多级水流系统耦合下深部岩溶分异研究——以川东隔挡式构造区中梁山背斜南段为例

新构造运动背景下,干、支流对地壳抬升反应速率的差异,导致具有不同排泄作用的河谷广泛组合,形成多级地下水流动系统,地下水作为岩溶含水系统发育的主要控制因素,多级水流系统的空间耦合影响岩溶发育分布规律。文章首先根据中梁山背斜南段岩溶槽谷横向沟谷的发育特征,将岩溶槽谷划分为渗流区、分流区、外流区;结合横向沟谷控排作用与地形指数,分析多级水流系统耦合的空间分异特征。其次通过隧道建设背景下地表水漏失、隧道涌水情况及隧道施工揭露岩溶现象验证在多级水流系统耦合效应下深部岩溶发育特征。结果表明:渗流区以区域水流系统为主,隧道涌水量巨大,水流通道连通性良好,地表水基本干涸,深部岩溶发育强烈;分流区除了近河谷地带以局部水流系统为主、深部岩溶发育较弱以外,宽缓分水岭地带的地下水流动仍然以区域性流动为主,深部岩溶较发育,隧道涌水量较大,地表水与深部岩溶地下水水力联系较好,隧道建设对地表水影响严重;外流区以局部浅循环为主,深部岩溶发育程度弱,深部岩溶水与地表水水力联系较弱,地表水漏失程度一般。本研究不但拓宽了托特多级水流系统的应用领域,为岩溶发育理论研究提供了新的角度,同时为深埋岩溶隧道建设的危险性评价及引发的环境负效应研究提供理论指导。     

典型岩溶槽谷区土壤水和地下水氢氧稳定同位素对隧道建设的响应

隧道建设引起地下水流场改变,对区域水分运移过程造成严重影响.以重庆市中梁山岩溶槽谷为例,于2017年4月～2019年4月收集降水、土壤水、地下水和隧道排水,利用氢氧稳定同位素分析隧道影响区和非隧道影响区的土壤水和地下水运移过程,探索隧道建设对其产生的影响.结果表明:隧道影响区土壤水δ2H和δ18O变化幅度较非隧道影响区...     

川东南隔挡式构造区隧道空间展布影响下岩溶涌突水特征简析

隔挡式构造区隧道工程涌水特征研究多局限于某个具体隧道工程及对应的特定岩溶水系统,缺乏关于隧道空间展布影响下涌突水问题的系统研究。文章提出以隧道穿越区岩溶发育及岩溶水水平与垂直分带差异作为隧道空间布置类型划分的主要标准,将隧道空间展布区的岩溶水文地质特征分为七类,对不同类型中岩溶含水介质空间结构特征、岩溶发育差异以及岩溶水在此区域流动的特点进行分析,并对八种类型的隧道涌突水的特征进行比较。据此,结合研究区拟建渝万客专铜锣山隧道和明月山隧道案例,分析此两隧道展布区域的岩溶水文地质特征,分别属于补给-垂直入渗型类型及补给径流-水平径流型类型。进一步对此两隧道可能遭遇的岩溶涌突水进行定性评价和涌水量计算,认为铜锣山隧道主要出现雨季涌水现象,水量大小受降雨强度控制,而明月山隧道涌水量较大。      

甘肃北山区域地下水流数值模拟研究

掌握区域地下水流场是高放废物地质处置场选址及适宜性评价的重要先置条件。甘肃北山高放废物处置预选区面积广、数据资料少,准确划分该区域地下水流场和高放废物预选区选址的安全性评价都存在难度。本研究采用地表流域划分方法、多相流数值模拟软件TOUGH2-MP/EOS3和GRACE重力卫星等方法,建立了区域地下水饱和-非饱和流模型,并完成了模型识别和参数率定,论证了模型的合理性和可靠性。研究结果表明:约1%的降水量入渗至地面以下;地形条件是影响地下水流场的主要因素,而气候条件对地下水流场形态影响相对较小;区域地下水流动系统由北向南可分为三个子系统（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）,其中高放废物地质处置场预选区位于研究区南部独立的地下水子系统Ⅲ中,且该子系统面积最小。本研究为面积广、实测数据资料较少的干旱地区提供了一套有效的数值模拟方法,研究结果可为预选区选址的安全性评价提供重要依据。     

