基于GMS的玉符河人工补源影响研究

为探究济南市玉符河人工补源对趵突泉泉域的影响,在系统分析泉域水文地质条件的基础上,采用地下水数值模拟软件GMS10.0建立了2012—2014年覆盖趵突泉泉域的地下水流数值模型,通过模型对玉符河补源实施后地下水的径流方向、影响面积以及对泉水位和西郊水源地水位的提升作用进行评估。结果表明:玉符河补源在实际渗漏量为10.52×10~4m~3/d的情况下,玉符河补源水首先沿着炒米店地堑由南向北流,然后再向东、西方向径流。补源后第177 d,补源影响范围基本抵达四大泉群,玉符河补源的最大影响范围为485.79 km~2。玉符河补源对趵突泉、黑虎泉的最大影响水位为0.06 m和0.04 m;对济南西郊水源地的水位起到明显的提升作用,最大值达到0.57m。西郊水位的抬升可以缓解地下水开采对趵突泉水位的影响,减小保泉的压力,也为将来济南百姓重新喝上优质地下水奠定了基础。     

不同网格加密方法在河流回补地下水模拟中的对比

河流回补地下水是线状回补过程,河道附近地下水位高精度模拟是回补效果准确评估的关键。基于非结构化网格加密方法,设定4种不同的网格剖分方案(两种结构化网格和两种局部加密的非结构化网格),在不同边界条件下对河流回补地下水过程进行模拟。通过对末流场、距离河道不同范围回补前后水位变差、地下水均衡和模型运行效率的对比分析,阐明线状回补模拟中不同网格加密方法的优劣。结果表明:与粗结构网格模型相比,两种局部加密的非结构化网格模型以及细结构网格模型的模拟精度高,能更准确刻画因河道回补导致的地下水位变化;两种局部加密的非结构化网格模型比细结构网格模型运行时间短,在没有大幅降低模拟精度的条件下,运行效率更高;四叉树网格模型相对于嵌套网格模型具有长期模拟的优势,在河流回补期末,模拟精度要稍高于嵌套网格模型;同时,四叉树网格模型具有多级加密的优势,加密级次越多,剖分的网格数量相对越少,运行时间相对更短。综上所述,四叉树网格加密方法既保证了模拟精度,又一定程度上提高了模型运行效率,是值得推广的一种局部网格加密方法。     

济南泉域岩溶水系统管理模型研究

利用Visual Modflow软件建立了济南泉域岩溶地下水数值模拟模型,并在此基础上,采用响应矩阵法建立了济南泉域岩溶水系统管理模型,重点研究并利用模型定量计算了济西、西郊、市区、东郊开采地下水以及补源等对泉水位的影响,进行了2个方案的优化管理,对济南市水资源进行优化配置,为实现"保泉供水"向政府提供了可靠的决策依据。     

复杂地质体离散化三维网格模型建模方法探讨——以面向FLAC~(3D)软件的建模为例

在地学相关的数值模拟工作中,因地质体的复杂和数值模拟软件的功能制约,使建立地质体的离散化网格模型成为一个难点。文章介绍了综合应用AutoCAD和ANSYS软件建立复杂地质体网格模型的方法,该网格模型用于在FLAC~(3D)软件中进行数值模拟计算。通过建模对比实验和分析认为,多段线具有较好的数据交互能力,面域对不同的线型兼容性好,以造面域的方法闭合岩性单元报错少,基于多段线面域的网格模型能很好地满足复杂地质体的建模需求,基于样条曲线面域的网格模型适用于形态简单的地质体建模。建模软件的综合运用,可建立复杂地质体网格模型,为成矿及工程地质领域的数值模拟提供有力的支持。     

垂直形变观测中排除地下水干扰的数值模型

本文根据地下水动力学中的Ｄａｒｃｙ定律，建立起受地下水运动支配的地面沉降模型，并采用有限元法给出上述模型的数值解，理论研究表明，如果边界域选取得当，沉降因子γ的初值、导水系数Ｔ及补给项Ｒ（即抽水、注水量）有一个符合研究区实际情况的给定值，该模型的计算结果将会取得较好精度。     

柳林泉域岩溶地下水资源开发利用现状分析

通过对柳林泉域岩溶地下水开发利用现状进行系统分析研究,,总结出柳林泉域岩溶地下水资源在开发利用中存在的主要问题,得出实施柳林泉域内保护岩溶水水质、水量和污水处理回用及节约用水等工程性措施同步协调进行的结论.     

