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。     

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。     

渭河河漫滩宏观弥散度计算

宏观弥散度的确定对地下水溶质运移至关重要。利用竖管法野外现场测定900个点的垂向饱和渗透系数Kv值,然后进行统计分布检验,运用地质统计学中负指数模型在有块金效应影响的条件下拟合出ln Kv的空间相关尺度λ值,进而利用λ与宏观弥散度关系式求解渭河漫滩非饱和带的宏观弥散度。结果表明,研究区整体Kv平均值为0.012cm/s,方差为1.33,表明Kv空间差异性较大;垂向渗透系数基本服从对数正态分布规律,满足宏观弥散度计算条件;估算整体纵向宏观弥散度为21.27m,各排计算结果约2.11~4.65m。     

井周堵塞对承压含水层定流量回灌渗流场影响的半解析研究

为分析定流量条件下回灌堵塞对井周含水层渗流响应的影响,采用指数形式的渗透系数衰减方程反映堵塞作用下井周含水层渗透特性的时变效应,建立了考虑堵塞效应的定流量非完整回灌井流力学模型,采用变量代换、Laplace变换和有限余弦Fourier变换得到了井周含水层中水位抬升在Laplace空间的解,应用Stehfest数值逆变换方法获得了实时空间内的水头抬升和回灌压力。参数分析结果表明,较小的渐近渗透系数Kr,∞会增加回灌过程中水头抬升和回灌压力,并加剧含水层达到拟稳态时的渗流响应;较大的渗透系数衰减指数λ仅增加回灌过程中水头抬升和回灌压力,但不影响含水层达到拟稳态时的渗流响应;因Kr,∞和λ不同而引起的水头差在井筒处达到最大值并沿径向距离逐渐减小。研究结果可以为定流量回灌中井周含水层堵塞的识别与预测提供理论依据。     

浅层含水层导水系数空间变异分析——以河套平原呼和浩特市为例

水文地质参数空间变异性是影响地下水水流及溶质运移不确定性的主要因素。呼和浩特市浅层地下水导水系数空间变异研究对导水系数等值线的绘制与校正有实际意义。剔除异常值后,利用地质统计方法研究区域、N-S向、E-W向剖面的空间分布,利用GS+对其空间变异结构进行分析,得出以下结论:导水系数在区域上属于强变异程度,N-S向剖面属于强变异程度,E-W向剖面上属于中等变异程度;导水系数在区域上、N-S向剖面、E-W向剖面均近似服从对数正态分布;区域上变程为2910m,E-W向剖面变程为3729.92m,N-S向剖面变程为2478.74m。     

河床沉积物渗透系数空间变异性研究——以滦河下游为例

河床沉积物的渗透系数是水文地质关键参数之一,其大小直接影响河水与地下水之间的转换关系。采用水头下降竖管试验法对滦河下游3个不同断面,共32个测试点河床垂向渗透系数Kv进行研究。结果表明:滦河床沉积物Kv值总体在0.17~2.93m/d之间变化,近似服从正态分布;沿不同地貌单元(冲积平原-海积平原-入海口)、不同河床断面以及在较小的1m×1m范围内沉积物Kv值均存在明显差异,变异程度由冲积平原向入海口处递增,表明河床沉积物的渗透性在空间上具有较强的变异性;河床两岸沉积物的Kv值明显小于河流中心,而在较短的流程内Kv值沿河流流线方向基本不变。颗粒分析结果显示沉积物颗粒的大小与分布是造成渗透系数差异性的主要原因。此外,河床中的淤泥质层会极大地降低沉积物的渗透能力,减弱河水与地下水之间的水量交换能力。研究结果对滦河流域河水和地下水转换关系研究提供了理论和数据支持。     

