Design of an index system for deep groundwater management efficiency evaluation: A case study in Tianjin City,China

An effective evaluation system can provide specific and practical suggestions to the deep groundwater management. But such kind of evaluation system has not been proposed in China. In this study, an evaluation index system is specifically developed to evaluate deep groundwater management efficiency. It is composed of three first-level indicators (law enforcement capability, management ability, and management effectiveness) and eleven second-level indicators. The second-level indicators include seven mandatory indicators and four optional indicators. Piecewise linear function is used to normalize the quantitative indicators, and expert scoring method and questionnaire survey method are used to normalize the qualitative indicators. Then a comprehensive indicator weighting evaluation method is used to evaluate the first-level indicators and the target topic. A case study is carried out to evaluate deep groundwater management efficiency in Tianjin City. According to the evaluation score in each period, the management efficiency of every district in Tianjin City gradually improved. The overall evaluation score in the early deep groundwater extraction period is 0.12. After a series of deep groundwater protection efforts, this score reached to 0.61 in 2007, and met the regulation criteria. The evaluation results also showed that the further groundwater management efforts in Tianjin City should be focused on building a dynamic database to collect comprehensive deep well-log data; and on a reasonable design and distribution of the groundwater monitoring network. It demonstrated that the index system is suitable to locate the deficiencies of current groundwater management systems and to guide further improvements. It can then be used to protect deep groundwater.     

地下水化学组成的时空聚类分析与多级嵌套水流系统识别

水文地球化学是识别地下水流系统的重要方法,然而区域尺度上多级嵌套地下水流系统的复杂性使地下水化学组成的分析和解释难度增加。以鄂尔多斯北部盆地湖泊集中区典型的胡同察汗淖地下水流系统为例,基于丰水期和枯水期3个期次不同深度地下水样品的物理化学数据,应用时空聚类与主成分分析方法,揭示地下水化学组成的空间分布特征、变化规律及其作用机制,分析水化学时空聚类结果对多级嵌套地下水流系统划分的可行性。该聚类结果将地下水样品分为3类,其中C1为以Na-HCO₃型为主的深层地下水,具有偏负的氢氧同位素组成（δD < -70‰,δ18O < -9‰）和极低浓度的NO₃-;C2为Ca-HCO₃为主的浅层地下水,具有偏正的氢氧同位素组成（δD > -70‰,δ18O > -9‰）和高浓度的NO₃-;而C3呈无优势阳离子、δD和δ18O变化范围大且显著线性相关等深、浅地下水混合特征。呈南北条带分布在苏贝淖-胡同察汗淖排泄区的C2和部分C3水化学组成有一定的季节变化。研究验证了研究区受地形和湖泊排泄控制的浅层局部和深层区域地下水流系统的空间分布,识别了苏贝淖-胡同察汗淖排泄区受浅循环和深循环共同影响的强烈作用带,证明了水化学时空聚类方法识别多级嵌套地下水流系统的可行性。      

极限平衡方法在夏日哈木镍钴矿山拟建露天采场边坡角优化中的应用

夏日哈木镍钴矿为大型镍钴硫化物矿床,现拟建大型露天采场,边坡采用分台阶式高边坡,最高边坡高度超过600m。该工程具有开挖成本高,边坡一但失稳后果严重的特点。为此需要选择一个即节约经济成本又保障整体边坡稳定的最佳边坡角。本文采取Geostudio软件中的Slope模块极限平衡方法对拟建露天采场假设开挖边坡角的整体边坡稳定性进行分析,提出最佳设计边坡角。　本次边坡角优化的思路：首先根据场地工程地质条件和拟建边坡的高度等因素将拟建边坡划分为5个区,选择典型边坡工程地质剖面并进行工程地质岩体分段,然后通过岩石强度指标折减计算（本文采用费辛柯法、M.Georgi法和经验法）给各分段的岩体赋予凝聚力、内摩擦角等计算参数,采用极限平衡方法（Geostudio软件中的Slope模块法）对不同角度下对各分区边坡的破坏形式及安全系数进行计算,最后提出了各分区边坡的最佳设计边坡角。     