千佛山与趵突泉泉水形成关系研究

从沉积盖层的形成、岩浆的侵入、碳酸盐岩岩溶发育过程及演化、构造运动对盖层的切割与破坏及对地形地貌的塑造等方面,分析了济南千佛山、佛慧山和以趵突泉为代表的济南四大泉群的内在联系。研究表明,燕山运动末期奠定了济南构造全貌,新近纪末期,千佛山、佛慧山一带基本形成了与现在相近的地貌特征,市区一带,在趵突泉、黑虎泉泉群附近形成了“天窗”。千佛山、佛慧山一带是趵突泉泉水的重要补给区,碳酸盐岩在市区隐伏于地下,是三水转化系统的重要介质,在地形低洼、构造有利的部位趵突泉腾空而出,其出流时间大约在距今1万至6000a之间。     

3D GIS下地下水流有限元数值模拟方法与应用

目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。     

地下水系统最优开采数值模型

本文以河南汝河中段河谷浅层地下水系统为例,重点介绍了一种地下水系统最优开采数值模型。该模型是一种地下水流系统水均衡模型和线性规划模型的耦合。水均衡模型采用强隐式有限差分法(SIP)求解,以解决技术函数及地下水流系统势能分布问题;线性规划模型以总开采量最大作为目标函数,以流量及技术函数组成的响应矩阵作为约束条件,用单纯形法求解。该模型能比较快地解决多节点、薄层潜水含水层中地下水最优开采的规划问题,能提供最优开采方案及最优开采量等信息。     

岩溶多重介质地下水模拟技术及应用进展

由于岩溶发育的极不均匀性和岩溶含水介质的多重介质性等特征, 使得岩溶水系统的地下水运动规律呈现出复杂多变的特点, 在孔隙或微小裂隙含水介质中岩溶水满足达西流, 而在岩溶管道中可能出现非达西运动, 这给岩溶区地下水模拟带来了极大挑战。系统地梳理了岩溶水流和溶质运移模拟的主要方法, 总结了复杂岩溶多重介质系统地下水模拟技术的现状, 并结合我国南方岩溶和北方岩溶各自的特点, 提出岩溶水模型在实际应用中需要关注的要点。主要包括: 需加强野外调查和观测, 提高模型中对岩溶含水介质结构非均质性表征的精度; 进一步深化对岩溶水运动机理的研究, 刻画岩溶多重介质的水流特征以及水交换机理; 针对北方岩溶水系统模拟, 可选择等效连续多孔介质模型, 重在耦合区域分布的岩溶溶孔－裂隙介质中慢速渗流与脉状分布的强径流带快速流; 对于南方岩溶区, 建议考虑建立分布式流域水文模型与能刻画集中管道流多流态变化的多重介质模型的岩溶地下水耦合模型。      

Modflow在平原区深层地下水资源评价中的应用

在建立长时间序列地下水数值模型时,根据数据精度建立前后连贯的不同模型,前后模型的模拟期可重复,不但可提高模拟效果,又可缩短模型运行时间。采用试估—校正法进行识别和检验地下水数值模型时,水文地质参数、地下水流场、地下水均衡变化和地下水水位动态变化的拟合情况要符合研究区实际的水文地质条件。用地下水数值模型评价深层地下水资源时,需考虑研究区不同区域深层地下水不同开发利用程度,开发利用程度低的区域要考虑可动用的深层地下水释水量。     

济南南部垃圾填埋场对地下水质量的影响分析

为了了解济南市南部山区垃圾填埋场对地下水的影响,通过分析济南南部山区垃圾填埋场的分布状况、主要污染成分、浓度及其地质环境背景,利用单因子和多因子评价方法,分析研究垃圾填埋场对地下水质量的影响及运移情况,对济南市创建国家卫生城市,保障人民健康,提高市民生活质量具有重要的意义。     

济南市华山湖开挖建设渗漏分析研究

该文在查明区域水文地质条件、湖区地下水的类型、分布、埋藏条件、含水层及隔水层特征、岩性结构以及地下水的补给、径流、排泄条件的基础上,通过现场试验,确定了天然状态下湖区各含水层之间的水力联系、黄河侧渗补给量及湖区向小清河的排泄量,结合数值模拟,预测了湖区维持设计蓄水位21.5m时黄河的侧渗补给量、湖区向小清河的排泄量及湖区对周边地下水位的影响。结果表明,天然状态下,黄河侧渗补给量为748.23m~3/d,湖区向小清河排泄量大约为52.03m~3/d,黄河侧渗补给量远大于湖区向小清河的排泄量。数值模拟结果表明,湖区维持设计蓄水位21.5m时,不同水文年湖区接受的侧渗补给量均大于湖区的渗漏量,且对周围地下水位的影响不超过1.5m,因此,湖区维持设计蓄水位21.5m时可不考虑防渗措施。     

