地下水与河水脱节的实验与模拟

傍河取水是我国北方城市一种常用的供水模式,由于河道径流量较小,在枯水季节河流附近的地下水与河水产生脱节。本文用砂槽模型进行了地下水与河水脱节的物理模拟,然后再应用饱和流与变饱和流模型进行理论模拟。物理和理论模拟得到了相同的结论和几点新的认识：地下水与河水脱节之前,河水浸润曲线是一条弯向河流的上四曲线;脱节点不位于河床面而在河床面以下的含水层内部;脱节后在河床下形成一个悬挂饱和层。     

傍河水源地取水井堵塞特征及缓解途径概述

傍河取水技术是一种地表水与地下水联合利用的开发模式。该技术既可以保障水资源开采量的可持续性和稳定性,又可以通过入渗过程有效去除水体中的污染物,降低水处理成本。但河水入渗过程导致的取水井堵塞现象一直是困扰国内外傍河取水的难题。如何缓解取水井堵塞是保证傍河水源地可持续运行的核心所在。通过总结国内外傍河水源地的运行实践,分析了堵塞作用的原因及类型,探讨了河流水动力条件、河流的水质状况、傍河水源地取水井的分布及取水量对堵塞作用影响的机制,提出了适时洗井、定期监测河水水质、合理设计取水井井群、控制取水量4条缓解取水井堵塞的途径,为傍河水源地管理提供了技术支撑。     

河流补给机理的试验研究

在傍河水源地地下水资源评价中，如何确定河流的补给量是最重要的问题之一，本文利用室内试验，探讨了河流渗漏补给量与排泄水位，介质渗透性的关系，分析了在河流与地下水脱节前后，地下水位随河水位，排泄水位而变化的规律，建立了河流补给地下水的非线性渗透模型。     

郑州北郊水源地地下水流三维有限元模拟

本文从傍河水源地地下水流动的三维特征分析入手，结合三维有限元数值模型，模拟了两组大型抽水试验，识别和反求含水层参数，进一步对地下水开采方案进行了评价。     

傍河抽水驱动下河流与地下水关系演化的数值模拟研究发展概况及存在的问题

研究河流与地下水关系的演化过程,对深化沿河地段地下水资源形成的认识,发展与创新河床下地下水运动的理论和研究方法具有十分重要的理论和实际意义。通过对已有的国内外关于傍河抽水模型的研究成果进行收集分析,总结出傍河抽水驱动下河流与地下水关系演化的解析解模型和数值解模型的研究进展,以及在已有模型研究中对模型概化存在的不足。并指出随着地下水的超采,地下水位持续下降,河流和地下水之间失去直接水力联系,地下水流以非饱和渗流为主。以及对该问题的研究方向的展望。     

基于环境同位素技术的河水补给研究——以沈阳黄家傍河水源地为例

河水入渗补给是傍河水源地的主要补给来源,确定河水补给强度对于促进水源地长期安全的开采具有十分重要的意义。以沈阳黄家水源地为研究区,通过对比研究区河水、地下水的水化学及氢氧稳定同位素特征,分析了水源地地下水的补给来源及强度。结果表明:傍河水源地地下水主要接受河水的入渗补给和区域地下水的侧向补给;受河床沉积物和含水介质的岩性及结构在空间上的差异影响,河水入渗补给后在向地下水位漏斗中心流动的过程中具有浅层和深层两条地下水流路径,深层地下水与河水的水力联系更为紧密;河水对地下水的补给强度具有明显的时空变化特点,表现为雨季河水入渗强度明显大于旱季,并且随着与辽河距离的增加,水源地地下水获得的河水补给量呈逐渐减小的趋势。     

傍河地下水与河水脱节机理研究

用一个砂槽模型模拟地下水与河水脱节过程,观测脱节现象与渗流规律,再用饱和－非饱和流理论通过计算机对这些现象和规律进行理论模拟与验证。物理实验和理论模拟得到了相同的认识：地下水与河水脱节之前,河水浸润曲线是一条弯向河流的上凹曲线;脱节点不位于河床面而在河床以下的含水层内部;脱节后在河床下形成上下两个饱和层。     

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%。     

傍河水源地地下水水流数值模拟的不确定性

按客观随机性与主观不确定性,对傍河水源地地下水水流数值模拟中的不确定性影响因素进行了详细分析,在此基础上,提出了处理地下水系统中随机不确定性的方法改进一次二阶矩法,并将其应用于傍河水源地地下水可开采量的可靠性分析中.评价结果得出:考虑参数的随机不确定性因素后,水源地以4.7×104 m3/d进行开采时发生地下水超采的风险率为19.31%.     

