地下水水质实时预报系统开发及应用——以下辽河平原为例

地下水数值模拟需要大量的监测数据作为支撑,数据的录入耗时耗力,存在出错的可能,且不能第一时间进行实时快速预报。采用VB语言编程技术,以识别和验证后的下辽河平原地下水流数值模型和地下水溶质运移数值模型为基础,重新编译后的MF2K和MT3DMS为内核计算程序,Microsoft SQL Server 2000为数据库,开发了模型与地下水实时监测系统的接口,集成建立了下辽河平原地下水水质实时预报模型,并开发了操作界面下的操作系统,实现了下辽河平原地下水水质的实时预报功能。该系统将地下水实时监控技术与地下水数值模拟技术结合,操作简便、时效性强、出错概率小,能够实时获取地下水水位、水质监测数据,对地下水流场和地下水溶质浓度场的演化进行快速预报。同时,本系统预留了更新接口,可根据逐步积累的地下水监测数据和系统计算数据进行进一步验证,不断提高系统预报的精度。     

基于苏锡常地区地面沉降虚拟现实系统的网络数据库设计

利用数据库、ASP等技术建立该网络数据库，为虚拟现实系统建模所需要的海量数据及通过该系统建立的地质结构、地面沉降等模型数据提供有效的存储、读取及编辑功能；同时，利用该数据库还可提供信息的远程共享和发布，实时地将地面沉降数据及利用该虚拟现实系统模拟的地面沉降发生、发展过程及后果向社会公众公布。考虑到网络数据库的安全问题，在数据库设计中通过设立身份验证机制和在代码中过滤安全漏洞，保证代码的安全性。     

地下水资源调查信息数据库建设初探

旨在建立地下水资源调查地质专业领域数据库,以满足地下水资源动态评价需求为目标,重点考虑描述水文地质结构、地下水资源量分布、地下水环境等方面的数据信息,运用数据库技术对地下水资源用户进行需求分析,通过分析建立数据库的组织结构设计和功能设计,完成对地下水资源数据库的建设,从而实现地下水资源开发利用及保护的统一规划、统筹安排,为政府部门相关决策提供信息化保障。     

苏锡常地区地面沉降地质结构三维可视化模型虚拟现实系统研究

从苏锡常地区地面沉降研究实际需要出发,介绍了利用虚拟现实技术构建地面沉降地质结构三维可视化模型虚拟现实系统的设计思路、开发模式、实现方法和功能特点。该系统真实表达了研究区三维地层结构特征,逼真再现了地面沉降模型所预测的地下水流场、地面沉降发展变化过程,并虚拟表现出地面沉降可能造成的后果,为苏锡常地区地面沉降机理及预测研究提供了一个全新的三维可视化平台。     

地下水功能评价可视化平台的开发及应用

为辅助专业人员进行地下水功能评价与区划,以区域地下水功能评价理论为依据,在Visual Basic 6.0环境中,开发研制了地下水功能评价的可视化平台.通过数据输入、数学运算和数据输出等功能模块,实现地下水生态功能、资源功能和地质环境功能评价过程的自动化和可视化,并在华北平原滹沱河流域示范应用.结果表明,软件操作简单,计算结果可靠,可为地下水功能区划提供数据基础.     

地下水功能评价指标选取依据与原则的讨论

地下水功能评价是实现地下水可持续利用和有效保护生态及地质环境的重要基础,而评价的关键是指标的选取。本文在遵循主导性、可度量、可操作、覆盖面广和灵活性原则的基础上,考虑地下水功能的影响因素、表征特征,从地下水系统的驱动、状态和响应因子中筛选出地下水功能评价的指标,从而为地下水功能评价建立了一套行之有效的指标集。     

地下水可持续开采量与地下水功能评价的关系

针对中国北方地下水评价中偏重资源而对地下水的生态功能和地质环境功能重视不足的问题,立足于流域尺度的地下水循环系统和地下水的自然属性,突出协调综合发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能的目标,从地下水可持续开采量与地下水功能的理念基础、评价原则和评价机理3个方面探讨二者的内在关联性,认为它们同源于人与自然和谐的理念,都以流域尺度的地下水循环系统为研究主体,以保护生态与地质环境为目标,彼此相互促进和相互支撑.地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件,地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价目标的必要条件;如果二者缺一,则地下水的生态功能或地质环境功能难以得到有针对性的保护.     

区域地下水功能及可持续利用性评价理论与方法

本文针对我国北方地下水评价中偏重资源而对地下水的生态功能和地质环境功能重视不足的问题，立足流域尺度地下水循环系统，从地下水的自然属性切入，突出协调综合发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能的目标，应用系统论和层次分析方法，建立了地下水功能的基本理念、评价标准和方法及评价指标体系，并以华北滹沱河流域作为示范区应用，结果表明具有实用性。     

银川平原地下水补径排特征及其变化规律

通过对银川平原地下水资源的调查,分析调查区地下水补给、径流和排泄特征及其环境地质成因,为建立银川平原地表水地下水配置模拟模型及国土资源综合规划提供地质依据.     

