地下水渗流场对库区滑坡稳定性影响的数值模拟——以白马库区羊角滩滑坡为例

针对库水位变化条件下滑坡的稳定性定量评价复杂问题,考虑降雨和库水位变化对地下水渗流场变化规律的影响机制,采用饱和-非饱和渗流的基本理论,运用渗流模拟有限元法,对重庆市武隆区羊角滩滑坡在6种不同工况下的库区滑坡的稳定性开展了模拟研究。结果表明: ①降雨工况下,降雨对地下水渗流场都有影响,滑坡中部位置受地下水位影响最大,前后部影响小,降雨条件下,滑坡稳定性随着降雨历时的增加而变小,到达一定阶段后,滑坡已经滑动,滑坡稳定性系数不再变化; ②库水位工况下,主要影响滑坡前缘,地下水位是随库水位变化而迅速变化的,随着库水位的上涨,滑坡稳定性系数呈现先减小后增大的趋势; ③地下水位的骤升对浮托作用影响有限,对压坡作用影响较大,同时降低了渗流力的影响,对滑坡稳定起到了积极作用,地下水位的骤降增大了渗流力,减弱了前缘库水位的压坡作用,滑坡失稳的可能性最大。可为库区该类滑坡的稳定性现状及发展趋势预判提供科学依据。     

含水层采能区热渗耦合三维数值模型研究

以西安市某水源热泵系统为例,建立三维热渗耦合数值模型,对研究区渗流场和温度场的演化进行模拟研究。结果表明:水源热泵系统运行初期,抽灌井水位变化明显,1. 5 h后趋于稳定;随着热泵系统的运行,在水动力的驱动下,回灌井冷热锋面逐渐到达抽水井,发生热贯通后抽水井温度变化显著;含水层渗透系数越大,温度锋面的移动速度越快;抽灌井连线上渗透速度最大,温度变化最明显,随着热泵系统的运行,温度场的影响范围逐渐增大。     

基于流-热耦合模型的土石坝渗流热监测研究

为有效应用基于分布式光纤测温的渗流热监测技术,需研究待监测区的背景温度场特征。为此,建立了土石坝饱和-非饱和瞬态渗流场与温度场耦合模型（流-热耦合）,模型考虑了热对流、热传导和热扩散效应,温度边界按周期性气温考虑,且相关参数按非线性考虑,如流体黏度的热效应、导热系数受含水率影响等,其仿真结果更接近土石坝温度场的真实状态。基于典型算例,讨论了与大气温度相关的周期性波动温度场特征。计算结果表明：温度场受坝体渗流和气温的影响,库水及气温是两个重要热源,饱和带的温度受库水渗流控制,非饱和带主要受气温控制,具有季节波动特征;在土石坝心墙部位若发生集中渗漏,渗漏通道附近岩土体的温度受库水影响;若在心墙上敷设分布式光纤传感器,很容易捕捉到渗漏点位置及渗漏发生的时刻。渗流热监测技术在理论上可以反映渗流场的时空分布特征,在资料分析中还应关注由气温波动引起的温度异常。     

水库滑坡地下水动态响应规律及浸润线计算模型

库水和降雨直接导致水库滑坡地下水变动,是诱发滑坡的主要因素。已有研究大多是基于监测数据探讨库水与降雨对滑坡变形的影响,未能揭示水库滑坡地下水响应规律,地下水浸润线计算模型没有同时考虑降雨和库水的影响,且模型边界条件与水库滑坡实际情况差别较大。为了揭示大型水库滑坡地下水动态响应规律,需要构建更接近实际情况的地下水位浸润线计算模型。通过三峡水库石榴树包滑坡地下水动态监测,揭示了库水水位变化和降雨条件下滑坡地下水水位动态响应规律,其地下水渗流场近似层流,滑坡前缘和中部的地下水水位与库水位几乎同步,滑坡后部的地下水水位主要受降雨影响,日降雨30 mm会引发地下水水位明显变动。在周期性库水位变化和随机降雨耦合条件下,建立了滑坡地下水非稳定渗流微分方程,解算出水库滑坡地下水位浸润线计算模型,并采用实际监测结果进行了验证。应用计算模型分析了不同工况条件下的滑坡渗流场,并得出滑坡内距前缘水平距离145 m内,库水对地下水有影响;引发地下水变动的降雨和库水位变化阈值分别为0.03,0.1 m/d,且不同的条件组合下降雨和库水位对地下水水位影响存在一定差异。     

基于FEFLOW的水源热泵水热耦合数值模拟研究

以西安市北郊经济开发区某水源热泵系统为例,采用基于有限元的FEFLOW软件,建立三维水热耦合数值模型,对该区域渗流场和温度场的演变进行模拟。结果表明:水源热泵运行之初,抽灌井水位变化明显,1.5 h后趋于稳定;随着系统的运行,回灌井冷热锋面到达抽水井后,抽水井温度变化显著;含水层渗透系数越大,温度锋面的移动速度越快;抽灌井连线上渗透速度最大,温度变化最明显,随着热泵系统的运行,温度场的影响范围逐渐增大。     

