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。      

晋陕峡谷地区北段岩溶地下水流特征分析

晋陕峡谷地区北段岩溶地下水流系统比较复杂,尽管在该地区开展了不少地下水资源的勘查工作,但仍然存在不少有争议的问题。本次研究利用水文地球化学方法对研究区内的清水河地区、准格尔地区、偏关-龙口地区和天桥地区的岩溶地下水系统特征以及黄河水对岩溶地下水系统的影响进行了分析,对区内岩溶地下水流系统取得较为清晰的认识。     

洞坪水库岩溶发育规律及水库渗漏条件分析

洞坪水电站左岸河间地块是由一套滨— 浅海相的碳酸盐岩地层组成。岩溶水文地质条件复杂,发育有呈串珠状、平行于忠建河展布的岩溶洼地,并直抵清江,其下是否存在贯通的地下岩溶管道? 水库蓄水后会不会形成自库尾向清江的岩溶管道式渗漏? 这是该工程急待解决的主要工程地质问题。本文在该区岩溶发育规律研究的基础上,分析了其岩溶水系统的特征及岩溶水流动子系统的空间展布规律,为水库渗漏问题的勘察和评价提供了方向和依据。      

典型石漠化地区岩溶水系统循环演化分析

由于岩溶地区特有的地上地下二元水文结构,其岩溶水系统循环演化具有特殊性,因而水不仅会携带土壤发生地表流失,而且会发生地下漏失,造成该地区土壤流失量大,岩溶石漠化现象突出,治理难度大。本文以贵州贞丰-关岭花江高原峡谷石漠化治理示范区为研究区域,通过野外调查、水样分析及数值模拟方法,对该区岩溶水系统的补、径、排特征,水化学特征和水均衡量等进行分析模拟计算出地下水位、地下暗河流量变化情况,得到该区岩溶水均衡量,其结果基本反映了实际地下水系统排泄量变化及地下水流向特征,初步阐明该区域岩溶水系统循环演化特征,为岩溶石漠化地区的土壤地表流失和地下漏失的趋势研究及防治提供理论依据。     

地质与地貌条件对岩溶系统的控制与指示

岩溶系统的发育与分布在很大程度受地层、构造、地形和地貌条件等因素的综合控制与影响,地层因素包括可溶岩的矿物组分、结构及其与其他岩性地层的组合关系,矿物组分和结构决定了岩石的可溶性、孔隙度和渗透率,并影响岩溶发育的进程;根据岩性组合特征,可将同一地层划分,或将不同地层合并为含水层、隔水层或弱透水层。构造因素包括褶皱、断裂和裂隙,褶皱和断裂控制了岩溶水流系统的内部结构和边界特征,而层面、节理和小型裂隙组成的三维裂隙网络是岩溶水流入渗的优先通道,也是岩溶发育的先导。尽管大型岩溶地下河系统的发育与分布与地形无关,但地形控制了区域水文基准面,进而控制了岩溶发育的深度以及地下水的排泄模式,而且根据地形调查可确定外源水的边界范围。岩溶地貌和岩溶形态发育既是地质条件的集中反映,同时又可为地下岩溶空间发育和岩溶水流分布提供指示,但有些岩溶地貌和形态是古岩溶作用的产物,与现代岩溶水文系统并不发生直接联系,因此,岩溶地质调查还应综合分析区域地质和地貌演化史。     

新疆南天山岩溶系统介质结构特征及其水文地质效应

南天山广泛出露碳酸盐岩地层,其岩溶系统功能取决于岩溶介质结构。通过岩溶调查、分析,揭示该区碳酸盐岩地层中普遍分布溶蚀构造裂缝、层间溶蚀裂缝和溶蚀节理缝,其中溶蚀构造缝密度达1～4条/10 m、面隙率达1.15%～5.71％、缝宽10～500 mm,在岩层中呈网脉状,穿层发育,各种岩溶缝隙组合构成了以岩溶裂隙-溶缝为介质特征的岩溶系统。据此分析溶蚀缝隙体系对降水入渗、水流运移储存的意义,阐明该体系在水循环过程中的导储功能及其利用条件。提出采取工程措施,将岩溶山区的地表径流转化为地下渗流,增加降水入渗补给入渗量;同时减少水资源的蒸发损失,加大山区侧渗径流量,增加盆地边缘区的地下水资源,探索缓解山前塔里木盆地边缘地区水资源紧缺、改善盆缘地区生态环境的新途径。     