近50 a来新疆孔雀河灌区地下水流系统演变特征

新疆孔雀河灌区面临地下水超采问题，科学认识区域地下水流系统的发育条件和演变特征，是优化地下水资源开发利用方式的基础。通过构建第四系含水层三维地下水稳定流模型，利用流线追踪技术，模拟识别了孔雀河流域1970-2020年期间地下水流系统的变化特征。结果表明，不同补给区和排泄区通过流线进行组合，在孔雀河周边形成了交错分布的地下水流系统，其空间分布格局随灌区地下水开采规模而变化。在20世纪70年代的拟天然状态，灌区主要发育自北向南的地下水流系统，其空间分布格局取决于水文地质参数和排泄要素，并可能存在1~4个以孔雀河为排泄带的流动系统。在有强烈地下水开采的现状条件下，灌区地下水流系统转变为从四周流向漏斗中心，截断了从孔雀河上游渗漏到中下游河道排泄的水流系统。近50 a来，以潜水蒸发为排泄方式的地下水流系统投影面积萎缩了29%，而以地下水开采为排泄方式的地下水流系统投影面积从零增加到研究区面积的40%。潜水蒸发对自然生态系统具有重要的支撑作用，灌区地下水开采应有所控制以保障潜水蒸发型地下水流系统的发育条件。      

不同地下水流系统模式渗流场和温度场的互相影响

在地热资源丰富的地区，需要研究不同地下水流系统发育模式下渗流场和温度场的互相影响。基于二维潜水盆地多源汇的数值模拟和室内砂箱实验，改变降雨入渗强度，通过砂箱底部加温研究上下边界不同温度差条件下的渗流场和温度场的变化。研究结果表明:①随着降雨入渗强度加大，地下水流速增大，地下水流系统由单一区域系统向复杂的局部+区域、局部+中间+区域多级嵌套系统转化，水流对温度的再分配影响变大；②补给区等温线受下降水流影响下移，排泄区等温线受上升水流影响上抬，其中区域补给区和区域排泄区温度变化幅度最大；③砂箱底部加热后，含水层潜水面下降，地下水流速增大，流线循环深度整体变大，滞留带范围缩小。温度差是地热丰富地区的地下水流系统研究中不可忽视的驱动力。      

Distributed estimation and analysis of precipitation recharge coefficient in strongly-exploited Beijing plain area,China

The precipitation recharge coefficient(PRC), representing the amount of groundwater recharge from precipitation, is an important parameter for groundwater resources evaluation and numerical simulation. It was usually obtained from empirical knowledge and site experiments in the 1980 s. However, the environmental settings have been greatly modified from that time due to land use change and groundwater over-pumping, especially in the Beijing plain area(BPA). This paper aims to estimate and analyze PRC of BPA with the distributed hydrological model and GIS for the year 2011 with similar annual precipitation as long-term mean. It is found that the recharge from vertical(precipitation + irrigation) and precipitation is 291.0 mm/yr and 233.7 mm/yr, respectively, which accounts for 38.6% and 36.6% of corresponding input water. The regional mean PRC is 0.366, which is a little different from the traditional map. However, it has a spatial variation ranging from –7.0% to 17.5% for various sub-regions. Since the vadose zone is now much thicker than the evaporation extinction depth, the land cover is regarded as the major dynamic factor that causes the variation of PRC in this area due to the difference of evapotranspiration rates. It is suggested that the negative impact of reforestation on groundwater quantity within BPA should be well investigated, because the PRC beneath forestland is the smallest among all land cover types.     

山东省济南东部某大厦地下车库涌水机理初探

随着城市建设的不断加大,地下空间开发程度越来越深,伴随着基坑的开挖越来越深,城市的扩展不可避免地对地下水的补给、径流、排泄条件产生影响,而水文地质条件的改变又反过来影响制约人类的活动,甚至引发工程安全问题。该文以济南某建设项目为例,通过水文地质勘查、地球物理勘探、水位动态模拟、地下水取样等手段,研究分析近年来该建设项目周边地下水补径排条件的改变对区域地下水位的影响,以及水文地质条件的变化对建设项目工程的制约。结果表明,由于地下工程开挖、大气降水、保泉政策等因素影响,地下构筑物的开挖阻断了唯一的排泄通道,该建设项目周边地下水渗流场发生变化,由此造成项目区周边地下水位大幅上升,超过前期设计的抗浮设防水位,并对地下构筑物产生了破坏。研究结果对周边类似建设项目的选址及地下空间的开挖具有一定的指导意义。     

济南市地下空间资源开发地质环境适宜性评价

在对济南市地质环境评价的基础上,结合城市特点,选取地下水富水性、地下水腐蚀性、岩土层综合分区等14个一般性因子和泉水影响这一敏感因子,采用GIS-模糊数学评价方法对地下空间资源分为2个竖向层次进行评价,对地下空间资源开发地质环境适宜性作出了分区。