热屏障井对地下水源热泵换热影响模拟

对于场地受限的地下水源热泵项目,随着系统运行时间的增加易引发热贯通现象进而降低机组运行效率。地下水源热泵设计中,在抽灌水井连线间布设热屏障井可改变地下水流场,降低热量在抽灌井间的运移速度,有利于延长热贯通发生时间并缓解热贯通程度。通过构建地下水换热模型,模拟计算夏季制冷工况条件下36组热泵运行场景,分析了热屏障井的位置,过滤管长度及回灌量对热贯通和含水层温度场的影响规律。结果表明:热屏障井回灌量的增加有利于提升热屏障效果,但提升幅度随回灌量的增加逐渐减弱;最大水位降深值随着热屏障井回灌量的增加呈线性增长;增加热屏障井滤管长度可提升热屏障效果,提升效果随屏障井回灌量的增加逐渐增强。通过模型多周期、长时间模拟计算发现,热屏障井的运行可促使回灌的冷热量集中在回灌井一侧,对于采用冬夏季抽灌井交换运行模式的热泵系统,可充分利用含水层储能,提升机组运行效率。     

上海地下水流场变化及其对地面沉降发展的影响

地下水开采导致的水位下降是含水层系统流场变化的关键,也是地面沉降形成与发展的重要因素。上海目前深部含水层开采日趋集中水位持续降低,浅部含水层大规模工程降：水以及邻省地下水开采等,使地下水渗流场出现新的变化,并对地面沉降控制造成不利影响。切实加强地下水管理,严格控制地下水位,是深化地面沉降有效防治的重要环节。     

库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响

三峡水库正常蓄水后, 库水位在175~145m之间周期性波动, 滑坡地下水渗流状态将会发生较大的改变, 可能导致滑坡失稳.因此, 研究库水位周期性波动下滑坡的稳定性具有十分重要的意义.提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和-非饱和渗流数值模型.以赵树岭滑坡为例, 利用有限元数值计算了库水位在175~145m之间波动下地下水渗流场, 将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析, 探讨了库水位上升和下降对库岸滑坡稳定性的影响.研究表明: 多项式优化模型可以很好地拟合非饱和土的土水特征曲线; 库水位上升时滑坡稳定性系数总体逐渐增大, 库水位下降时滑坡稳定性系数总体逐渐减小; 无论是库水位上升还是下降到库水位155m时, 其稳定性系数最小; 同一库水位下, 库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.      

库水升降对漩口滑坡稳定性的影响规律

库水位升降是加剧库区滑坡危险性的主要因素。以西南地区紫坪铺水电站漩口滑坡为例,借助Geo-Studio数值模拟软件,分析了库水位变化对滑坡渗流场及稳定性的影响规律,结合监测数据验证了受库水位影响滑坡稳定性的发展趋势。结果表明:通过滑体颗粒级配曲线和修正的Kovács模型所确定的饱和-非饱和渗流参数,能够很好地模拟滑坡渗流场变化。在库水位上升阶段,稳定性系数峰值随着库水位上升速率的增大而增大。库水位下降时,稳定性系数先减小到最低值后逐渐增大,最低值时间与库水位最低点的时间一致。库水位下降速率越快,滑坡稳定性系数越差。库水位升降主要对滑坡前缘稳定性造成影响。     

海东隧洞施工过程中地下水动态变化预测

以海东隧洞萂村段为例,从隧址区地质概况入手,在地下水补给、径流和排泄规律宏观掌握的基础上,运用Visual MODFLOW地下水三维数值模拟软件对隧址区地下水动态变化进行预测分析。结果表明:随着隧洞施工的推进,隧址区天然渗流场逐渐受到干扰,水位逐渐降低,形成地下水降落漏斗,漏斗范围不断扩大,影响范围达7.52 m。部分区域会发生地下水疏干现象,从而对周边地下水环境造成影响,影响到当地居民的生产生活用水。     

Seepage-heat transfer coupling process of low temperature return water injected into geothermal reservoir in carbonate rocks in Xian County,China