基于改进RBF神经网络的GNSS高程拟合

针对传统的RBF神经网络模型在GNSS高程拟合中拟合精度较低、稳定性较差、相关因子需提前人为设置等问题,通过将改进的自适应权重粒子群优化算法与MATLAB RBF神经网络函数newrb相结合,实现RBF神经网络函数模型中隐含节点数和SPREAD值的自动优化选取,提高算法在GNSS高程拟合中的精度和稳定性。通过实例分析,该方法拟合精度高,可达到mm级精度,相对于传统的二次多项式模型精度提高17%,稳定性良好。     

郭庄煤矿七采区北翼自流排水管路选型及计算

郭庄煤矿七采区北翼涌水点标高-94m,排水管出水口标高-143m,涌水口与出水口垂直落差49m。根据流体力学知识,计算得出排水管路的扬程损失小于49m,满足水自流要求,安设煤矿井下用聚氯乙烯型排水管路两趟,实现绿色、环保、节能排水。     

GPS水准的有限元法与多面函数法的加权综合模型

应用有限元法与多面函数法的加权综合模型改进拟合模型在逼近高程异常曲面时的拟合效果。由大地高求出准确的正常高，通常应用有限元法或多面函数法等单一拟合模型来拟合高程异常曲面。GPS水准的单一模型在逼近高程异常曲面时其拟合效果往往不稳定。通过对实测数据的计算分析可发现：有限元法与多面函数法的加权综合模型的逼近结果比单一模型的逼近结果有了一定的提高。由此可见综合模型对于局部地区解决GPS高程转化为正常高是有使用价值的。     

南梁煤矿多煤层开采地下水系统演化规律

煤层开采对所在矿区地下水系统有着重要影响。以往研究单煤层开采对地下水系统的影响较多，而对多煤层的影响研究甚少，特别对于我国西部缺水矿区。以南梁煤矿为例，运用地下水系统演化理论和岩石力学模拟等，对该矿井水文地质结构、矿井涌水变化规律、矿井地下水流场演变、矿井地下水化学成分变化等方面进行了综合分析研究，重构了多煤层开采条件下南梁矿井地下水系统流动模型，初步揭示了矿井水化学成分的演化机理。研究结果表明，2-2煤单煤层开采时，顶板导裂带的最大发育高度为42.1 m，而2-2和3-1煤层重复开采时则增大为83.1 m，相应地应力、位移、塑性区范围后者也比前者增大许多。这揭示出多煤层重复采动明显增大了顶板导裂带的发育高度，加剧了矿井水文地质结构变异，进一步地，导水裂隙带改变了天然地下水渗流路径，沟通了不同含水层之间的水力联系，增强了地下水流动速度和水文地球化学作用，整体扩大了地下水流动系统的规模，从降雨入渗→导裂带渗流→各煤层涌水→井底水仓排水构成了一个自然-人工复合地下水流动模式。研究成果可以为南梁煤矿的矿井水害防治及水资源高效利用提供科学依据，也为类似矿区提供研究参考。      

深层地下水SPD人工补给系统

提出了一种新的深层地下水回灌方法———SPD人工补给系统,并通过室内沙槽模拟试验,对该系统和常规的直接井回灌法作了比较。研究表明,利用该系统补给深层地下水,具有回灌水质要求低、补给速度快、补给量多、不易淤堵等特点,是深层地下水人工补给的一条有效的新途径。     

