五彩湾矿区一号矿井地下水水文地质参数获取的试验研究

水文地质参数是研究地下水运动的重要参数,抽水试验是获取水文地质有关参数的一种重要方法。本文以五彩湾矿区一号矿井地下水为研究对象,在分析区域水文地质条件资料的基础上,进行了7组单孔稳定流抽水试验。研究结果表明:对具有供水意义的第四系松散岩类孔隙含水层渗透系数为0.13~2.85 m/d,新近系碎屑岩类裂隙孔隙含水层渗透系数为0.07~0.316 m/d,白垩系碎屑岩类裂隙孔隙含水层渗透系数为0.02 m/d,侏罗系碎屑岩类裂隙孔隙含水层渗透系数为0.009~0.034 m/d。本次实验结果与对比收集资料结果完全一致。     

含水层渗透系数空间变异性对地下水数值模拟的影响

地下水数值模拟是目前定量研究地下水水量和水质的重要手段。使用基于随机理论的MonteCarlo方法来进行地下水数值模拟。这种方法能较好地考虑水文地质参数的空间变异性。主要将MonteCarlo方法和确定性模型模拟方法的模拟结果在渗透系数场、水头场、速度场和浓度场等方面进行了比较。结果表明:在模拟三维非均质含水层中的溶质运移问题时,充分考虑了含水层渗透系数空间变异性的MonteCarlo法比确定性方法更为有效,模拟精度提高了很多,且对模拟误差及误差来源有合理的数学解释。     

含水层和土壤的随机特征对水分运动的影响

将土壤或含水层的介质参数视为随机分布,建立了饱和非饱和水流运动的随机微分方程,利用随机数值求解方法,得到各种随机参数对水头分布和含水量空间变异性的影响。分析结果表明,随着渗透系数空间变异性和相关尺度的增大,含水层水头分布的变异性增大;对于区域内有抽水井分布的问题,在井点附近区域,z向水流速度空间变异性大,而在井点处变异性较小。当采用Gardner-Russo模型描述非饱和水分特征时,其非饱和土壤介质参数α的变异性对土壤负压和含水量变异性的影响大于饱和渗透系数,土壤含水量越小,含水量的空间变异性越大。初步讨论了根据随机数值方法研究地下水运动问题的可靠性分析方法。     

含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响

针对目前渗透系数实测样本假定满足各向同性的局限,以Borden含水层试验场实测数据为例,通过反证法进行相关数据分析,总结了含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响,并指明渗透系数各向同性假设的适用条件以及不合理之处。同时相应地给出了研究尺度下渗透系数场能否采用平稳随机场描述的判定依据。最后为今后进一步开展渗透系数空间变异性研究提出几点建议。     

基于抽水试验的含水层水文地质参数计算方法探讨——以天津市陆家嘴广场项目工程为例

以天津市陆家嘴广场项目工程抽水试验数据为基础,为查明场地地基土渗透性和富水性,测定含水层的渗透系数、影响半径等水文地质参数,运用完整井非稳定流抽水试验资料的数学模型,利用迭代法、解析法和图解法计算含水层的渗透系数及影响半径。计算结果表明:试验及计算方法正确,所得结果可靠,所用方法可为类似工程含水层水文地质参数计算提供参考。     

叠加原理在矿山放水试验过程对含水层参数计算中的应用

放水试验是矿山开采重要的补充勘探手段,利用其求解含水层水文地质参数方法,往往没有考虑工作面疏放水对其干扰的影响,存在一定误差。本文在考虑矿山工作面疏放水背景干扰的影响下,开展侏罗系中统承压含水层放水试验过程,利用地下水叠加原理求取含水层参数,所计算出渗透系数平均为0.0555 m/d,与前期地面抽水试验所求得参数基本一致。     

注水试验与放水试验求取渗透系数的差异

基于矿井涌水量计算及水资源评价需要,本文运用注水试验代替抽水试验,求取了太原组灰岩含水层的渗透系数。根据后期同一含水层井下放水试验资料,利用VISUAL MODFLOW建立了水文地质三维非稳定流数值模型,通过分区拟合调参,获得了含水层分区水文地质参数。通过对这两种试验求得的渗透系数进行比较,得出在裂隙介质中注水试验是放水试验所得渗透系数值的35.6%~50.8%。建议在不具备进行抽（放）水试验的条件下,可使用注水试验代替,所得渗透系数值乘以校正系数,用校正后的渗透系数来计算矿井涌水量。     

