火山岩体围岩隧道断层带涌水量计算方法综合研究:以青云山隧道为例

以某火山岩体围岩隧道为研究对象,分析了隧道区蓄水构造类型与隧道涌水特征,运用多种解析方法和数值模拟方法对隧道区典型断层带涌水量进行了计算,并与实测数据进行了对比,总结出各种方法的适用性。研究结果表明:火山岩体围岩隧道涌水表现为断层带控水的分段涌水特征;传统的地下水动力学法较降雨入渗法和氚同位素法更适合于用于此类隧道的隧道涌水量计算,而数值模拟法在计算隧道涌水量上有一定的优越性。此外,隧道断层带水文地质调查的程度与参数刻画的准确度对计算结果精度影响很大。      

吐鲁番盆地地下水与植被的关系研究

吐鲁番盆地是我国西部极端干旱地区的一个山间盆地,气候干旱、降雨稀少,荒漠生态典型,生态环境脆弱。文章从植被生长与土壤含水率、含盐量、地下水矿化度、埋深等方面进行分析,得出吐鲁番盆地艾丁湖周缘低湿地植被生态可持续发展的合理生态水位为埋深2.5~3.5 m。总结了吐鲁番盆地天然绿洲区的植被随地下水变化的关系及其演替模式。     

南水北调东线工程对东平湖水环境的影响

为考察南水北调东线工程对东平湖水环境的影响,为受水区域的用水安全提供保障,于东线工程通水前后分别采集不同水文时期的东平湖湖水样品,分析测定后,采用综合污染指数法、综合营养状态指数法、健康风险评价模型,评价东线工程通水前后东平湖湖水水质级别、营养化水平和健康风险水平的差异。结果表明:东线工程通水后,东平湖湖水综合污染指数由通水前的0.49变为通水后的0.58,水质级别仍为Ⅲ级轻度污染,部分指标超标但不严重;综合营养状态指数由通水前的50.72降为通水后的47.90,表明营养化水平由轻度富营养状态好转为中营养水平;健康风险由通水前的2.91×10~(-4)a~(-1)降为通水后的9.35×10~(-5)a~(-1),即由通水前的中—高风险水平降低为通水后的中风险水平。结论可知,南水北调东线工程的通水有利于东平湖湖水环境的改善,但与其他典型淡水湖泊相比,东平湖湖水的健康风险仍相对偏高,后续需要进一步加强湖区环境保护和污染排放的管控。     

基于双精度与四精度的重力场解算精度分析

基于动力学方法比较分析了双精度与四精度模式下重力场模型的解算精度,主要包括缔合勒让德函数计算、数值积分器及重力场反演结果。结果显示,在勒让德函数计算方面,部分角度在双精度模式下计算至1 900阶以后会出现溢出问题,而在四精度模式下任何角度都满足精度要求,并且计算结果比双精度模式高8个量级。数值积分器Adams预测校正法积分1 d的位置和速度误差,在四精度模式下比在双精度模式下高4个量级。在精密轨道反演重力场计算方面,动力学方法在双精度及四精度模式下反演结果一致,统计其计算至60阶的累计大地水准面误差为1.29×10~(-5 )m,这是因为动力学方法的线性误差相对计算误差而言是主要误差;非线性动力学方法在四精度模式下比在双精度模式下高7个量级,其大地水准面误差分别为8.92×10~(-15) m和8.16×10~(-8) m。     

浅谈2.5D磁法反演估算铁矿资源量的多解性

2.5D磁法反演估算铁矿资源量,关键是在垂直磁异常走向上求拟合模型的截面积。该文利用一种常见模型拟合4种实测磁场,发现铁矿截面积与埋深和磁性大小有一定的规律:磁化强度一定时,截面积与埋深呈线性正相关;埋深一定时,截面积与磁化强度呈近似指数形式的反相关。固定深部或外围磁性体参数,单独考虑浅部或中间铁矿模型时也有这种规律。在无钻孔资料及磁性资料不清楚时,磁化强度100 000×10-3~150 000×10-3A/m为估算铁矿资源量的最佳磁参数。因磁法反演的多解性,此类方法适用于钻孔验证前的资源量估计。     

