时序马尔可夫模型和有限元模型在中国北方型岩溶水资源评价中的应用—以徐州市张集水源地裂隙岩溶水为例

为满足城市不断发展对水资源的需求,本文分析了徐州市拟建水源地——张集水源地水文地质条件,建立了与研究区裂隙岩溶含水层相适应的三维数学模型,并用等参有限元方法求解。考虑到大气降水的多寡及其分配状况是影响地下水资源评价的最终决定因素,而且具有随机分布性质,建立了研究区大气降水的时间序列——马尔可夫模型,其精度高于单一的时间序列模型,与有限元方法结合并用于评价该区的地下水资源,得出水源地地下水允许开采量为16.71×10~4m~3/d。结论对水源地地下水资源可持续开发利用方案的确定提供了科学依据,同时对中国其他类似地区地下水资源正确评价具有重要的参考价值。     

基于地下水压力波传播过程的泉水流量灰色系统模型

根据岩溶地下水的运动特征,提出了岩溶地下水压力波形成与传播的概念模型,运用灰色系统理论建立了岩溶地下水的水文模型,包括泉水流量对降水量水力响应时间的求解方法及泉水流量对降水量的响应模型,并以山西柳林泉为研究对象,建立了泉水流量对泉域内不同区域降水量的水力响应时间求解模型。结果表明,泉域南部岩溶裸露区的水力响应时间为1年;泉域北部岩溶覆盖区的水力响应时间为7年,所得结论与泉域地质构造一致。基于南、北二区的水力响应时间,建立了带有时滞的描述泉水流量与降水量关系的GM(1,3)模型,模型回代检验的平均误差为6.05%;模型预测检验的平均误差为12.19%。研究证明,岩溶地下水的运动过程是压力波的形成与传播过程,泉水流量是地下水系统对大气降水的响应;水力响应时间是反映岩溶地下水压力波特性的主要参数,通过它可以实现对岩溶地下水过程的定量化描述和含水层的非均质性识别,基于岩溶地下水压力波传播原理建立的泉水流量对泉域内降水的响应模型可以比较准确地模拟泉水流量,为岩溶地下水资源的开发利用和保护提供了基础资料。     

山东莒县地区地下水动态特征及找水模型

山东莒县地区地下水类型分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水4类含水岩组;根据区内长期水质监测孔资料,介绍了地下水水化学特征。采集12件水样进行2H、18O稳定同位素及3H同位素测龄,结果表明浅层地下水受现代大气降水的补给,更新替代速度快。随着区内峤山水库停止放水,引发了水位下降和泉水枯竭的环境地质问题。为合理开发利用本区地下水资源,提出四种找水模型,为找水打井,提供帮助。     

神木县窟野河流域地下水资源评价

在野外实地调查基础上,对神木县窟野河地下水类型、补径排条件以及地下水水化学特征进行分析,并计算研究区地下水资源总量。结果表明:研究区内含水层分为河谷区第四系冲积层与中生界碎屑岩类风化裂隙带统一含水岩层、第四系风积黄土裂隙孔洞潜水含水层、中生界碎屑岩类裂隙含水层。大气降水入渗是区内地下水主要补给来源,区内潜水含水层容积储存量为1 195.10×10~4m~3。通过对研究区水文地质条件的分析和地下水资源的计算评价,为后续评价其地下水可开采资源提供理论基础。     

渭北东部奥陶系岩溶地下水环境同位素特征分析

本文通过对渭北东部岩溶地下水环境同位素组成特征的研究,分析了大气降水、地表水、地下水三者之间的转化关系,并对研究区岩溶地下水的形成进行了初步探讨,认为大气降水是研究区岩溶地下水的补给源,地表水与地下水之间存在水力联系,地表水对地下水的补给占补给水源的74.3%.西部岩溶裸露区为岩溶水的直接补给区,其周边浅埋区为岩溶水的间接补给区,东南部的岩溶中-深埋区为岩溶水的径流排泄区.     

渭北东部奥陶系岩溶地下水环境同位素特征分

本文通过对渭北东部岩溶地下水环境同位素组成特征的研究，分析了大气降水、地表水、地下水三者之间的转化关系，并对研究区岩溶地下水的形成进行了初步探讨，认为大气降水是研究区岩溶地下水的补给源，地表水与地下水之间存在水力联系，地表水对地下水的补给占补给水源的74.3％。西部岩溶裸露区为岩溶水的直接补给区，其周边浅埋区为岩溶水的间接补给区，东南部的岩溶中-深埋区为岩溶水的径流排泄区。     