苏锡常地区含水层结构和地下水位的虚拟表达

由于三维地质结构模型和地下水面(包括潜水水面和承压水水面)模型开展地面沉降机理研究的重要基础,因此,本次利用Visual C 和OpenGL(Open Graphics Library)将苏州—无锡—常州(简称苏锡常)地区第四系含水层结构和地下水位形态进行三维虚拟表达,创建了酷似于实际情况的地下水赋存环境(三维地质结构模型),并在该环境中添加了各含水层的水位线。研究者可交互操作于该虚拟环境,并能够直观形象地了解研究区内的水文地质情况(各地层间的空间分布及岩性特征、含水层间的补给关系及地下水位的动态过程等),从而获得身临其境的感受,为进行地面沉降机理研究提供一个基础性的辅助方法。     

高光谱遥感水文地质应用新进展

高光谱遥感是一种利用成像光谱仪同时获取地物目标辐射、光谱和空间等多重信息遥感的技术,水文地质是高光谱遥感重要的应用领域之一,通过高光谱遥感图像分析,能够提取大区域包气带及含水系统的水文地质信息,可为水文地质环境的识别及实时监测、地下水资源高效管理、地下水数值模型构建等提供科学数据。通过调研凝练了高光谱遥感基本原理方法及其在水文地质方面的应用研究,重点总结了地下水环境污染和水文信息反演方面的高光谱遥感应用研究进展,分析了高光谱遥感水文地质应用所面临的挑战,并展望了高光谱遥感水文地质应用研究的发展趋势,主要包括:通过土壤和植被的光谱信息实现对研究区包气带土壤重金属污染状况的大面积、短周期连续快速监测;在高光谱图像中提取构造、地层岩性等地质和水文地质特征,以环境指示因子（如植被）为有效补充,获取饱和带地下水环境信息;通过高光谱图像识别植被类型、计算植被覆盖度、分析叶片反射光谱特征并建立模型反演土壤含水量和地下水位,为研究和保护缺水地区生态环境提供数据支撑。     

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。     

The impact of tunneling construction on the hydrogeological environment of “Tseng-Wen Reservoir Transbasin Diversion Project” in Taiwan

Groundwater flow and the associated surface water flow are potential negative factors on underground tunnels. Early detection of environmental impacts on water resources is of significant importance to planning, design and construction of tunnel projects, as early detection can minimize accidents and project delays during construction. The groundwater modeling software package Groundwater Modeling System (GMS), which supports the groundwater numerical codes MODFLOW and FEMWATER, was utilized to determine the impact of tunneling excavation on the hydrogeological environment in a regional area around the tunnel and a local hot springs area, at the “Tseng-Wen Reservoir Transbasin Diversion Project”, in Taiwan. A hydrogeological conceptual model was first developed to simplify structures related to the site topography, geology and geological structure. The MODFLOW code was then applied to simulate groundwater flow pattern for the hydrogeological conceptual model in the tunnel area. The automated parameter estimation method was applied to calibrate groundwater level fluctuation and hydrogeological parameters in the region. Calibration of the model demonstrated that errors between simulated and monitored results are smaller than allowable errors. The study also observed that tunneling excavation caused groundwater to flow toward the tunnel. No obvious changes in the groundwater flow field due to tunnel construction were observed far away in the surrounding regions. Furthermore, the FEMWATER code for solving 3-D groundwater flow problems, in which hydrogeological characteristics are integrated into a geographic information system (GIS), is applied to evaluate the impact of tunnel construction on an adjacent hot spring. Simulation results indicated that the groundwater drawdown rate is less than the groundwater recharge rate, and the change to the groundwater table after tunnel construction was insignificant for the hot spring area. Finally, the groundwater flow obtained via the GMS indicated that the hydrogeological conceptual model can estimate the possible quantity of tunnel inflow and the impact of tunnel construction on the regional and local groundwater resources regime of the transbasin diversion project.     

