含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响

为探讨含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响,基于非均质含水层砂箱实验,分别用传统等效均质模型、克立金插值和水力层析刻画含水层渗透系数场,并探讨了先验信息对水力层析结果的影响.将不同方法估算的渗透系数场用以预测地下水流和溶质运移过程,以此判断不同方法估算结果的优劣,分析含水层非均质性对地下水流和溶质运移的影响.结果表明:与克立金插值法相比,水力层析法可以更好地刻画含水层非均质性,较准确地预测地下水流和溶质运移过程;钻孔岩心渗透系数样本值作为先验信息可以提高水力层析法估算结果的精度;传统等效均质模型无法准确预测地下水流和溶质运移过程.含水层非均质性的增强将导致溶质污染羽分布形态和运移路径的空间变异性增强,并且优势通道直接决定溶质的分布及运移路径.      

基于水力走时反演刻画裂隙含水层非均质性

获取含水层水力参数空间非均质分布信息是研究地下水渗流、地下水污染物运移等诸多地下水问题的重要基础.然而,受常规勘察技术所限,含水层的非均质性难以直接刻画,尤其在裂隙介质含水层中,水力参数分布的非均质性更加突出,进一步增加了刻画的难度.针对该问题,本研究首先通过德国哥廷根大学北校区内的Neutra试验场地进行的64次抽水...     

非均质含水层中渗流与溶质运移研究进展

含水层的非均质性控制着地下水渗流和溶质迁移特性,准确定量化描述非均质含水层中的渗流和溶质迁移问题受到广泛关注,已成为地球科学领域中的研究热点。首先从非均质含水层地下水流和溶质迁移理论模型、矩分析、多尺度进行系统综述,指出尺度转换在目前水文地质研究中主要解决的问题以及存在的问题;其次从非均质含水层场地试验、不确定性以及速度连通性等方面分析了该方向的研究进展;最后指出地球物理反演含水层非均质性、随机理论与随机模拟软件开发、尺度转换及速度连通性的不确定性问题、非均质性与水文地质条件关系研究4个方面是该领域今后的主要研究方向。     

熵权耦合随机理论在含水层非均质综合指数研究中的应用

传统模型主要侧重于通过含水层的某一单一属性来定性或半定量化表征其非均质性,无法对含水层综合非均质性进行定量描述。引入非均质综合指数(HSI)这一概念来定量化表征含水层多个属性的综合非均质性。其具体的计算过程主要包括以下3个步骤：利用Markov原理建立含水层沉积微相分布模型;通过相控建模原理,利用改进的序贯模拟法建立含水层属性参数分布模型;通过熵权法计算出上述各个含水层属性模型的权值系数,并根据此系数对模型进行叠加,从而求得含水层非均质综合指数。将该方法应用于华北平原栾城地区,对该区的冲洪积扇含水层非均质性进行研究,计算结果表明：沿滹沱河冲洪积扇半径方向的沉积微相变化平缓、含水层参数连续性较好,故其非均质性较弱,HSI为0.74~0.95;冲积扇相互叠加区域沉积微相变化剧烈,属性参数具有较强的空间变异性,故其具有强烈的非均质性,HSI为0.38~0.65,这表明在该研究区内沉积环境对含水层非均质性起着控制作用。非均质综合指数能够在考虑多项含水层属性的基础上,定量化表征含水层的综合非均质性及各属性对综合非均质性的影响,并为后续的污染物运移研究提供基础。     

水力层析法与克立金法估算非均质含水层渗透系数场比较

含水层非均质性空间分布特征的识别,是准确模拟地下水流和污染物运移的前提.基于室内非均质含水层砂箱实验,分别利用水力层析法和克立金插值法刻画了非均质含水层渗透系数场.研究结果表明:(1) 水力层析法与克立金法相比,不仅可以更好地刻画非均质含水层渗透系数场,还可以更高精度地预测地下水流过程;(2) 水力层析抽水实验中,通过增加抽水实验组数可以有效地提高水力层析参数反演的精度,但是抽水实验组数增加到一定程度以后,再增加抽水组数不会显著提升参数反演的效果.后续需要进一步研究水力层析抽水实验合适的组数,进一步对抽水井进行优化布设.      