烟台市城区浅层地热能评价

浅层地热能是一种可再生的新型环保能源,近年来浅层地热能开发利用受到烟台当地政府的高度重视。该文在系统搜集烟台市城区基础地质、水文地质、地热地质等资料的基础上,通过采用抽水试验、回灌试验、现场热响应试验等工作手段,基本查明了浅层地热能开发利用涉及的地下水富水性特征、地下水回灌系数、岩土体热物性参数及岩土体结构等系列基础条件。采用层次分析法与模糊数学法对烟台市城区地下水源热泵与地埋管地源热泵两种浅层地热能开发利用方适宜性进行了评价,其中地下水地源热泵适宜区分布于牟平城北部,面积约53.66km~2;较适宜区分布于黄垒河、柳林河、夹河、辛安河等河流下游地区,面积约91.99km~2;地埋管地源热泵适宜区分布于调查区大部分地区,面积约739.09km~2;较适宜区分布于区内冲洪积平原和丘陵地区,面积约261.58km~2;不适宜区分布于福山邢家山、王家庄一带,面积合计2.29km~2。经概算烟台市城区100 m以浅,浅层地热容量为165.41×10~(12)kJ/℃,其中适宜区浅层地热容量为120.76×10~(12)kJ/℃,较适宜区浅层地热容量为44.26×10~(12) kJ/℃。城区地下水地源热泵系统适宜区与较适宜区冬季换热功率为24.40×10~5 kW,夏季换热功率为48.80×10~5 kW;地埋管地源热泵系统适宜区与较适宜区夏季换热功率为1.04×10~8 kW,冬季换热功率为0.79×10~8 kW。该成果为促进烟台市节能减排,新旧动能转换提供了翔实可靠地基础数据。     

湖底地下水排泄与湖泊水质演化

湖泊富营养化是当前全球范围内最为典型且严重的水环境问题之一，但过去偏重营养盐向湖泊的点源和面源输入评价，常常忽视地表水-地下水相互作用在湖泊水质形成与演化中的作用。总结了地下水-湖水相互作用模式，重点评述了地下水排泄过程对湖泊水文与水质影响的研究进展，对比了渗流仪测量、水量平衡、氡质量平衡、温度示踪、数值模拟等量化方法的优劣性与适用性，探讨了地下水向湖泊排泄的时空变异性、地下水-湖水界面氮磷的迁移转化等难点问题的研究现状，提出该领域未来研究方向主要包括:综合运用多种技术方法，表征湖底地下水排泄的时空变异性；揭示界面水文生物地球化学过程，量化地下水向湖泊排泄氮磷负荷；评估强烈人类活动改造对地下水-湖水相互作用的影响。      

河南省地下水均衡监测试验研究

地下水均衡监测试验，河南省先后建立有封丘、郑州、商丘三个均衡场。本文据此资料进行了分析：认为水均衡理论，不限于地下水渗流，应包括土水势能量理论在内的大气水─地表水─土壤水─地下水为四水的水均衡；在研究方法上，不限于裸露条件下地中渗透计模拟，应采用与有无作物条件下通量方法相结合；研究得出降水入渗量，只在潜水埋深较小情况下，与降水量呈近似直线关系，达到最大值后，才随埋深增大逐渐减小和趋于稳定；潜水蒸发量，有作物条件下的腾发比无作物条件下的蒸发要大约１～５倍；对土壤水的重要性有了新的认识，土壤水在四水水文水资源循环中，起着重要的循环和调蓄功能，在农业生态中，具有战略意义。     