基于FEFLOW的岩溶管道模型构建方法探讨

岩溶管道流模型的刻画一直是岩溶区开展地下水数值模拟研究中的难点所在,基于此,文章以贵州六枝特区某项目为例进行地下水数值模拟研究,探索了在FEFLOW离散特性功能模块下岩溶管道流模型的刻画方式与方法。在详细分析研究区地质及水文地质条件的基础上,对研究区范围、边界、含水层结构等概化,建立了研究区的水文地质概念模型;以ArcGIS软件为辅助,基于有限元法的FEFLOW软件为操作平台,利用区内钻孔资料及野外测算结果,通过软件公式编辑、插值等功能分别获得各层顶底板高程属性,将数据输入FEFLOW后,对模拟区平面三角剖分进而空间离散构建了研究区的三维地质模型;并利用FEFLOW软件的离散特性功能模块,将研究区灰场南部岩溶洼地与岩脚泉间划定为特定区域,建立缓冲区并给予其高特异性,耦合哈根-泊肃叶流体流动公式,在模型中刻画了岩溶管道流模型;最后探讨了特殊地质构造与岩溶管道模型的刻画方式与方法刻画出了符合案例区的三维向斜褶皱地质模型和岩溶管道流模型。      

基岩岛屿地下水流场数值模拟研究

岛屿是我国领土的重要组成部分,对国家安全和国防军事意义非凡。岛屿的地下水资源尤为珍贵,地下水流场模拟是研究地下水分布规律的重要手段。水文地质条件复杂、可利用的观测井较少等原因,造成了基岩岛屿水文地质模型概化精度不高、初始条件难以获取等问题。为克服基岩岛屿地下水流场模拟的诸多困难,将珠海外伶仃岛作为研究区,利用数字高程模型数据开展地质地貌建模; 利用探地雷达法、直流电法与地质分析对岛屿进行探测,获取了地层数据; 采用地下水遥感评估法,利用实测井位数据,确定了地下水的初始水位,进而对基岩岛屿地下水流场进行建模; 最终,通过对外伶仃岛地下水流场的数值模拟得出地下水模拟流场图。岛上多个测点的探测水位值与模拟水位相关性较好,其拟合优度R²为0.872 2。由此可见,综合遥感、物探、水文地质手段等技术方法获取的数据,采用地下水模拟软件或程序实现基岩岛屿地下水流场的数值模拟,是基岩岛屿地下水资源研究的一个有效方法。     

工程水文地质学及其在水电工程中的应用概述

工程水文地质问题产生于人类工程活动与地质环境中岩土体和地下水之间的相互制约和相互作用过程中,由于问题本身的复杂性,目前对这类问题的研究尚处于相对分散的单一研究状态,缺乏系统的从地质机制分析到地质模型抽象,进而由模拟再现到发展趋势预测以及治理措施论证的全过程研究。本文在系统分析、总结水电工程中水 -岩和水 -工程建筑的作用类型及特征基础上,认为可能出现的工程水文地质问题主要是;水库诱发地震、岩溶渗漏、库岸及高边坡的稳定、坝基、坝肩抗滑稳定、枢纽区深层承压水问题等。     

The effect of graben structures on the migration of groundwater contaminants at an industrial site

Industrial sites present a challenge to the hydrogeological delineation of pollution sources and their impacts. When large-scale geologic structures such as grabens exist on such sites, these can have a significant impact on the hydrology and water quality distribution. At the site investigated, geophysical techniques, standard hydrogeological approaches and hydrochemical characterisation (with methods such as depth-profiling and isotopes) were used to determine the impact of a graben structure and the hydrogeological properties and consequent water quality distribution. Zones of high conductivity, corresponding with available data, were identified from the geophysical investigation and subsequent pumping tests in the area. Through hydrochemical characterisation, including isotopes, it was determined that the fault zone acts as a barrier for groundwater flow and is thus the reason for the lower levels of pollutants in groundwater beyond this feature. However, the surface water flow is not restricted by these zones, and contributes significantly to the flow and salt loads at the discharge point. The study showed that graben structures are important controls on the movement of contaminants, and that the effect of such geological features on groundwater quality distribution must be investigated using multiple methodologies to construct a feasible conceptual model of the interactions.     

Development of a 3D groundwater model based on scarce data: the Wadi Kafrein catchment/Jordan

In this work, a 3D groundwater flow model integrating all important geological features of the hydrogeological system is developed to investigate hydrological processes in the Wadi Kafrein area of Jordan. A large amount of available geological and hydrological data is integrated to construct a 3D groundwater flow model for the Wadi Kafrein area. Using the newly developed mapping approach, the translation of the highly detailed geological formations to an unstructured finite element grids, can be accomplished with high precision. The existing data set for model calibration is scarce, which is a typical situation for many hydrogeological case studies. At first, the steady state calibration of the groundwater model is carried out based on the observation wells. Then, the time and space-dependent recharge from precipitation are applied at the top surface of the finite element model. The transient simulation is conducted during the period of 1996–2008 considering the abstraction rates of the production wells and discharge of the springs. The calculated water levels are close to the observed values. The difference is partly caused by return flows from irrigation and the groundwater inflow from the adjacent aquifers which are not taken into consideration so far. Since the Wadi Kafrein area is an important agricultural area in the semiarid region of the Lower Jordan Valley, the model developed in this study can be regarded as a useful tool for analyzing the hydrological processes and improving groundwater management practices elsewhere affected by similar geological and hydrogeological conditions.