岩溶区多重介质水流模型研究进展

数值模拟技术广泛应用于地下水资源评价工作中,为水资源合理开发利用提供科学依据。本文针对岩溶区的数值模拟技术展开研究,综述了岩溶区地下水流建模技术的主要方法和研究进展,介绍了SWMM模型、UGRFLOW模型、CAVE模型、CFP模型等多重介质模型的建模方式和运行原理。岩溶区地下水赋存介质复杂,管道、裂隙和空隙多重介质并存,水流特征多样,等效连续介质模型不能很好地刻画岩溶区复杂的地下水流特征。随着对岩溶水流系统研究的深入,二重和三重介质模型逐渐应用于岩溶区地下水流模拟工作中,取得较好成果,但仍存在如忽略中宽裂隙的导水作用、岩溶管道设置单一、模型适用性不强等问题。今后应从解析岩溶含水介质的结构特征入手,关注中宽裂隙在地下水流系统中的导水作用和水流特征,改进管道流模块以更好地刻画复杂的地下河管道,改进不同介质间水流交换量算法,提高模型精确性和适用性。      

环境同位素在北京平谷盆地山前侧向补给研究中的应用

利用地下水水化学和同位素测试分析成果,结合区域地质、水文地质条件研究了平谷北山山区侧向补给情况和中桥水源地地区第四系松散孔隙水和下伏岩溶水关系。结果表明：研究区第四系松散孔隙水和基岩岩溶地下水均来源于大气降水,地下水化学类型均为HCO-3-Ca2+?Mg2+ 型;平谷北山山前基岩岩溶水侧向补给平原区第四系松散孔隙水和下伏岩溶地下水;通过D值估算得到中桥水源地第四系浅层地下水的山区岩溶水侧向补给和垂向降水入渗补给比例为57：43;中桥水源地基岩岩溶水接受山区岩溶水侧向补给和第四系孔隙水垂向越流补给比例为87：13。研究成果为平谷地区地下水资源量评价和地下水动力场数值模型的建设提供了关键参数,为区域地下水的合理开采和有序回补涵养提供了科学依据。     

徐州市岩溶地下水运移规律的研究

通过对徐州市岩溶地下水资源及补排关系的研究分析,揭示了该区岩溶地下水在不同的自然地理及地质条件下的循环规律。整个岩溶地下水的运移既有畅流型,又有汇流型和散流型。岩溶地下水的储存、运移及富水规律既受自然地理、地层岩性的控制,同时又受地质构造的控制。搞清本区岩溶地下水的运移规律对于合理的开采地下水,有效利用地下水资源及减少因过量开采地下水所引起的各种地质灾害具有重大的现实意义。     

焦作煤矿区岩溶水水位统计模型研究

针对研究区地下水系统结构等资料不完备,本文基于质量守恒原理和微积分原理,建立了地下水水位统计预测模型和水位延迟模型,并在焦作矿区得到验证。焦作矿区岩溶地下水对于降水响应结果表明,当延迟时间为10个月时,岩溶地下水水位与降水的相关系数最大,为0.83,而延时2个月和5个月时,相关系数分别只有0.71和0.78;模型观测孔水位预测结果表明,相关系数超过0.9的观测孔达60 %,相关系数超过0.8的观测孔则高达95 %;模型水位影响因素分析结果显示,在降雨、矿坑排水、地下水蒸发3个影响因素中,煤矿区岩溶地下水水位动态对降雨量响应最敏感,说明降雨量,尤其是长期稳定的补给量是地下水水位最主要的影响因素。该类模型适用性强,简易方便,有广阔的应用前景。      

苏州-无锡-常州地区浅层地下水系统可采资源量评价

苏州-无锡-常州地区超量开采深层地下水已引起严重的地质灾害,因此对该地区浅层地下水资源进行科学评价,查明其可开采资源量十分重要.通过对苏州-无锡-常州地区浅层地下水水文地质条件和沉积特征的研究,将浅层地下水划分为4个子区,分析了各子区的特征及补给、径流、排泄条件,并运用GMS软件对全区浅层地下水进行了数值模拟,在给定的水位约束条件下,得出该区可持续开采水资源量为10.57×108 m3/a.     

GMS在双城市城区地下水资源评价中的应用

根据双城市水文地质条件建立了概念模型,应用GMS软件建立了研究区地质结构模型及地下水数值模拟模型。考虑自然条件以及开采量的影响,设计6种方案对研究区地下水流进行预报,结果显示以设计开采量对水源地进行开采,水源地投产10年后最大中心水位降深不会超过最大允许降深。     

山东淄博市大武水源地裂隙岩溶水中污染物运移的数值研究

在分析研究淄博市大武水源地裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上 ,对裂隙岩溶水的水头和污染物运移进行数值研究。目前国内外对裂隙岩溶水进行数值计算时 ,通常用等价多孔介质模型 ,但裂隙岩溶介质和多孔介质有很大不同。裂隙岩溶介质的储水和导水空间为裂隙网络 ,导水系数大 ,地下水的实际平均流速比孔隙水大得多 ,但给水度和贮水系数小。当用等价多孔介质模型进行模拟时应考虑这些特点。对于污染物运移的模拟 ,要同时求解水头方程和对流弥散方程 ,可采用MODFLOW和MT3D软件进行模拟。研究区裂隙岩溶水水头的数值计算表明 ,等效多孔介质模型水头的拟合误差能满足国标GB/T144 97- 93的要求。各时段地下水水量均衡计算的精度也满足要求。对流弥散方程的数值计算 ,由于Peclet数高达 95 .6 7,对流占绝对优势 ,可能存在数值弥散和数值振荡 ,因而采用多种方法进行了比较。对于同一问题 ,同时采用上游有限差分法 (UFDM) ,混合的欧拉拉格朗日方法 (特征线法MOC、改进特征线法MMOC和混合特征线法HMOC) ,总变异消减法(TVD)进行计算 ,并比较其结果。结果表明 ,混合特征线法 (HMOC)和总变异消减法 (TVD)比较适合于对流占优势的运移问题计算。由于渗透系数K和有效孔隙度θ对溶质运移结果的影响很大 ,?     