水源热泵井施工中水文地质参数确定的探讨——以东煤沈阳钻探机械研制中心厂房水源热泵井施工为例

以单井抽水试验资料为基础,计算出该区的新近系砂砾岩含水层的出水量为40m^3/h。为解决水源热泵系统的热源及同层回灌问题,进行了较长时间的带有观测孔的抽水试验及回灌试验。试验表明：该区的渗透系数为32.16m/d,影响半径为166m,回灌渗透系数为14.38m/d,回灌影响半径为61m。据此计算干扰井单井抽水量为38.51m^3/h,干扰井单井回水量为11.14m^3/h,同时确定该区的抽灌井比例为1∶4。根据用水需求,该区设计抽水两口,回灌井8口,备用一口回灌井,形成该区的水源热泵系统。系统运行近两年来,单井出水量、回灌量及水位降深均符合设计要求,达到了预期效果。     

不同微尺度膜下滴灌棉田土壤水盐空间变异特性

为揭示微尺度膜下滴灌农田土壤水盐的空间变异特性,通过大田试验,采用经典统计和地质统计方法,研究了3种微尺度（0.25 m、1 m和4 m）和不同土层深度棉田土壤水盐的空间变异性,并确定其合理取样数。结果发现,3种微尺度下,土壤含水量的变异强度为中等偏弱,其变异性随尺度增大而增强,随深度增加呈先增强后减弱趋势。土壤含盐量的变异强度为中等偏强,其变异性随尺度增大而增强,随深度增大呈先减弱后增强趋势;3种尺度和不同深度条件下,土壤含水量和含盐量的半方差函数大部分可采用高斯模型模拟,且精度较高;样品的合理取样数为367个。研究结果可为制定膜下滴灌土壤水盐的监测方案和调控措施提供理论指导。     

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。     

基于蒙特卡罗随机有限元法的三维随机渗流场研究

通过建立改进Latin超立方抽样和对偶抽样相结合的复合抽样法,以提高Monte Carlo方法的计算效率,并将其引入Monte Carlo随机有限元（MSFEM）。基于三维有限元模型,采用MCSFEM对山坪土石坝进行随机渗流场分析,研究渗透系数和水头边界条件的随机特性对渗流场的干扰,进行变异系数和抽样次数的敏感性分析。最后,对渗流场的求解量进行概型分析。研究表明：总水头势、流速及渗透体积力的变异性随着渗透系数随机性的增强而变大;复合抽样法既能有效加快Monte Carlo的收敛速度,又能降低样本间的统计相关性,说明了该方法的实用性与有效性;当渗透系数服从正态分布时,渗流场中所取结点的水头和坡降也服从正态分布。     

小波变换在饶阳凹陷层序地层格架建立中的应用

小波变换提供了一种研究层序地层格架的新方法,它将测井信号从一维深度域转换到二维深度—尺度域,从多尺度识别不同级次的地层旋回界面。根据小波变换的原理,确定了测井数据小波变换在层序地层划分中的地质意义,建立了四种小波变换中的地层旋回模型。在饶阳凹陷的实际应用中,选取自然伽马曲线进行小波变换,应用时频色谱图分析和快速傅里叶变换多种方法选取尺度因子。通过对时频色谱图和不同尺度下小波系数曲线的综合分析,对饶阳凹陷古近系G104井层序地层进行了划分,并以2 198.625m位置为突变界面,划分出两个较大尺度旋回,以2142.375m、2 163.875m、2 198.625m、2 238.625m位置为界面,划分出5个较小尺度旋回。实际结果应用表明,小波多尺度变换划分层序地层的结果和传统方法划分基本一致。     

青铜灌区古灌渠河床渗透系数空间变异性研究

渗透系数影响地表水与地下水之间的水量交换,其大小具有空间效应。通过竖管法(单管法)、多孔介质垂向渗透系数测量仪法(双管法)测定了银川平原青铜峡市灌区汉延、惠农两条古灌渠18个试验点位的渗透系数,每个试验点进行了3组试验,共得到54组试验数据,另采取了16组原状土样进行颗粒分析。通过对试验数据的统计分析得出,研究区2条灌渠的渗透系数在0.1～1.1 m·d~(-1)之间变化,渗透系数值总体服从正态分布,总体变异系数大小为0.441,属于中等程度变异;汉延渠河床渗透系数平均值比惠农渠稍大,但变异程度较惠农渠略小。且从上游至下游,河床渗透系数值总体变化呈下降趋势;颗粒直径是造成本研究区河段渗透系数变异的一个主要因素,但河床渗透系数的大小不仅仅受颗粒直径的影响,河床生物扰动、水化学特征变化等也可能会造成河床渗透系数发生明显变化。     