浅薄含水层水源热泵井群设计方案研究

以某地下水源热泵系统工程为例,依据实测渗水试验及抽水一回灌试验数据,建立研究区地下水流数值模拟模型,分析了该地区适宜的井群布置方式及井间距,并定量研究了该布置方式下对地下水流场的影响,为该地区浅薄含水层地温能资源的开发利用提供技术支撑。结果表明：该类浅薄含水层地温能开发利用井群布置方式中,抽水井布设在地下水流场的下游、回灌井布设在地下水流场的上游更为适宜,合理井间距确定为110m;在适宜井间距条件下,对水位最大影响范围约为6．50km2,温度变幅大于1℃的最大范围约为0．28km2。     

广东地区某公路岩溶隧道水害分析及其数值模拟研究

结合岩溶区公路隧道的实际情况,研究隧道涌水量计算的关键因素,并通过降水量、降水强度和入渗强度定量分析隧道涌水量。文章根据大宝山的实际情况,采用降水入渗法和地下径流模数法计算隧道两侧洞口段雨季涌水量,针对强降水过程,分析隧道可能出现的最大涌水量。研究结果表明:隧道排水能力理论上可满足降雨的排水要求,但实际排水能力受工程施工材料、工程的不均匀性以及长期的淤堵等因素影响。文章明确了广东地区公路岩溶隧道水害影响因素,考虑临界状态和破坏状态的水压力建立岩溶隧道涌水模拟模型,水压力临界值随隧道衬砌结构厚度的增加逐渐增大。      

水源热泵开发对地下水动力场影响范围研究

为分析研究水源热泵开发利用对地下水动力场的影响,选取安阳市金秋能源科创大厦地下水源热泵系统为实例工程,利用试验场观测数据建立地下水热耦合数值模型,对现状条件及长期开发利用条件下水源热泵开发利用对地下水动力场的影响进行分析预测。研究结果表明:在长期开发利用情况下,地下水的区域流场受抽灌水作用的影响范围较小,影响半径小于100 m。系统在多年运行的情况下,同期地下水流场基本相同,系统对地下水流场的影响范围比较稳定,没有进一步扩大的趋势。     

水源热泵井群布置方案对地下水流场影响分析

以某地下水源热泵系统工程为例,依据工程场地实际抽水-回灌试验数据,建立研究区地下水流数值模拟模型,分析该地区适宜的井群布置方案,并定量研究不同井群布置方案对地下水流场的影响范围与程度,为确定合理的井群布置方案提供技术支撑。研究表明：对于同一含水层回灌,随着抽水-回灌时间的延长,就有利于抽水-回灌能力及尽量减小对周边地下水开采的影响而言,抽水井、回灌井交叉布置,部分回灌井集中布置的方案较为合理。     

基于数值模拟技术的地下水流场变化特征分析

矿山的开采大多需要进行疏干排水,而在疏干排水时持续的地下抽水势必导致区内含水层中地下水流场的变化,对周边地下水的开发利用造成影响。为了分析矿山开采中地下水流场的变化特征,本文通过对兴隆县某金、铁矿水文地质条件分析建立研究区地下水系统的数值模拟模型,并通过对已知地下水动态水位的拟合与检验,确定模型的可靠性,然后利用识别后的模型预测兴隆县某金、铁矿运行投产含水层水位的变化特征,探讨矿山开采对地下水系统的影响。     