示踪实验在湾潭隧道涌水突泥判别中的应用

以宜来高速湾潭隧道为研究对象, 通过现场调查、地下水示踪实验、地下水流量监测, 以及采用大气降雨入渗法计算隧道的平均涌水量和丰水期涌水量, 同时采用RFPA渗流软件对隧道涌突水的可能性进行判别。现场调查及示踪试验结果显示湾潭隧道岩溶管道为多支, 混合型岩溶管道, 水文地质条件复杂, 丰水期涌水量约为平均隧道涌水量的4.6倍。数值模拟结果表明, 隧道涌水突泥破坏要历经裂隙萌生、裂隙扩展、裂隙进一步扩展、贯通破坏阶段。同时当岩溶管道处的过水流量达到初始值(37 248 m3/d)约2.7~3.5倍之间时便可出现涌水突泥破坏, 也即出水口2流量达到10 000~13 000 m3/d时, 湾潭隧道具有极高的涌水突泥风险。      

基于支持向量机理论的地下水动态遥感监测模型与应用

地下水是我国内陆干旱地区水资源的重要组成部分,也是极为敏感的生态环境因素之一。地下水动态变化影响着绿洲和湿地的演化,以及土地资源的开发。西北地区地下水监测网尚不完善,动态资料相对缺乏。遥感技术可以弥补传统地下水位监测手段的不足。由于降水极少,西北干旱区地表反射率与地下水水位埋深关系极其密切。选用归一化植被指数(NDVI)、地表温度(LST)数据,应用支持向量机回归方法,建立西北干旱地区地下水位遥感监测模型。提取MODIS影像中的NDVI和LST产品上的地表温度和植被指数信息,作为模型的输入,通过合理选择核函数进行支持向量机的回归分析,从而建立地表植被指数、地表温度与地下水位的相关数学模型,并分析了不同核函数所拟合结果。在河西走廊疏勒河流域的研究成果表明,运用MODIS数据开发地下水动态模型反演水位变化是可行的,模型拟合的结果比较符合实际情况,尤其是对于细土平原地下水浅埋地区模型应用效果更为理想。一次多项式核函数适合模拟埋深小于3m浅埋地下水,径向基函数RBF核函数和三次多项式核函数法则更适合模拟较大埋深情况。开发的地下水位遥感监测模型可为西北干旱区水循环研究和流域水资源管理提供技术手段。     

济南市华山湖开挖建设渗漏分析研究

该文在查明区域水文地质条件、湖区地下水的类型、分布、埋藏条件、含水层及隔水层特征、岩性结构以及地下水的补给、径流、排泄条件的基础上,通过现场试验,确定了天然状态下湖区各含水层之间的水力联系、黄河侧渗补给量及湖区向小清河的排泄量,结合数值模拟,预测了湖区维持设计蓄水位21.5m时黄河的侧渗补给量、湖区向小清河的排泄量及湖区对周边地下水位的影响。结果表明,天然状态下,黄河侧渗补给量为748.23m~3/d,湖区向小清河排泄量大约为52.03m~3/d,黄河侧渗补给量远大于湖区向小清河的排泄量。数值模拟结果表明,湖区维持设计蓄水位21.5m时,不同水文年湖区接受的侧渗补给量均大于湖区的渗漏量,且对周围地下水位的影响不超过1.5m,因此,湖区维持设计蓄水位21.5m时可不考虑防渗措施。     

基于水动力量化因子的岩溶强发育深度研究

地下水垂向循环水动力条件是岩溶发育深度的主要控制因素。为探求川东背斜构造岩溶区多级水流系统控制下的岩溶强发育深度，采用地理信息系统（GIS）技术，选取地形指数和水动力坡降构建岩溶水动力强弱的量化因子F_HQ，并结合钻孔数据推求假角山背斜构造区地下岩溶强发育深度。研究显示:水动力因子F_HQ与地形指数、水动力坡降在空间上呈明显正相关关系，同时可指示岩溶水流系统向深循环的深度，以此推求背斜构造区地下岩溶的强发育深度下限。假角山背斜两翼F_HQ集中在0.1~0.4之间，岩溶水动力整体偏弱，深沟F_HQ值整体高于浅沟。东、西翼深沟控制下的地下岩溶强发育深度分别约40~100 m和110~180 m；浅沟控制下的地下岩溶强发育深度分别约15~60 m和10~90 m。研究成果可进一步丰富川东背斜区岩溶发育评价方法体系，为隧道工程岩溶突水灾害预测防治提供理论依据。      

