄水，改变了晋祠泉域汾河地表水对岩溶水的渗漏补给条件，对区域岩溶水流场变化有着长远的影响。本研究通过系统梳理库区水文地质条件，勾画地表水渗漏补给岩溶水范围，考虑地层岩性、蓄水高度等因素，确定二库不同蓄水水位下晋祠泉域获渗漏量占比；构建晋祠泉三维岩溶地下水流模型，研究二库渗漏对泉域岩溶地下水补给作用，并预测不同蓄水情景下晋祠泉口水位变化趋势。结果表明:晋祠泉域获渗漏量占比随二库蓄水位非线性变化，最低为92.8%，在二库蓄水位达902 m后稳定在93.7%，而渗漏量与二库蓄水高度呈正相关；泉域岩溶水径流区受渗漏补给作用最显著，其次为排泄区、北部补给区；渗漏补给作用下，地下水位回升值受二库水位和补水距离影响；维持设计水位（905.7 m）和2017年水位（895.9~902.4 m）时，预计晋祠泉口水位分别在2021年7月和2023年1月达到泉口高程。      

北方断流岩溶大泉复流的生态修复模式与复流措施效果的定量评价——以山西太原晋祠泉为例

岩溶大泉是中国北方岩溶地下水的主要天然排泄形式,它们集供水、旅游、生态等功能于一体,是重要的自然资源。自20世纪后期,受自然、特别是人类大规模开发、采煤等活动的影响,有近30%的岩溶大泉断流,其中不乏中外闻名的大泉。十七大以来,各地政府积极响应党中央国务院加强生态文明建设的号召,启动了一些重要断流岩溶大泉复流的生态修复工程。本文根据北方断流岩溶大泉的结构模式与成因,提出了包括利用上游水库蓄水、调节渗漏段河水流量、在河流渗漏段实施人工增补工程、在岩溶地下水强径流带和排泄区采取关井压采、封堵泉口下游自流井、对煤矿带压区进行监控、补给区分区植树造林措施的复流模式;以山西太原晋祠泉为实例,在对各项复流措施效果进行定量优化评价的基础上,得出抬高汾河二库水位至设计标高、关闭岩溶地下水强径流带内白家庄煤矿降压排水井、封堵处置泉口下游自流井是近期经济可行的有效措施的结论;最后利用建立的泉域地下水渗流数值模型,预测实施三项近期措施后,晋祠泉水可望在2年左右的时间实现复流,该结论以期为晋祠泉及北方岩溶区其他同类型岩溶泉水生态复流工作提供示范与参考。     

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。     

Impact of impoundment on groundwater seepage in the Three Gorges Dam in China based on CFCs and stable isotopes

It is a common concern that the groundwater flow field caused by the Three Gorges Dam changes the regional seismic activity and environment. The changes in the seepage region could be effectively reflected through the analysis of the groundwater age using chlorofluorocarbons (CFC)-based techniques. In this study, the influences of the reservoir water on groundwater and the seepage region boundary of the reservoir were investigated using CFCs, stable isotopes, and water level in groundwater, reservoir water, and spring water during the water storage process of the Three Gorges Reservoir. The results show that the water supplied by the groundwater is older, whereas the water supplied by the reservoir and the springs is younger. With an increase in the water level of the reservoir, the water in well W3, which is located at the vice dam of the head region, becomes older due to the reservoir loading effect, whereas the water in well W4 become younger due to the lateral seepage of reservoir water. This finding indicates that the groundwater seepage regions in wells W3 and W4, which are located at upstream of the reservoir, are all influenced by the Three Gorges Reservoir. In contrast, the sampling points in the northern section of the Xiannvshan fault zone, which is farther from the dam, did not exhibit any direct hydraulic connection between the groundwater and the reservoir water; thus, the reservoir seepage effects may not affect the northern part of the Xiannvshan fault zone. These research results provide important reference data that can be used to analyze the effects of the Three Gorges reservoir storage on the regional environment.     