山东淄博沣水泉域岩溶水系统模拟及水源地优化开采预测

沣水泉域岩溶水系统是淄博市及周边地区最主要的供水水源,因原有大武水源地水质严重污染,急需开辟新的水源地,故须重新开展泉域岩溶水资源评价和开采规划工作。文章在充分概化研究区水文地质概念模型的基础上,借助FeFlow软件,建立了基于等效连续介质的三维非均质各向异性岩溶水模型,并利用2016年水位动态数据对模型进行识别和验证。经模型计算可知,在2000-2015年,研究区岩溶地下水日均补给量为104.47万m3/d,排泄量为80.27万m3/d,正均衡24.20万m3/d。对原大武水源地与新增刘征水源地优化开采方案预测的结果表明,最优开采方案为:（1）保持大武水源地现状35.91万m3/d开采条件下,刘征水源地最大开采量为5.5万m3/d,刘征 -大武富水地段最大可开采量为41.41万m3/d;（2）满足刘征 -大武富水地段最大开采条件,大武水源地最大可减采至33.41万m3/d,刘征最大开采量为8万m3/d。      

宁夏水资源现状、问题及对策

宁夏地处西北内陆干旱地区,水资源极为匮乏,属于重度缺水区,从城市发展和水资源危机的角度出发对宁夏省水资源现状进行研究,以期为宁夏城市可持续发展提供依据.宁夏在开发利用中,主要存在水资源供需矛盾突出、防洪抗灾体系不完善、农村水利基础设施薄弱、水土流失、水污染等水环境问题严重、制约水利发展的体制性和机制性障碍问题还比较突出...     

祁县地下水超采现状及对策研究

由于祁县地下水多年来一直处于超采状况,致使平川区地下水位大面积下降,部分水井干枯,水资源供需存在严重的矛盾。本文通过对祁县超采现状及调控对策分析,以水资源可持续利用的理念,提出了解决水资源供需矛盾的对策。     

平邑-温水水源地地下水分布及开采前景分析

平邑-温水水源地地下水分布规律受构造、地层岩性、地貌等因素控制，具有不均一特性。地下水主要集中于中奥陶系石灰岩的岩溶裂隙中，在径流及排泄区，井孔单位涌水量一般大于1000m^3／d．m，地下水资源十分丰富，开采潜力大，是良好的供水水源地。     

山东淄博市地下水资源评价及其合理开发利用研究

本文采用有限单元法进行地下水资源评价以解决评价区供水面积大、精度要求高的矛盾。首先根据实际的开采量和长期观测孔的水位资料,校正数学模型,反求有关参数;然后给定开采方案进行未来水头的预测;最后研究地下水资源的合理开发利用问题。利用有限单元法进行水源地或单一含水层的地下水资源评价已被证明是先进的、有效的。本文是对水文地质条件非常复杂的大面积的区域,用有限单元法进行地下水资源评价的一种尝试,可供类似地区参考。     

西辽河(内蒙古)严重缺水区地下水资源及开发利用对策

西辽河(内蒙古境内)严重缺水区位于内蒙古自治区翁牛特旗一库伦旗一带。在地表水严重匮乏的干旱、半干旱地区，地下水一直是该区工业生产、城镇居民生活及农村人畜用水的主要水源，合理开发利用十分重要。通过研究地下水资源的分布特点及开发利用条件，分析地下水资源供需平衡及用水现状，提出合理开发利用地下水资源存在的主要问题及相应的对策与建议。研究表明，只有查明地下水储量，对地下水实行统一规划，统一管理，防止水污染，提倡节约用水，积极推行地表水和地下水联合调度，才能合理开发利用地下水资源。     

基于数值模型的地下水污染预警方法研究

地下水是中国许多城市主要的供水水源,目前中国部分城市地下水已受到不同程度的污染,导致地下水资源供需矛盾日益突出。进行地下水污染预警是保护地下水资源的一个有效措施,当前国内外相关研究刚刚起步,有关预警理论、方法和技术框架仍未形成一套完善的体系。本文简述了地下水污染预警的研究现状及存在的不足,并以中国北方某铬渣场地为例,根据当地的水文地质条件,利用数学模型建立了地下水污染预警模型,给出了不同等级的地下水污染预警分区,研究结果可为当地地下水污染防治和地下水污染控制规划提供科学依据。