塔里木南缘策勒绿洲地下水空间变异性与土地覆盖关系研究

基于策勒绿洲78个取样点的地下水埋深、矿化度和pH值的观测资料, 应用遥感、地理信息系统、 空间插值和地质统计学分析的方法对所取数据进行空间变异性分析.结果表明: 1)地下水埋深和pH值服从正态分布, 矿化度服从对数正态分布;2)地下水埋深、矿化度和pH值都具有强烈的空间相关性, 在步长为8 km范围之内, 地下水特征的空间变异是各向同性的, 当步长＞8 km时, 四个方向上的半变异函数发生了不同的变化;3)受盆地地形影响, 地下水埋深从南到北变浅, 东部区域埋深最浅, 最小为1.56 m;矿化度分布趋势则是从南到北逐渐增大;pH值高值区发生在绿洲东南部和中北部, pH值高的区域矿化度较低, 而pH值低的区域矿化度较高;4) 绿洲耕地主要分布于地下水位埋深为5～25 m, 且矿化度＜2.0 g·L~(-1) 的区域;林地和草地分布于绿洲边缘区, 该区域地下水埋深浅, 平均水位＜10 m, 而地下水矿化度较高, ＞2.0 g·L~(-1) .     

北京市潮白河地下水库建库条件与方案建议

北京市潮白河冲洪积扇分布有大中型地下水源地10余座,区域地下水位持续下降,含水层腾出了巨大的储存空间,在此建设地下水库储蓄南水北调水和本地地表水,可提高北京市应急供水能力、增强水资源可持续利用能力、改善地质环境。本文以潮白河冲洪积扇为研究对象,论述了潮白河地下水库建设的地质条件、回灌水源、地下水人工补给方式等基本条件,研究了地下水回灌的工程模式、能力与调蓄方案。结果表明,潮白河地下水库可建设怀柔应急与水源八厂两个回灌工程,理论入渗能力可达136 m~3/s,调蓄方案实施一年,库区地下水位可上升5~15m,储存量可增加4.8×108m~3,资源、环境效益十分明显。     

考虑参数不确定性的地表水与地下水交换量的计算方法

在计算地表水与地下水的交换量时,常规的方法是对实际获取的渗透系数采用集中式数学模型或者分布程度较低的分布式模型,使用以代表观测井为中心的泰森多边形划分计算区域。本研究在考虑实际获取的渗透系数基础上,进一步考虑参数空间分布的不确定性,利用渗透系数服从对数正态分布的已有研究成果,使用数字仿真技术,另外考虑地表水水位、地下水水位的动态变化对渗流方向的影响,在常规方法的基础上,基于D8算法提出改进,使用分布式模型计算地表水与地下水交换量,并与常规方法的结果进行对比。结果表明常规方法计算的交换量结果偏小,两者水位动态变化对渗流方向的影响显著。     

兰州黄河阶地卵砾石层渗透系数测试研究

采用多孔抽水、钻孔注水和单环注水试验测得兰州黄河Ⅰ级阶地卵砾石层渗透系数分别为34.19m/d、32.68m/d和26.50m/d。颗粒分析成果表明,研究区卵砾石层孔隙体系形式为卵砾类骨架形成架空大孔隙,含量较少的中细砂小颗粒难以完全充填架空大孔隙,仅起到减少大孔隙通道的作用,其渗透系数大于中细砂但小于一般意义上不含或仅含极少量中细砂的卵砾石层。对比分析可知,基于特征粒径、不均匀系数的半经验渗透系数预测值具有很大的离散性和变异性,与实测值有较大差异,作为工程建设设计参数时应通过多种方法验证其准确性。依据水文地质测试成果,结合相关资料工程经验值及地区经验,推荐研究区降水方案设计含水层渗透系数取34.19m/d。     