武汉长江Ⅰ级阶地含水层水文地质参数研究及工程应用

武汉地区长江Ⅰ级阶地含水层在水流等沉积动力的分选作用和上覆土层压力的固结作用下,其渗透系数必然存在各向异性。因此,基于含水层渗透系数的各向同性和以单井稳定流抽水试验得到的含水层水文地质参数所完成的基坑降水设计亦必然与工程实际存在差异。通过现场分层抽水试验、群井抽水试验,结合三维数值模拟反演计算,得出了武汉长江Ⅰ级阶地各含水层水文地质参数的基本规律和特性,即：各含水层渗透系数自上而下逐渐增加且表现为各向异性,其水平渗透系数大于垂直渗透系数,其比值介于1.6～2.6之间。工程实例表明,采用各向异性的水文地质参数和三维渗流分析进行的超深基坑降水设计,结果更接近于实际,且有利于降低工程造价和基坑周边环境损伤,亦有利于节约宝贵的地下水资源。     

含水层水力参数的尺度效应研究现状

主要论述了国内外目前对弥散率尺度效应以及渗透系数等参数的空间变异性研究的现状和今后的研究趋势。文中提出了含水层水力参数的尺度效应问题，并指出应重视地下水驱动力场变化对参数的影响研究。     

利用单孔稳定流混合抽水试验求取分层渗透系数的方法研究

为了解决具有多个充水含水层的矿区中水文地质孔施工和分层抽水试验难度大的问题,以裘布依稳定流渗流理论为依据,建立了利用钻孔单孔混合抽水试验求取分层渗透系数的“概念模型”和“数学模型”,并以两个有代表性的勘查矿区为实验场,通过实验场中水文地质钻孔的施工、抽水试验、数据采集和资料综合分析,开展了单孔混合抽水试验求取含水层分层渗透系数的方法研究。实验结果证明,两个实验场水文地质孔混合抽水试验解算出的含水层渗透系数与单层实际抽水试验计算的结果的相对误差仅分别为373 %和44%,反映出研究提出的方法可行,可为相同类型矿床水文地质结构矿区勘查提供借鉴。     

衬垫中污染物运移的一维概率分析

衬垫中污染物的运移分析一般采用确定性方法。为了研究渗透系数变异性对污染物运移的影响,基于土层剖面随机场理论,将渗透系数模拟成服从对数正态分布的空间随机场,利用Monte-Carlo和数值积分两种方法进行分析。两种方法得到的结果有很好的一致性。衬垫渗透系数的空间变异性对污染物运移有重要影响。变异系数较大时,衬垫失效概率在前期较大而后期较小,但衬垫底部出现高浓度(相对浓度0.9～1.0)的几率也较高。衬垫的可靠性要综合考虑渗透系数的变异性和渗透系数数值范围的影响。      

库水升降条件下考虑饱和渗透系数空间变异性的白水河滑坡渗流变形分析

堆积层滑坡的岩土体渗透系数具有一定的不确定性,且渗透系数是饱和-非饱和渗流分析的重要参数,开展考虑其空间变异性的库岸堆积层滑坡渗流变形分析具有重要意义。以三峡库区中的白水河滑坡为研究对象,基于地面核磁共振技术获取的岩土体渗透系数,分析滑坡体渗透系数的空间变异特征,采用半变异函数方法求得滑坡体渗透系数的竖直波动范围,在此基础上建立渗透系数的非平稳随机场模型。以非侵入式随机有限元的方式开展库水升降两种工况下不确定模型与确定模型的流固耦合模拟,分析两种模型的渗流场、位移变形特征及其差异。结果表明：相比于确定模型,不确定模型孔压改变的滞后性更为明显,且库水下降工况下整体的变形更大,若忽略滑体渗透系数的非平稳空间变异特征将会低估滑坡的实际变形。     

北塘水库库底地层渗透系数的随机特性分析

为研究渗透系数的随机分布特征,以滨海平原水库也是南水北调调节及事故备用水库的北塘水库库底地层为研究对象,通过野外取样、室内达西渗透实验和颗粒分析实验等手段,获取了库底地层渗透系数的两组数据及其空间分布,借助于SPSS软件的P—P图以及单样本K-S检验,对渗透系数的空间随机分布进行了分析。结果表明,与正态分布相比较,北塘水库库底地层渗透系数更接近对数正态分布,这为库区渗漏量计算的可靠性分析、库底沉积物渗透系数的空间变异特征分析等奠定了基础。     