ModfloW在华北平原区地下水库模拟中的应用

通过分析华北平原地下水系统的动态特征及其含水层的分布特点，应用Modflow软件，建立了华北平原地下水系统数学模型。根据对该模型的识别分析结果，得出华北平原由于地下水超采，地下水位降低，增加包气带的厚度，从而腾出了地下水库容。据此提出充分利用含水层的地下空间，修建地下水库，调蓄外来水资源的设想。     

基于广义径向流模型的非均质孔隙含水层井流试验分析

Theis模型、Dupuit模型等经典井流模型分析非均质含水层井流试验数据有一定的局限性,获取的参数不适合表征非均质含水层特性。而GRF模型可以获取含水层流动特性的数据。相比于Theis模型、Dupuit模型,GRF模型更能表征非均质含水层特性。以黄石东湖新村棋盘洲长江大桥的抽水试验数据为例,采用Theis模型和GRF模型计算含水层渗透系数,结合实际水文地质条件,对比分析不同方法计算的水文地质参数,并计算含水层水流维数和表观压力传导系数（K_f /S_sf）。结果表明:研究区含水层为细砂夹条带状黏土透镜体的非均质含水层,采用GRF模型计算结果更符合实际情况,渗透系数为 4.09×10?3cm/s;含水层水流维数为1.61,地下水为双线性流动状态,含水层对抽水试验的响应主要受黏土条带控制;观测井和抽水主井的K_f /S_sf呈非线性相关,进一步验证了含水层的非均质性。在非均质孔隙含水层中,应用多孔联合非稳定GRF井流试验方法不仅能确定水文地质参数,并且能丰富对含水层特性的认知。     

基于含水层非均质性随机特征的地下水脆弱性评价

由于地质条件的复杂性,人们所能获取的地质和水文地质资料是有限的,这就导致对水文地质条件的认识具有不确定性,其中以含水层非均质特征最为显著,这对地下水脆弱性评价显然会产生显著的影响。考虑含水层的非均质特性,提出具有非平稳随机场空间相关性的地下水脆弱性评价方法。以南京市江宁区中部地区为例,用改进的连续随机增加方法(Successive Random Additional method,简称SRA)生成了渗透系数对数(lnK),具有分维Levy运动统计特征的随机场,模拟含水层渗透系数可能的非均质空间分布,采用DRASTIC方法进行地下水脆弱性评价。结果表明由此方法生成的渗透系数场变化的程度相对传统的普通克里金方法更加剧烈,更加符合复杂分布的非平稳随机场特征,在此基础上建立的地下水脆弱性评价更加符合客观事实,丰富和发展利用随机理论解决地下水环境问题的理论和方法。     

含水层水力参数的尺度效应研究现状

描述含水层水力特征的主要参数在达西定律和地下水动力学的解释解中都被视为常效，这在实验室或在地下水开采规模不大的局部地段可行，但实际的含水层都为非均质，且人类活动使地下水水质、水量发生了严重变化，改变了地下水驱动力场的物理北学特征和水力特征，就使含水层的水力参数发生了相应的变化。     

基岩三维流数学模型求解的广义差分法及应用

白垩系基岩孔隙裂隙承压含水层为研究区地下水主要含水层之一,水文地质模型概化为各项异性非均质.根据地下水系统运动规律及分布特征建立三维非稳定流数学模型,采用广义差分法对其求解,并以长春市区为例对模型进行识别验证.结果表明,计算模型与实际水文地质条件比较接近,计算水位与实测水位相吻合;为研究区地下水系统可持续管理提供了科学理论依据.     

含水层层状非均质对地下水流系统的影响

区域尺度上含水层非均质具有复杂的结构性和随机性,难以准确刻画,造成非均质对区域地下水流系统的影响机制研究不够深入。本文以鄂尔多斯盆地白垩系地下水流系统为研究实例,选择典型剖面,采用剖面二维随机数值模拟方法,通过对比不同非均质刻画方法下地下水流场的变化,探讨含水层层状非均质对地下水流系统的影响机制。结果显示,均质条件下模型各向异性（含水层水平和垂向渗透系数比值Kh/Kv）取值为1000时,地下水流场与实际条件较为接近;非均质条件下,渗透系数方差取值0.91,水平相关长度取值5000 m,Kh/Kv取值150时,接近实际条件。研究表明,在大尺度地下水流模拟研究中,采用水平相关长度、渗透系数方差和各向异性值三个变量生成的随机场能很好地刻画含水层的层状非均质特征及其对水流系统的影响控制作用。由于含水层不同尺度层状非均质的叠加效应,采用均质各向异性介质等效概化含水层层状非均质性会造成等效各向异性值偏大失真的效应。     

地质统计学在含水层参数空间变异研究中的应用进展与发展趋势

科学合理评价地下水资源,对统筹规划、合理开发利用区域地下水,保障区域生态环境安全至关重要.获取含水层参数空间变异规律是解决地下水渗流、污染物运移、地下水开发利用等诸多地下水问题的重要基础.然而,受常规勘察技术所限,含水层非均质性难以直接刻画.两点地质统计学通过变异函数确定随机变量相关关系,解决地质变量空间线性估计并表征...     