中坝隧道地下分水岭演化的数值模拟分析

由于铁路隧道的施工,地下水进入隧道,形成了新的排泄基准面,对区域地下水环境产生较大影响,故对该类问题进行深入研究具有重要的工程实践意义。以中坝岩溶隧道为例,采用Visual modflow对中坝隧道进行三维数值模拟,模拟中坝隧道开挖建设后,地下分水岭的演化过程,以此来探讨分析其对地下水环境的影响。     

基于水文地质条件分析的岩溶水源地保护区划分

以邢台百泉岩溶水系统为例,分析了邢台百泉岩溶水系统的地下水流场受人类活动影响的演变特征,并采用数值模拟法预测了超采条件下水源地未来十年流场的变化。首次发现了泉域矿山疏排水形成了“沙河人工分水岭”并迅速北移的现象,标志百泉泉域地下水资源恶化严重,提出了在复杂岩溶水文地质条件下,采用以计算流程的方法划分保护区造成保护区浪费和碳酸盐岩裸露补给区没有保护的问题。在兼顾水质保护和水资源量可持续利用的前提下,分析了水源地上覆地层的防护能力和碳酸盐岩裸露补给区矿山疏排水对水源地的影响,将碳酸盐岩裸露补给区划分为二级保护区,突破了传统的“二级保护区包裹一级保护区”的模式,以较小的保护区面积有效地保证水源地的水质安全和可持续利用。      

黄泛平原区（1∶25万济南幅）浅层孔隙水多年动态变化特征

分析济南幅黄泛平原区浅层孔隙水的补给来源、地下水流场形态变化、地下水排泄途径及水化学多年变化特征,并结合区内浅层地下水开采强度资料综合研究认为,引起济南幅黄泛平原区浅层孔隙水动力场变化的主要原因是地下水开采量的变化与天然补给源的减少。研究表明,局部水位下降甚至产生超采漏斗主要是由于地下水长期过量开采引起的,并对区域地下水流场形态影响较大,区内已形成地下水分水岭。     

地下工程对地下流场变化影响——以黔中白云岩区为例

以贵安新区贵安高铁站区域地下水动态监测数据为依据,分析研究地下水流场受地下工程的影响和演化过程。结果表明:研究区在白云岩含水岩组中地下水受地下工程阻滞,其水位动态特征与自然条件相比变化较大;地下水位显著上升,其浮托力增大,将导致原有抗浮工程失效。了解工程建设对地下水流场的影响及其产生机理,有助于推动地下工程技术的发展。     

矿山抽排水对岩溶塌陷的影响分析

水动力条件是岩溶塌陷发生的主要诱发因素。为分析矿山抽排水对岩溶塌陷的影响,选取安徽铜陵华金矿和天马山矿两座矿山中间的岩溶塌陷区为研究对象,采用地下水软件模拟和解析法两种方法进行分析,基本查明塌陷区复杂地质条件和矿山抽排水条件下的地下水的径流概况,并对两座矿山同时抽排水对塌陷区的影响程度进行了简要判别。结果显示:勘查区地下水流场的确定是周边矿山排水产生岩溶塌陷影响范围的依据,特别是分水岭的划分;塌陷区位于周边矿山抽排水降落漏斗内,受两矿山排水影响,塌陷区位于分水岭北侧,塌陷诱发因素受华金矿影响较大。但由于地下水一直处于动态平衡过程,随着不同时刻和不同地点抽排水量的不断发生,降落漏斗和两矿山抽排水的分水岭一直处于动态中,利用降落漏斗和分水岭确定影响力的大小或确定塌陷责任的划分、比例以及间接责任仍值得进一步研究。     

四川南江县窑厂坪滑坡地下水数值模拟

地下水流场的分布是评价滑坡体稳定性的关键因素。使用Visual MODFLOW地下水数值模拟软件,建立窑厂坪滑坡在天然、暴雨和排水条件下的三个模型。通过参数反演提高天然模型的精度。分析暴雨和排水模型表明,强降雨抬升滑坡区地下水位,并在部分区域形成雍高水位,而廊道地下排水工程降低地下水水位,工程效果明显。     