鄂尔多斯盆地都思兔河流域白垩系含水层特征及供水前景分析

在鄂尔多斯盆地都思兔河流域供水水文地质详查的基础上,通过水文地质钻探、抽水试验、样品分析等手段,查明了流域含水层的结构、埋深以及含水层和隔水层在水平和垂直方向上的变化规律,探讨了各含水层之间的水力联系,并求取了含水层的水文地质参数;对比圈定了包乐浩晓、巴彦布拉格、好勒包勒吉3处富水区;采用地下水流数值模拟方法对上述3处富水区地下水开采量进行计算,提出了27种地下水开采方案,并经过对比得到地下水开采推荐方案。结果表明:包乐浩晓、巴彦布拉格、好勒包勒吉3处富水区主要补给为侧向径流及大气降水入渗补给,排泄方式以潜水面蒸发及向河流排泄为主;在地下水浅埋区,结合含水层单井涌水量的大小,确定采用管井开采方式、中段悬挂式非完整井结构,平均布井,井深300m,单一开采白垩系环河组的地下水,最大限度夺取潜水蒸发排泄量;根据推荐方案,上述3个富水区总开采量达到123 500m3/d,可为该地区地下水资源开发与利用提供技术保障。     

不同地下水流系统模式渗流场和温度场的互相影响

在地热资源丰富的地区，需要研究不同地下水流系统发育模式下渗流场和温度场的互相影响。基于二维潜水盆地多源汇的数值模拟和室内砂箱实验，改变降雨入渗强度，通过砂箱底部加温研究上下边界不同温度差条件下的渗流场和温度场的变化。研究结果表明:①随着降雨入渗强度加大，地下水流速增大，地下水流系统由单一区域系统向复杂的局部+区域、局部+中间+区域多级嵌套系统转化，水流对温度的再分配影响变大；②补给区等温线受下降水流影响下移，排泄区等温线受上升水流影响上抬，其中区域补给区和区域排泄区温度变化幅度最大；③砂箱底部加热后，含水层潜水面下降，地下水流速增大，流线循环深度整体变大，滞留带范围缩小。温度差是地热丰富地区的地下水流系统研究中不可忽视的驱动力。      

嘉祥县红运水源地岩溶发育特征及富水规律研究

红运水源地地处嘉祥断块北部,主要含水层为奥陶纪三山子组中细晶白云岩,且岩溶发育,在岩性上中细晶白云岩细晶白云岩泥灰岩灰岩和豹皮灰岩微晶白云岩。区域断裂构造发育,多以张性断裂为主,一般为带状岩溶发育,深度143～330m,与断裂构造的走向基本一致,为地下水的富存和运移提供了良好的场所和通道。奥陶系顶板不同埋藏深度形成的高差,为岩溶地下水径流提供了强烈的地下水动力条件。通过研究岩溶发育特征,对比区域地质、水文地质条件,证实岩溶发育与地层岩性、地质构造、地下水动力条件、埋藏深度等关系密切。通过对比钻孔地层资料,分析了红运水源地富水性条件,地层岩性是岩溶发育的物质基础,地质构造是岩溶发育的控制因素,水动力条件是岩溶发育的外在因素,对指导北方覆盖型岩溶地下水勘查及寻找覆盖型岩溶水富集区具有借鉴意义。     

降雨径流与洪水淹没模型耦合的应用研究

洪水研究包括径流与淹没两种模式。为了探究流域降雨产汇流与淹没情况、提高洪水预报精度,本研究在传统流域水文模型的基础上耦合二维水动力学模型,建立水文-水动力耦合模型。以我国吉林温德河流域为研究实例,模拟了2017年“7·13”洪水在下游口前镇所处子流域洪水淹没过程。首先对基础数据进行预处理,建立HEC-HMS水文模型并进行参数优化后,最终获得流量过程水文结果作为水动力学模型边界条件,之后建立HEC-RAS二维水动力学模型对重要子流域进行淹没模拟。耦合模型计算结果显示,水文模型经多参数优化流量模拟的NSE系数为0.988,水动力计算最大淹没水深达9.3 m相对误差为-5.2%。从泛洪模拟结果来看,子流域上游部分的农田大量被淹,淹没水深范围在0.5~2.0 m,平均流速基本在1 m/s以下。下游口前镇内最大淹没水深接近1 m,水流速度0.2 m/s至1.5 m/s,与实际的淹没情况相吻合。研究表明,所建水文水动力耦合模型模拟计算的结果准确率较高,对具有复杂水文、水力条件的流域的洪水预报具有重要的指导意义。     