非饱和裂隙岩体渗流的统计模型研究方法

常规方法研究非饱和裂隙介质往往采用宏观连续体的概念,然而现场试验证明,非饱和裂隙岩体中的渗流具有相当的非均质性。天然裂隙岩体的非饱和渗流是发生在三维裂隙网络中的多场非等温流,要在不完整的信息基础上刻画和表现介质的不均匀性,通常借助随机模拟的手段。将三维裂隙系统近似为概化的二维非均匀多孔介质的二维平面裂隙。采用模拟退火法将取自各种来源的信息资料通过建立适当的目标函数汇集至模型之中,以此模拟裂隙的空间特征。     

基于地面沉降控制的区域性松散沉积层地下水可采资源规划评价

为了满足区域性松散沉积层地区地面沉降的防控要求,规划评价地下水的可采资源量,根据渗流理论和土力学理论,建立了地下水三维非稳定渗流与地面沉降耦合数学模型,并考虑了含水层孔隙度、渗透系数、储水率随含水层发生固结沉降的变化特征。采用三维有限元数值分析方法,以江苏省南通市地下水开采为例,基于地面沉降的控制要求,规划评价出了各乡镇各含水层的地下水可采资源量。结果表明：地下水开采布局科学规划后,总的可采资源量为17 870.56×10⁴ m³/a,较现状开采量10 902.32×10⁴ m³/a有较大幅度的增加。地下水三维变参数非稳定流与地面沉降耦合模型可以更加精确地刻画三维水文地质体的特征,更加符合实际情况。     

数值模型在黑河干流中游水资源管理中的应用

以黑河干流中游水资源管理为例,利用地下水数值模型研究了天然和人工活动作用下泉水、地下水向地表水排泄量的变化规律;预测分析了不同情景下的水资源开发利用状况.研究表明,地下水向河-泉的排泄量呈衰减趋势,且地下水的增采量和渠系防渗节约的水量主要来源于地下水储存量的消耗;指出在目前有限的水资源条件下,为保护生态地质环境,必须限制地下水的持续超采.     

海河流域地下水资源保护

地下水资源在海河流域至关重要的资源。海河平原的浅层和深层含水层大面积处于严重超采状态。地下水资源的的过量开采造成了严重环境问题。为了保护地下水资源，评价了可行的技术。利用洪水和废水进行人工回灌已进行了试验。在很多地区可以应用地表回灌系统，城市地区实施深层含水层的回灌。更好地策略是减少地下水的抽取量，特别是为了减缓地面沉降和海水入侵。应该联合运用减少地下水抽水量和人工回灌，以解决地下水位持续下降和含水层恢复的问题。     

淄博孝妇河源区地下水资源的开发利用研究

在分析淄博市孝妇河流域源头的南神头－窑广地下水富水区水文地质条件的基础上，应用数值模拟方法建立了该区的地下水流模型，并根据当地的资源需求建立了地下水动态预测模型，研究了可能通过该区出流边界补给下游地区地下水的侧向排泄量。应用系统工程学和运筹学理论，以“开采费用最小”为目标函数，以研究区的需水量及开采井的供水作为约束条件，建立了该区的地下水最优控制模型。通过优化地下水开采布局对出流边界的流量进行了研究，既为富水区的地下水资源利用确定开采方案，又科学地评价地富水区北部边界对下游地区的地下水侧向补给量。     

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.     

吉林省西部潜水资源与生态环境风险分析

吉林省西部是我国主要粮食产区,但区内农业水利规划管理同时面临潜水资源与生态环境双重风险。近20年来,区内曾尝试多种水资源利用模式,但缺少不同模式应用效果的定量化对比。文章建立了不同水资源利用模式,对比分析各模式的水资源与次生盐碱化风险。以洮儿河流域为例,采用循环神经网络预测2019—2023年该地区大气降水和地表水对地下水补给量;通过随机数值模拟预测现状开采、连续干旱、无序开采、地下水库建设、节水灌溉、旱田改水田6种情形下,区内潜水水位空间分布特征。以防止次生盐碱化为目标,定义水位埋深上限为1 m;以含水介质厚度为参考,定义水位埋深下限为12 m。遴选适合吉林省西部地区地下水资源可持续利用模式。结果显示:无序开采是导致区内水资源枯竭的主要诱因;地下水库建设和旱改水工程有助于潜水资源维护,但长期运行可加剧生态环境风险。节水灌溉（净采强度为2.0×108～3.0×108 m3/a）是降低区内水资源风险和生态环境风险的最佳方式。文章采用的神经网络—随机模拟分析方法成功预测了地下水位变化驱动因子和地下水位中长期变化趋势,为我国干旱半干旱地区潜水资源利用方案制定提供了新方法。     