城市地下水脆弱性评价方法及应用

地下水脆弱性评价是合理开发利用和保护地下水的基础.以国内外广泛应用的DRASTIC模型为基础,结合我国华北平原沉降带冲洪积含水层水文地质特征,提出了一种适用于层状含水层水文地质条件的城市地下水脆弱性评价模型--DRAMIP模型,并根据廊坊市的实际状况,对廊坊市浅层地下水进行了脆弱性评价,利用GIS技术生成了廊坊市浅层地下水脆弱性分布图.     

复合含水层系统地下水资源评价三维数值模型

江苏省盐城市地下含水系统为一复合含水层系统,采用真三维模型,将其概化为三度空间上的非均质各向异性.在对模型进行识别、验证的基础上,结合对地面沉降、咸水入侵等地质环境控制的要求,规划、预测了到2020年12月底,第Ⅱ承压含水层、第Ⅲ承压含水层和第Ⅳ承压含水层中的最低地下水位分别恢复到-20 m、-30 m和-40 m时,各含水层中地下水的开采量及地下水的最优开采布局,并预测了未来各含水层地下水位降落漏斗趋于稳定的地下水开采量.     

华北平原地下水脆弱性评价

针对华北平原地域广阔,地貌和水文地质条件复杂、地下水开发利用程度高,地下水位埋深、包气带和含水层岩性差异性大等特点,基于大量钻孔和地下水位监测资料,厘定了包气带岩性和地下水位埋深变化对脆弱性评价影响,进而建立适宜华北平原的DRITC评价指标体系,并应用于华北平原地下水脆弱性评价。评价中,根据华北平原水文地质条件,划分4评价分区,剖分2 km×2 km单元34 253个,采用地下水位埋深、净补给量、包气带岩性、含水层累积厚度和渗透系数5个因子作为评价指标,求得地下水脆弱性综合指数及脆弱性分布图。结果表明,华北平原山前冲洪积扇和古黄河冲洪积平原的现代黄河影响带地下水脆弱性高或较高。野外采样7 472组地下水有机污染测试分析结果佐证,脆弱性高或较高区有机污染检出项数多,其他地区较少,由此验证评价结果的客观性。     

块状岩溶承压含水层非稳定流数学模型的建立及应用

块状岩溶介质可视为双重孔隙介质, 其含水层为承压含水层, 水文地质模型概化为各向同性非均质。根据块状岩溶承压含水层地下水运动规律, 建立二维承压含水层非稳定流数学模型, 采用有限体积法对其求解, 并以深圳葵涌区为例对模型进行识别和验证。结果表明: 各时段的计算水位值与实测水位值非常接近, 所建立的数学模型正确可应用。     

含水层非均质结构的马尔可夫链地质统计方法及应用

针对含水层非均质性对地下水流动和溶质运移模拟的准确性有着重要的影响,但非均质性的刻画十分困难的问题,介绍了马尔可夫转移概率理论方法及其在含水层非均质结构研究中的应用,利用Walther定律建立了三维马尔可夫链,并将该方法用于研究位于山西省介休市龙凤河冲积扇岩相的空间分布规律.结果表明该地区细颗粒具有在垂直方向上向上沉积、水平方向上向外沉积的趋势,细颗粒岩相与粗颗粒岩相之间的关联性强而粗颗粒岩相之间的关联性差.该方法的缺点在于Walther定律的应用可能会增加不确定性.     

稳定流经验公式在贵州岩溶区抽水试验中应用探讨

贵州岩溶区地下水勘查中,勘探开采井往往采用抽水试验中抽水量与水位降深关系的经验公式计算工作区地下水资源量及水文地质参数。评价勘探开采井水资源量可以用稳定流经验公式,但是含水层必须各向同性、均质、产状水平。在贵州岩溶区属于非均质含水层,产状一般不水平,因此利用稳定流经验公式进行计算资源量,会产生相应的误差。通过贵州省毕节地区13口井的抽水资料进行计算,分析其产生误差的原因,同时对岩溶区水资源的评价方法提出建议。     

岩溶地下水环境微生物信息技术应用研究进展

岩溶含水层特有的非均质性使其微生物群落具有多样性,微生物信息技术研究对岩溶地下水资源开发利用和保护具有重要意义。在总结国内外微生物信息技术应用研究现状基础上,分析岩溶地下水环境中微生物来源,重点讨论微生物示踪技术、微生物监测技术在岩溶地下水环境中的应用。认为,由于岩溶含水层的复杂性和微生物的易变异性,微生物信息技术应用过程中对岩溶地下水环境造成的污染风险还需进一步探讨,提出推进微生物信息技术在岩溶地下水资源合理开发利用中的研究展望。     

基于地面控制的江阴市浅层地下水资源评价

根据江阴市地下水系统的水文地质机理,采用真三维流,将其概化为三度空间上的非均质各向异性,在对模型进行识别验证和针对江阴市主含水层水位和地面沉降控制的基础上,以乡镇为单位,给出了各乡镇浅层的最大可开采量,为合理开采江阴市地下水资源提供科学依据。