西安白鹿塬北缘黄土边坡稳定的可靠度分析

在西安白鹿塬北缘实测了14个黄土自然边坡断面,建立了地质模型,通过采样测试并收集已有的测试资料,获得了各时代黄土地层的物理力学参数,将Morgenstern-Price法稳定性计算公式作为极限状态方程,分别采用Monte-Carlo法和Duncan法进行了边坡稳定的可靠度分析。结果表明:采用Monte-Carlo法和Duncan法得到的14个边坡稳定系数分别为1.11～1.41和1.09～1.33,显示这些边坡处于基本稳定—稳定状态;采用上述两种方法得到的边坡可靠指标分别为0.56～1.79和0.39～1.60,得到的失效概率分别为3.4%～29.0%和5.5%～34.8%,并且共有75%的边坡失效概率大于10%,失效可能性较大。统计结果表明:白鹿塬区边坡的坡高和坡度存在负相关性。低而陡的边坡潜在最危险滑面剪出口较高,失效概率较小;坡高达到50m及以上时,边坡高而缓,剪出口较低,失效概率较大,其中河流下切深,有N2泥岩出露的极高边坡,稳定性最差。Duncan法求解的稳定系数略小于Monte-Carlo法求得的结果,而前者求解的失效概率略大于后者,两种方法计算结果较为接近。由于Duncan法理论简单,计算量小,更宜于在实际工程中应用。     

A Preliminary study on traditional level-trench method to prevent rill initiation in the Three Gorges region, China

The level-trench method is a traditional tillage operation to develop a drainage system on slope land in the Three Gorges region.Before crops are planted,farmers prepare the land with level trenches spaced 3-10 m apart,depending on the slope gradient:steeper slopes require shorter distances.Little scientific analysis has been done on the use of traditional level trenches for soil conservation.We conducted a field investigation and simulation experiments,and present a comparison between the spacing of level trenches and the slope length required for rill initiation.The results indicate that the spacing of level trenches in farmland is close to the slope length required for rill initiation in the experimental plots,and regression models of trench spacing with the gradient and the slope length required for rill initiation with the gradient have similar formats;the coefficients of determination (R2) for the two equations are 0.99 and 0.88,respectively.There were some differences between the field survey and experiments,but we conclude that the traditional level-trench method has an important role in preventing rill initiation.     

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。     

三维极限平衡法通用形式的建立及应用

在满足边坡整体力平衡、力矩平衡以及边坡微条柱力平衡的条件下,提出了一个综合各种三维极限平衡法的通用形式,该通用形式包含3个表达式。通过这3个表达式利用已有方法的假定条件就可以得到原方法的表达形式,并将他们解析化,不仅大大降低了传统三维极限平衡法的计算工作量,还使得具体实现各种方法时,编程变得更方便,计算更简便,提高了计算效率。最后,通过经典算例,利用通用形式导出的各种方法的解析形式,分析了滑体宽度、滑面强度参数以及滑面剪切力方向对稳定系数的影响。结果表明,该通用形式是正确有效的。     

地下水临界深度及其测定方法讨论

本文讨论了地下水临界深度的概念,指出了它与地下水极限蒸发深度、地下水适宜于农作物生长的埋藏深度等概念间的区别,明确了作为土壤改良学中排水深度和人工回灌地下水埋深上限指标使用的,应是临界深度。文章结合实例,介绍了四种测定临界深度值的方法。     

咸阳市区低级阶地深层地下水特征初探

通过分析咸阳市区低级阶地深层地下水资料 ,说明当地在 30 0m以下赋存比较丰富的地下水资源。因此 ,进一步研究咸阳市区深层地下水特征具有重要意义     

水准测量网监测在德州市地面沉降中的应用

山东地面沉降灾害以鲁北平原最为严重,在德州地区的地面沉降已对当地人民的正常生产和生活构成了威胁,并制约了当地经济的可持续发展。通过建立水准测量网络及监测运行,查明了德州市地面沉降的规模和范围,研究成果表明工作区均存在地面沉降现象,截至2010年,德城区由于地下水开采强度大,地面沉降幅度最大,目前地面累计沉降量为-1186.9～-636.9mm,多年平均沉降速率为59.35mm/a,形成了以市区西北部为中心的地面沉降盆地。超量开采深层地下水是造成大规模地面沉降的重要因素。     