山前岩溶热储聚热与富水机理：以济南北岩溶热储为例

岩溶热储是中国北方两大主力供暖热储之一。山前岩溶热储主要位于岩溶地下水流系统下游埋藏型岩溶分布区,属深循环、弱开放、径流滞缓的区域地下水流系统之排泄区。本文以济南北岩溶热储为例,基于地质构造、同位素和水文地球化学特征,揭示了地热水起源及其运移演化和富集机理：地热水一小部分来自于泰山北翼火成岩、变质岩分布区的大气降水入渗补给,大部分来源于寒武纪长清群和寒武纪—奥陶纪九龙群碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组分布区岩溶地下水的深循环径流补给;地热水主要循环富集于层间岩溶与断裂破碎带复合处、层间岩溶与岩体接触带复合处。根据地温场空间分布特征揭示的热源及其传递和聚集特征,提出了热储四元聚热机制：一元是大地热流毯状传导聚热、二元是凸起区高热导率分流聚热、三元是导热断裂或岩体接触带带状对流聚热、四元是地下水运移传导 对流聚热。在热储聚热与富水成因机理研究基础上,建立了基于水源、热源及热储赋存规律的岩溶热储地热田成矿模式,构建了如何寻找地热水富集区和热流聚集区的找矿模型,揭示了地热成矿规律,为地热资源探测找矿提供了依据。     

渤海海域南部古水系恢复及其沉积耦合响应预测

通过Global Mapper和ArcGIS软件对内蒙古Jargalant Nuruu与Turgen-Kharkhiraa山系的现代水系及渤海湾盆地埕北低凸起与渤南低凸起的古水系进行拾取,结合边界条件、断裂样式和母岩岩性三要素进行综合分析,认为水系在三要素约束下的组合样式多样:边界条件影响水系汇聚程度,陡坡带水系汇聚程度低,缓坡带水系汇聚程度高;断裂样式影响水系走向,边界断裂与水系走向垂直相交,斜交断裂与水系同向发育;火成岩地层水系样式多样,碳酸盐岩地层水系以亚平行状为主,变质岩地层水系以树枝状为主,整体发育单支平行状水系、羽状水系、梳状水系、亚平行状水系和树枝状水系五种水系样式.结合现代源汇与渤海湾盆地古源汇系统的不同水系样式对应沉积体差异性指出,（1）缓坡/稳定斜坡?边界断裂?火成岩/变质岩物源体系下形成第一级次水系?树枝状水系,沉积体以坡积扇和辫状河三角洲为主,砂体范围大,相对独立,富砂型;（2）缓坡/稳定斜坡?平行断裂?碳酸盐岩/火成岩物源体系下形成最次级水系?亚平行状水系,沉积体以洪积扇和辫状河三角洲为主,扇体范围小,相对独立,富泥型.通过古今类比、校验,准确拾取源区水系分布与发育特征,可有效指导地下沉积区优质沉积体预测,对源汇系统要素耦合具重要推进作用,切实服务地下规模性储集体勘探预测工作.      

基于地下水流系统理论的岩溶隧道涌突水来源及路径分析

双龙洞是国家重点风景名胜区,拟建金华山隧道位于浙江省金华市双龙洞景区北东向约12 km处,金华山隧道的开挖将可能导致双龙洞景区岩溶水的疏干,同时隧道也可能遭受岩溶涌突水的安全隐患.基于地下水流系统理论,结合研究区水文地质条件调查成果,岩溶地下水流系统的划分,隧道出口段关键岩溶分布区地质结构的分析,以及水文地球化学测试分...     

贺州市合宝地下河系统的定量示踪试验与分析

在岩溶水文地质调查中,示踪试验的应用是较为广泛且行之有效的方法。为确定地下河系统的岩溶含水介质结构,采用高精度在线监测技术在广西壮族自治区贺州市合宝地下河主管道上进行示踪试验。试验采用的示踪剂为荧光素钠,在线监测设备为GGUN-FL30野外荧光分光光度计。试验结果显示: 合宝地下河入口S₁与出口S₄之间地下河以管道流为主要特征,结构相对简单,不存在溶潭等地下储水体; 示踪剂回收率为63.18%,说明该地下河还有其他排泄途径,很有可能为地下潜流。基于Qtracer2数据分析可知,合宝地下河枯季水流的最大流速为156.00 m/h,平均流速48.09 m/h,岩溶管道储水量26 714 m³,管道过水断面面积13.70 m²,平均直径4.18 m,弥散系数0.505 m²/s,纵弥散度37.81 m,摩擦系数0.178,雷诺数48 937,舍伍德数1 875.4,施密特数1 140。合宝地下河岩溶极其发育,含水介质不均一性强,为规模较大的单一管道系统。地下水流态呈紊流型,且局部具备承压特征。研究数据及成果为建立地下河系统数值模型提供了依据。