多个相关随机参数的空间变异性对溶质运移的影响

根据给定渗透系数、孔隙度以及吸附系数的概率分布,采用顺序高斯模拟生成相关的多参数随机场的实现,作为地下水流和溶质运移模型的输入参数,对污染物浓度进行随机分析。研究结果表明,与仅考虑渗透系数空间变异性相比,考虑相关的多参数空间变异性导致污染羽的扩散程度有显著不同。当孔隙度与渗透系数呈正相关关系时,会减少污染羽的扩散程度,反之,当孔隙度与渗透系数为负相关关系时,会加剧污染羽的扩散程度。吸附系数也是如此。在考虑吸附系数的空间变异性之后,污染羽的分布表现出拖尾现象。同时考虑渗透系数、孔隙度以及吸附系数空间变异性时,孔隙度非均质性对溶质运移的影响较吸附系数非均质性的影响更大。     

水力传导度空间变异性的分形模拟研究进展

水力传导度是描述孔隙介质物理特性的重要参数,水力传导度的空间变异性直接影响到水分与溶质在介质中的运移状况。由于基于随机理论的方法难于描述具有多重变异尺度的水力传导度的空间变异性,使得基于分形理论的方法得到了较快发展和应用。详细介绍并评述了分形理论和方法的基本特征及研究进展,水力传导度的空间变异分形与弥散尺度效应的关系及其对溶质运移的影响。     

Stochastic analysis of the effect of heterogeneity and fractures on radionuclide transport in a low-permeability clay layer

Deep low-permeability clay layers are considered as safe environments for disposal of high-level radioactive waste. In Belgium, the Boom Clay is a candidate host rock for deep geological disposal. In this study, we analyze the effects of fractures and spatially variable hydraulic conductivity on radionuclide migration through the clay. Fracture geometry and properties are simulated with Monte Carlo simulation. The heterogeneity of hydraulic conductivity is simulated by direct sequential co-simulation using measurements of hydraulic conductivity and four types of secondary variables. The hydraulic conductivity and fracture simulations are used as input for a transport model. Radionuclide fluxes computed with this heterogeneous model are compared with fluxes obtained with a homogeneous model. The output fluxes of the heterogeneous model differ at most 8% from the homogeneous model. The main safety function of the Boom Clay is thus not affected by the fractures and the spatial variability of hydraulic conductivity.     

渗透系数的空间变异性对污染物运移的影响研究

随机水文地质学方法,较传统的确定性方法而言,是解决非均质含水层中水流和溶质运移问题的一种更为合理的手段。据以往研究,假设渗透系数场遵循对数正态分布,利用直接傅立叶变换方法来生成渗透系数随机场。应用基于随机理论的蒙特卡罗方法,来研究渗透系数的空间变异性对污染物运移结果的影响。实例研究表明,污染物在含水层中运移过程中污染羽的展布范围(二阶矩)随着渗透系数空间变异方差的增大而扩大,而污染羽在空间上的质心位置(一阶矩)基本不受方差的影响,仅取决于渗透系数随机场的均值大小。另外还分析了污染羽在各点的浓度变化方差和变异系数分别随渗透系数变异方差的变化状况。     

Stochastic analysis of the effect of spatial variability of diffusion parameters on radionuclide transport in a low permeability clay layer

Most studies that incorporate subsurface heterogeneity in groundwater flow and transport models only analyze and simulate the spatial variability of hydraulic conductivity. Heterogeneity of the other flow and transport parameters are usually neglected. This approach is often justified, but there are, however, cases in which disregarding the heterogeneity of the other flow and transport parameters can be questionable. In low permeability media, for instance, diffusion is often the dominant transport mechanism. It therefore seems logical to incorporate the spatial variability of the diffusion parameters in the transport model. This study therefore analyses and simulates the spatial variability of the effective diffusion coefficient and the diffusion accessible porosity with geostatistical techniques and incorporates their heterogeneity in the transport model of a low permeability formation. The formation studied was Boom clay (Belgium), a candidate host rock for the deep geological disposal of high-level radioactive waste. The calculated output radionuclide fluxes of this model are compared with the fluxes calculated with a homogeneous model and a model with a heterogeneous hydraulic conductivity distribution. This analysis shows that the heterogeneity of the diffusion parameters has a much larger effect on the calculated output radionuclide fluxes than the heterogeneity of hydraulic conductivity in the low permeability medium under study.