Fracture seepage and heat transfer in the geothermal reservoir of carbonate rocks after the reinjection of low temperature geothermal return water is a complex coupling process,which is also the frontier of geothermal production and reinjection research. Based on the research of cascade comprehensive development of geothermal resources in Beijing-Tianjin-Hebei (Xian County),the carbonate geothermal reservoir of Wumishan formation in the geothermal field in Xian County is investigated. With the development of the discrete fracture network model and the coupling model of seepage and heat transfer,the numerical solution of seepage field and temperature field with known fracture network is reached using the finite element software COMSOL,and the coupling process of seepage flow and heat in carbonate rocks is revealed. The results show that the distribution of temperature field of fractured rocks in geothermal reservoir of carbonate rocks has strong non-uniformity and anisotropy. The fracture network is interpenetrated,which constitutes the dominant channel of water conduction,and along which the fissure water moves rapidly. Under the influence of convective heat transfer and conductive heat transfer,one of the main factors to be considered in the study of thermal breakthrough is to make the cold front move forward rapidly. When the reinjection and production process continues for a long time and the temperature of the geothermal reservoir on the pumping side drops to a low level,the temperature of bedrocks is still relatively high and continues to supply heat to the fissure water,so that the temperature of the thermal reservoir on the pumping side will not decrease rapidly to the water temperature at the inlet of reinjection,but will gradually decrease after a long period of time,showing an obvious long tail effect. The distribution of fractures will affect the process of seepage and heat transfer in carbonate reservoirs,which should be considered in the study of fluid thermal coupling in carbonate reservoirs.     

地下水地源热泵系统应用对地温场的影响

通过建立地下水地源热泵系统试验场,运行热泵系统,并进行地下水温度连续监测,分析应用地下水地源热泵系统对地温场的影响。抽水井与回灌井之间以及回灌井附近的地下水温度随系统运行明显变化。系统运行后,回灌水体将以不规则边缘的透镜体贮存于含水层中,以回灌井为中心向外围扩展,水温最低或最高点位于含水层中部。粘性土相对隔水层的温度变化幅度、影响范围均小于含水层。由于热量的累积效应,即使是冷热负荷均衡的热泵系统,运行一个采暖、制冷周期后也将在热源井附近的抽、灌水含水层以及相邻的隔水层中形成冷量或热量的小范围聚积。     

神东矿区地下水变化观测与分析研究

针对西部大规模高强度煤炭开采对地下水的影响,利用神东矿区约1 500 km2区域的200余个钻孔的长期观测结果,研究了超大综采工作面开采工艺对地下水系统的影响规律,地下水流场变化与基岩和含水层空间分布的关系。研究表明,超大综采工作面开采形成了地下水"汇聚带",开采对基岩和含水层厚度较薄区的地下水系统影响较大,研究区采后含水介质厚度稳定且较厚区域含水层含水厚度损失大部分在30%左右,且逐步趋于稳定。      

Evaluation and rehabilitation of dam seepage problems. A case study: Kafrein dam

The intention of this study is to locate the probable sources of the Kafrein dam seepage problem. A methodology known as excitation-response analysis will be considered. Analytical expressions, depicting the groundwater level response in the underlying aquifer as a result of changes in the reservoir water level, were derived from a linearized groundwater flow equation for one-dimensional semi-infinite, isotropic and homogeneous porous media. The results revealed that a large proportion of the seepage water originates from a site at a distance about 1 km from the observation point M1 and streamlines along the existing faults. Emphasis in this work was also placed on controling and mitigating the seepage problem.     

渗流井合理竖井降深确定

通过采用单位面积河流在单位水头差作用下的渗漏量来表征河流渗漏能力,建立渗流井取水理想模型,分别计算了在不同河流渗漏能力和含水层渗透性能条件下,竖井降深对渗流井出水量的影响。建立渗流井取水非稳定流模型,计算了在前期稳定竖井降深不同条件下,河流断流后渗流井出水量衰减过程及竖井降深发展过程。提出渗流井合理竖井降深应根据河流与地下水是否脱节以及含水层渗透性能,在岸边渗流井中部及一侧各布设一个观测孔,根据观测孔水位进行确定。对于含水层渗透性能较强地区,渗流井竖井降深应使得渗流井范围内地下水位与河流脱节,但高于辐射孔顶面;对于含水层渗透性能较差地区,渗流井竖井降深应使得侧部观测孔水位接近河床底面或刚出现脱节。     

长江三峡工程奉节库岸斜坡地下水渗流场模拟分析

长江三峡工程正常蓄水位为175m，在蓄水过程中随着库水位的抬升，必然会引起库岸斜坡地下水渗流场的变化。本文运用3D-Modflow软件模拟了三峡工程蓄水过程中奉节库段边坡岩土体内部地下水位的动态变化，为三峡工程奉节库区段移民迁建将可能出现的地质灾害进行预测与防治提供科学依据。     

Recharging of contaminated aquifer with reclaimed sewage water

About 40% of the water supply of Cairo, Egypt, is drawn from a groundwater reservoir located southeast of the Nile Delta. Several thousand shallow wells supply drinking water to the farmers from the same groundwater reservoir, which is recharged by seepage from Ismailia canal, the irrigation canal network, and other wastewater lagoons in the same areas. Sewage water lagoons were located at the high ground of the area, recharging contaminated water into the aquifer. Since the groundwater in this area is used for drinking purposes, it was decided to treat the sewage water recharging the aquifer for health reasons. In this paper a solution to the problem is presented using an injection well recharging good quality water into the aquifer. A pumping well located at a distance downstream is used to pump the contaminated water out of the aquifer. A three-dimensional solute transport model was developed to study the concentration distribution with remediation time in the contaminated zone.