The influence of Zihe Stream on the groundwater resources of the Dawu well field and on the discharge at the Heiwang iron mine, Zibo City area, Shandong Province, China

 The Dawu well field, one of the largest in China, supplies most of the water for the Zibo City urban area in Shandong Province. The field yields 522,400–535,400 m³/d from an aquifer in fractured karstic Middle Ordovician carbonate rocks. Much of the recharge to the aquifer is leakage of surface water from Zihe Stream, the major drainage in the area. Installation of the Taihe Reservoir in 1972 severely reduced the downstream flow in Zihe Stream, resulting in a marked reduction in the water table in the Dawu field. Since 1994, following the installation of a recharge station on Zihe Stream upstream from the well field that injects water from the Taihe Reservoir into the stream, the groundwater resources of the field have recovered. An average of 61.2×10³ m³/d of groundwater, mostly from the Ordovician aquifer, is pumped from the Heiwang iron mine, an open pit in the bed of Zihe Stream below the Taihe Reservoir. A stepwise regression equation, used to evaluate the role of discharge from the reservoir into the stream, confirms that reservoir water is one of the major sources of groundwater in the mine. Received, May 1998 / Revised, May 1999 / Accepted, June 1999     

基于GIS的黄水河地下水库实时调度管理系统与数值模拟研究

建设地下水库是我国北方特别是沿海地区解决水资源短缺的有效途径之一。本文依据龙口市黄水河地下水库的运行管理需要，建立了基于GIS的地下水库实时调度管理信息系统及数值模拟模型。对地下水库进行了调蓄调控模拟计算．为地下水库制定合理的调度运行管理方案和补源工程规划提供了科学依据。     

大藤峡水库岩溶塌陷预防的安全调度研究

水库运行容易在库区诱发滑坡、岩溶塌陷等地质灾害。通过水库运行的安全调度,可有效减少库区地质灾害的发生。本文以在建的大藤峡水库武宣防护区为例,分析计算了岩溶塌陷预防的安全调度水位、排蓄水速度;并根据现场调查,查明了研究区岩溶塌陷发育的地质背景和发育现状,建立了岩溶塌陷发育机理模式。为了分析水库运行改变地下水动力条件对岩溶塌陷发育的影响,运用Modflow软件,建立研究区数值模拟模型,通过数值模拟运算,预测了大藤峡水库不同蓄水水位引起的地下水位变化,以及不同排蓄水速度引起的地下水流速变化;探讨了包气带、潜水层和承压水层区域岩溶塌陷发育的可能性。结果表明:研究区岩溶塌陷预防的水库安全水位高程为51～62 m,蓄水水位安全上升速度为0～1.0 m·d-1和排水水位安全下降速度为0~3.0 m·d-1。      

基于相空间重构和小波分析-粒子群向量机的滑坡地下水位预测

预测滑坡地下水位的动态演变过程对滑坡稳定性分析具有重要意义, 三峡库区库岸滑坡地下水位时间序列受多种因素影响, 呈现出高度非线性非平稳的特征.为对其进行预测, 提出一种基于相空间重构的小波分析-粒子群优化支持向量机(wavelet analysis-support vector machine, 简称WA-PSVM)模型.该模型引入小波变换法对地下水位序列进行时频分解, 将非平稳的地下水位序列转变为多个不同分辨率尺度下的较平稳的地下水位子序列; 然后重构各子序列的相空间, 再利用PSVM(全称support vector machine)模型对地下水位各子序列进行预测, 最后将各子序列预测值相加得到最终预测结果.以三峡库区三舟溪滑坡前缘STK-1水文孔日平均地下水位序列为例, 首先分析滑坡前缘地下水位变化的影响因素, 再将WA-PSVM模型应用于地下水位预测, 并与单独PSVM模型和小波分析-BP网络模型(wavelet analysis-back propagation, 简称WA-BP)作对比.结果表明: 滑坡前缘地下水位受降雨和库水位影响较大, 利用WA-PSVM模型对STK-1水文孔地下水位进行预测的均方根误差为0.073m、拟合优度为0.966, WA-PSVM模型预测精度高于单独PSVM模型和WA-BP模型.WA-PSVM模型解决了地下水位序列非线性非平稳的问题, 在不考虑影响因素的情况下能获得满意的预测效果, 具有较高的建模效率和较强的实用性.