南川黄泥垭隧道工程对水文地质条件的影响分析

隧道工程建设无疑对岩溶地区的水文地质环境地质带来巨大冲击。文章以重庆市南川区黄泥垭隧道工程为实例,采用地面调查、示踪试验、长观监测等方法进行综合研究,剖析隧道工程对隧址区水文地质环境的影响。研究结果表明:黄泥垭隧道工程改变了隧址区的地下水流场,疏干地表地下水、加剧干旱缺水程度,并随之出现新的人工水点——隧道涌水;同时隧道工程影响了水资源空间分配格局、降低了水资源利用率。      

鄂尔多斯白垩系盆地地下水系统研究

地下水系统研究是正确评价和合理开发利用区域地下水资源的基础,也是区域地下水资源规划的重要依据。在对鄂尔多斯盆地白垩系岩相古地理和含水介质空间展布研究的基础上,应用区域地下水动力场、水文地球化学场和深井Packer系统所获得的不同深度的水位数据以及同位素资料,将白垩系地下水流系统概括为局部水流系统、中间水流系统和区域地下水流系统3种类型。以盆地中部的白于山地表分水岭为界,划分为南北2个地下水亚系统和5个分支系统,其中南部黄土高原地下水亚系统为典型的自流水盆地,而北部沙漠高原地下水亚系统则具有潜水盆地的特征。     

岩溶隧道涌水量综合预测——以朱家岩岩溶隧道为例

长期以来岩溶隧道涌水问题是国内外隧道施工中的重大难题,往往对工程造成极大危害。基于岩溶水文地质学的最新理论和国内外工程实践,结合多年的经验,提出"岩溶隧道涌水量综合预测四步建模法"。运用地球系统科学的理论与方法,辅之系统论原理和类比方法,从多种地质调查与监测手段入手,在分析确定岩溶地下水系统结构特征(特别是地下岩溶含水介质类型)与其内水流运动关系的基础上,采用流量衰减分析法、物理模拟和BP神经网络模型三者相结合的方法,对岩溶隧道涌水量进行综合预测研究。     

水底隧道涌水量预测方法的应用分析

讨论了水底隧道涌水的预测计算问题,利用经验法和有限元法对某拟建海底隧道工程方案的涌水量进行了预测计算和对比分析,探讨了竖向和水平走向裂隙发育情况对隧道涌水的影响。结果表明:①与有限元相比,用经验公式计算得到的水底隧道涌水量偏小;②当水底岩层张性裂隙(尤其是竖向裂隙)较发育时,隧道涌水量增长较大;③当隧道临近或穿越断层破碎带时,隧道周边的渗流场具有显著的三维特征;④如果水底隧道上覆地层中没有显著的隔水层,则由于水源无限充足,隧道的涌水量将主要受到水位相对高度和隧道围岩渗透系数的影响,与隧道上覆地层的厚度关系不大。     

新疆喀什经济开发区地下水流动系统特征研究

喀什市是一座典型的沙漠绿洲城市,水生态环境相对脆弱。而喀什经济区及周边县市均属于水质缺水地区,地下水水质部分超标,为查明该区域地下水流动系统具体变化特征,首先对研究区地下水流动系统进行划分,同时也对地下水位空间变化特征进行分析,最终研究结果表明:喀什经济开发区第四系含水层系统中的地下水由补给区向排泄区流动,沿着水流路径,地下水化学成份发生着有序演化,是一个完整独立的具有统一时空演变过程的地下水体,每一个地下水流域,就是一个地下水流动系统。研究区中部存在东西向展布的地表水和地下水的分水岭,可将研究区第四系地下水流动系统分为北部克孜勒河和南部盖孜河两个地下水流动亚系统。