珠江口盆地番禺YZ气田群多因素影响下低幅构造的精细研究

珠江口盆地YZ气田群位于陆架边缘区域,气藏埋深大于3 000 m,构造研究面临水深变化大、表层低速泥岩厚度变化大、小范围浅层气等多种因素影响的问题,气藏顶界深度精细预测难度大,给气田开发方案实施带来风险。针对该问题提出一种处理解释一体化的研究思路: 首先,沿目的层及其上部地震反射标志层横向加密拾取地震速度谱,提高速度分析的精度;其次,利用已钻井合成地震记录标定后的速度对地震速度进行宏观校正,消除井震速度系统误差,应用校正后的速度进行时深转换,得到初始深度构造;通过相关性分析法明确井点处剩余误差的主要来源,以相关性趋势面为约束,结合井点剩余误差编辑误差网格以校正初始深度构造。最后,通过校正井点残差得到较高精度的深度构造。气田开发的实践表明,该方法预测的构造深度和开发井实钻深度的误差由原来的10~40 m降至10 m以内,成功提高了目标区构造预测精度,有效指导了该区开发井的设计和实施,降低了气田开发的风险。因此,对于类似地质条件下油气田,其构造精细研究不单是唯数据驱动的速度分析及偏移成像,认清构造影响因素并予以消除也是关键。      

山东省莱州市三山岛金矿床充水因素分析及涌水量预测

三山岛金矿床属于典型的破碎带蚀变岩型金矿,随着开采深度的加深,涌水量不断增大。该文采用水文地质调查、地下水动态观测、水文地质试验、水样分析与测试等手段,查明了矿床水文地质条件,分析了充水因素,认为随着开采水平的加深,深部构造裂隙水逐渐成为深部矿坑充水的直接补给来源,且开采水平越深,深部构造裂隙水的贡献率越高。结合矿区实际涌水量,采用地下水流数值模型对不同开采水平进行了涌水量预测,预测-780 m开采水平矿坑涌水量为54 155 m3/d,-870m开采水平矿坑涌水量为66 611 m3/d,-960 m开采水平矿坑涌水量为82 387m3/d,该结果可作为矿山制定防水、治水方案的依据。     

南梁煤矿多煤层开采地下水系统演化规律

煤层开采对所在矿区地下水系统有着重要影响。以往研究单煤层开采对地下水系统的影响较多，而对多煤层的影响研究甚少，特别对于我国西部缺水矿区。以南梁煤矿为例，运用地下水系统演化理论和岩石力学模拟等，对该矿井水文地质结构、矿井涌水变化规律、矿井地下水流场演变、矿井地下水化学成分变化等方面进行了综合分析研究，重构了多煤层开采条件下南梁矿井地下水系统流动模型，初步揭示了矿井水化学成分的演化机理。研究结果表明，2-2煤单煤层开采时，顶板导裂带的最大发育高度为42.1 m，而2-2和3-1煤层重复开采时则增大为83.1 m，相应地应力、位移、塑性区范围后者也比前者增大许多。这揭示出多煤层重复采动明显增大了顶板导裂带的发育高度，加剧了矿井水文地质结构变异，进一步地，导水裂隙带改变了天然地下水渗流路径，沟通了不同含水层之间的水力联系，增强了地下水流动速度和水文地球化学作用，整体扩大了地下水流动系统的规模，从降雨入渗→导裂带渗流→各煤层涌水→井底水仓排水构成了一个自然-人工复合地下水流动模式。研究成果可以为南梁煤矿的矿井水害防治及水资源高效利用提供科学依据，也为类似矿区提供研究参考。