昌平区山前平原地下水位空间变异性特征分析

基于Arc GIS的地统计模块和半变异函数模型,在了解昌平区山前平原水文地质条件的基础上,选取30眼地下水位观测井2001—2011年间水位观测数据分析地下水位的空间变异性。利用交叉验证法遴选最优半变异函数模型,结合空间插值分析对未知点进行无偏最优估计。结果表明,北京市山前平原的最优插值模型为0阶球状模型,插值方法选用析取克里格方法;2011年地下水位的块金效应为0.45,受地形起伏、降水以及水文地质条件等因素影响较大,空间相关性强,而地下水降深的块金效应达到0.969,表明人类活动和测量误差等因素对其影响较大,空间相关性弱;由块金效应可知2001—2011年间人为大量开采使地下水位的空间相关性逐年减弱;受到水文地质条件和人类活动的共同影响,地下水流主径流方向上的块金效应为0.34;由于人类大量开采,冲洪积扇中上部地下水位空间变异性变化更为显著,在顶部和下缘空间变异性较小。克里格空间插值结果可为今后开采井的合理布设及进一步研究人类活动影响下地下水系统变异规律提供依据。     

利用位场连续复小波变换识辨磁场源(上)

对国外最新研究位场连续复小波变换理论的一系列文章进行了系统总结与高度概括，并利用水平面磁荷模型的垂直分量对齐次位场小波变换系数与位场导数向上延拓的等价关系进行了详细推导与归纳。基于Poisson半群核构成一类柯西小波，它将对位场的求导以及位场向上延拓这两种运算相结合，形成一简单算子，在作用于齐次场源的位场时，其小波变换系数与位场导数向上延拓是等同的，并服从小波变换双尺度规律。利用位场小波变换系数模沿极值轴线的变化特征分别反演磁场源的形态、埋深、倾角，同时利用其相位反演磁倾角。此法实用于重磁资料自动化处理与解释。     

地下水源热泵抽灌井优化布置及参数灵敏度

为了确定地下水源热泵的最佳布井方式,探明含水层温度场变化特征以及水文地质参数灵敏性,以石家庄地下水源热泵适宜区肖家营—东兆通为研究区,基于热储层的地热地质条件和热物性参数,利用FEFLOW软件构建了三维水-热耦合数值模拟模型。在2 000 m³/d的抽灌量下对不同井间距、不同布井模式-含水层温度场变化进行模拟,探讨发生热突破的可能性,并探讨温度场关于热导率、渗透系数、孔隙率等参数的灵敏度。研究结果表明：1)在单抽双灌模式下,方案C(两眼回灌井连线与地下水流向垂直,一眼回灌井位于抽水井正下游,另一眼回灌井位于沿地下水流向45°方向,即两回灌井与抽水井组成等腰直角三角形,抽水井正下游的回灌井为直角顶点)的布井方案对含水层温度场影响最小,为最优方案;2)单抽双灌模式下,抽灌量为2 000 m³/d时,方案C抽灌井间距设置在40～50 m较为合理;3)抽灌过程中,温度场对于渗透系数的改变灵敏度较高,而对孔隙率以及热导率的改变灵敏度较低。     

基于广义S变换的裂缝分频边缘检测方法

为了在时频域刻画裂缝等边缘信息及其多尺度特征,构造了一种新的广义S变换分频边缘检测。它借鉴了小波多尺度边缘检测的思想,利用广义S变换的时频局部谱,通过不同频率尺度滤波达到突出与定位不同尺度边缘信息的目的。模型信号处理表明：广义S变换分频边缘检测方法既能准确刻画边缘奇异信息,又能反映边缘的多尺度特征,具有与小波多尺度边缘检测相似的特点。利用这一方法对实际地震资料处理的结果表明,它可以在不同频率尺度情况下有效检测断层、裂缝发育带的几何形态和空间展布。