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。     

基于深度学习AlexNet的遥感影像地表覆盖分类评价研究

地表覆盖分类信息是反映自然、人工地表覆盖要素的综合体,包含植被、土壤、冰川、河流、湖泊、沼泽湿地及各类人工构筑物等元素,侧重描述地球表面的自然属性,具有明确的时间及空间特性。地表覆盖分类信息数据量大、现势性强、人工评价费时,其自动化评价长期以来存在许多技术难点。本文基于面向对象的图斑分类体系,引入深度卷积神经网络对现有地理国情普查-地表覆盖分类数据进行分类评价,并通过试验利用AlexNet模型实现地表覆盖分类评价验证。试验结果表明,该方法可有效判读耕地、房屋2类图斑,正确分类隶属度优于99%,而由于数据较少、训练不充分,林地、水体图斑正确分类隶属度不高,分别为62.73%和43.59%。使用本文方法,经过大量数据充分微调的深度学习AlexNet可有效地计算图斑的地类隶属度,并实现自动地表覆盖分类图斑量化评价。     

Progressive modelling of the gravity-induced landslide using the local dynamic strength reduction method

The failure of slope is a progressive process, and the whole sliding surface is caused by the gradual softening of soil strength of the potential sliding surface. From this viewpoint, a local dynamic strength reduction method is proposed to capture the progressive failure of slope. This method can calculate the warning deformation of landslide in this study. Only strength parameters of the yielded zone of landslide will be reduced by using the method. Through continuous local reduction of the strength parameters of the yielded zone, the potential sliding surface developed gradually and evolved to breakthrough finally. The result shows that the proposed method can simulate the progressive failure of slope truly. The yielded zone and deformation of landslide obtained by the method are smaller than those of overall strength reduction method. The warning deformation of landslide can be obtained by using the local dynamic strength reduction method which is based on the softening characteristics of the sliding surface.     

青海天峻新关角隧道涌排水水源识别与量化分析

涌排水严重影响隧道施工与运行安全,查明隧道涌排水的来源,是隧道防水止水重要科学依据。青海天峻新关角隧道南北洞口处的地下水排水量分别为10 021,60 877 m3/d,两者存在近50 000 m3/d的差异,涌排水量大,且来源不明。基于水文地质条件分析,分别采集了新关角隧道隧址区内大气降水、不同类型地下水和隧道出口涌排水水化学和氢氧稳定同位素样品。样品测试结果显示:新关角隧道北出口涌排水ρ（TDS）为0.44 g/L,2H和18O均值为-52.7‰,-8.3‰;南出口涌排水ρ（TDS）为0.85 g/L,2H和18O均值为-54.8‰,-8.5‰,隧址区基岩裂隙水ρ（TDS）为0.32~1.22 g/L,2H和18O均值为-55.77‰,-8.61‰;岩溶水ρ（TDS）为0.28~0.43 g/L,2H和18O均值为-50.92‰,-8.13‰,冻结层上水ρ（TDS）为0.26~0.48 g/L,2H和18O均值为-45.5‰,-7.6‰。对比分析认为:新关角隧道北出口涌排水主要来源于岩溶水,岩溶水占比为63%~80%,基岩裂隙水占20%~37%;新关角隧道南出口涌排水主要源于基岩裂隙水,基岩裂隙水占72%~88%,岩溶水占比12%~28%。涌水来源识别与水量,可为后期监测站点优化设置及隧道运行期止水工程实施提供科学依据。      

济南某场地地下水污染控制技术研究

煤矿区地下水污染,具有隐蔽性、高污染、危害大,污染深度大,地质结构复杂,管控和修复难度大等特点。由于污染物产生和发展的途径不同,基岩地下水污染的管控和修复成为关键问题。采用帷幕注浆技术,优化注浆工艺和布井方式,可以有效解决污染域的控制,保障止水帷幕的实施效果安全性。通过在污染源周围构筑低渗透性的屏障,可以改变或阻断污染物的迁移途径。本文结合场地地下水污染阻断实例,分析了应对此类污染场地的技术背景、技术比选和技术研发,为实施类似工程提供了优选的解决方案。