Groundwater mixing in a sand-island freshwater lens: density-dependent flow and stratigraphic controls

This paper focuses on a small back-barrier sand-island on the southeast coast of Queensland. The freshwater lens in the study area exhibits anomalously high short-range salinity gradients at shallow depths, which cannot be explained using a standard seawater intrusion model. The island groundwater system consists of two aquifers: a semiconfined aquifer hosting saline to hypersaline groundwater and an overlying unconfined freshwater aquifer. The deeper aquifer is semiconfined within an incised paleovalley, and groundwater flow is restricted to an east – west direction. Tidal response observations show that the tidal signal propagates far more rapidly and is of much higher magnitude in the semiconfined aquifer than the unconfined aquifer. The tidal wave-pulse amplitude is also subject to greater attenuation in the unconfined aquifer. A conceptual hydrogeological model illustrates how upwelling of hypersaline groundwater, induced by density-dependent flow and tidal pumping, has contaminated the shallow groundwater resource. Salinisation at shallow depths is restricted to an area proximal to the paleovalley aquifer. The spatial distribution of lithological heterogeneity is an initial limiting control on the movement of the upwelling saline plume. The extent of shallow groundwater contamination is also limited by the presence of a baroclinic field, resulting from lateral variations in fluid density. Hydrochemical signatures have been used to support the model hypothesis and link the salinisation of fresh groundwater with the semiconfined aquifer as opposed to the surrounding estuarine surface water. The geometry and thickness of the freshwater lens are further controlled by the presence of the largely impermeable bedrock paleosurface between 9 and 12 m depth. The combination of hypersaline groundwater and hydraulically restrictive lithology at shallow depths has produced excessive thinning of the freshwater lens, demonstrating that the application of a model such as the Dupuit – Ghyben – Herzberg relationship would grossly overestimate the available groundwater resource.     

美国Sand Hills地区地下水数值模拟及水量平衡分析

利用地下水数值模型MODFLOW和非饱和带水平衡模型对处于半干旱半湿润沙丘地区(Sand Hills)地下水位进行了模拟,并分析了含水层补排水量,河流与地下水补排关系,以及区域水平衡过程。揭示了独特沙丘地形和土壤特性对地下水补排量的影响。模拟结果表明,入渗率大、非饱和带厚的沙丘有利于降水入渗补给,减少了地下水蒸散发损失。加上下覆含水层具有良好的地下水储水空间,是该地区储存丰富的地下水量,以维持河流稳定流量,供给众多湖泊和湿地的原因。该研究对我国地下水资源评价和生态环境脆弱地区水资源保护具有指导意义。     

滹滏平原地下水系统脆弱性最佳地下水水位埋深探讨

笔者以滹滏平原为研究区, 采用统计分析的方法, 分析了地下水防污性与地下水资源脆弱性随地下水位埋深之间的变化关系。结果表明, 当地下水位埋深增大时, 地下水防污性增强的地区, 地下水资源脆弱性也增高;通过二者之间变化关系, 认为受地下水位埋深制约及地下水位埋深对二者的不同影响, 存在使地下水系统脆弱性最佳的地下水位埋深区间;通过地下水位埋深对地下水防污性与地下水资源脆弱性影响及其制约关系, 确定滹滏平原淡水区和咸水区地下水系统脆弱性最佳地下水位埋深分别为27~30 m和15~19 m。     

关于河北平原区深层地下水资源属性的探讨

以河北平原为例,采用同位素、地下水资源评价和地下水水位动态3种思路分析了深层地下水资源属性。根据实测地面沉降量反求深层地下水储存资源量的构成,确定了在以往的深层地下水资源计算时储存资源量少计算了32.77%,弹性释放系数比以往的数据大;根据深层地下水动态特征,分析认为深层地下水资源在同一水文年内可以得到部分恢复,在深层地下水降落漏斗区地下水循环速率将加大,并根据沉积学的观点,认为河北平原含水层在各期古河道带交叉重叠部位或在重叠部位附近可能是连通的,浅层地下水可以沿着各期古河道带沉积的砂性土构成的含水层向下补给深层地下水,其补给量远大于通过巨厚的黏性土层向深层地下水的越流补给。