娘子关泉水流量的系统理论分析

娘子关泉水是一个岩溶裂隙泉水,位于山西省娘子关附近。它的多年平均流量12.6立方米/秒,泉域面积3,560平方公里。娘子关泉水是中国最大的泉水之一。 泉水的数学模型可以写作: Q_t=sum from i=k to n P_(t-i)W_(i+a) 式中,Q代表泉水流量(立方米/秒);P代表降水量(毫米);W代表权系数;a代表流量误差(立方米/秒),t代表时间(年)。 利用泉水流量和降水量的观测资料,运用电子计算机,我们得到权系数:W_0=0.00364;W_1=0.00781;W_2=0.00646;W_3=0.00476;W_4=0.00522;W_5=0.00524;W_6=0.00423;W_7=0.00238;a=-0.002立方米/秒。 考虑到娘子关泉水流量与7年内的降水量关系最密切,参考区域性水文地质参数,我们计算地下水流速为10公里/年,地下水库调节库容为14立方米亿,含水层的给水度为0.0023,含水层的渗透系数为10.5米/昼夜。 另外,我们可以利用下式予报娘子关泉水流量: Q_t=0.00364P_t+0.00781P_(t-1)+0.00646P_(t-2)+0.00476P_(t-3...     

山西省岩溶泉水

山西省处于山西台背斜范围之内,出露有寒武奥陶系石灰岩3.5万平方公里。在石灰岩断块隆起山地的深切河谷和断陷盆地的山前地带,出露有流量大于0.1立方米/秒的岩溶泉水89处,其中流量大于1立方米/秒的岩溶泉水25处。总流量达100—125立方米/秒。 这些岩溶泉水的流量稳定、水质良好、流量很大,最大的几个泉水枯季流量高达8—15立方米/秒,可以与世界上最大的泉水相媲美。其中不少泉水已经作为农业灌溉和城市供水的重要水源(据《水经注》记载,晋祠泉水于公元前453年战国时代即开始大规模引泉灌溉,是我国最早修建的灌渠。兰村泉水附近,用虹吸方式每昼夜采取岩溶地     

娘子关泉水流量的GM(1,2)时滞预测模型

娘子关泉位于山西省阳泉市平定娘子关附近,多年平均流量10. 93m3 /s,是我国北方最大的岩溶泉群。泉域西高东低,西部多为古生界二叠系、中生界三叠系砂页岩覆盖,大气降水入渗在这里形成浅层地下水,这些浅层水是深层岩溶含水层的间接补给水源; 泉域东部为岩溶裸露区,大气降水直接入渗补给深层岩溶水。由于岩溶泉域地质结构的复杂性和含水介质的多重性,泉域降水对泉水补给具有明显的灰色动态特征和时滞效应。本文应用灰色系统理论方法,建立了GM( 1, 2) 时滞模型,运用该模型对娘子关泉水流量进行了预测,结果与实际相接近。      

基于地下水压力波传播过程的泉水流量灰色系统模型

根据岩溶地下水的运动特征,提出了岩溶地下水压力波形成与传播的概念模型,运用灰色系统理论建立了岩溶地下水的水文模型,包括泉水流量对降水量水力响应时间的求解方法及泉水流量对降水量的响应模型,并以山西柳林泉为研究对象,建立了泉水流量对泉域内不同区域降水量的水力响应时间求解模型。结果表明,泉域南部岩溶裸露区的水力响应时间为1年;泉域北部岩溶覆盖区的水力响应时间为7年,所得结论与泉域地质构造一致。基于南、北二区的水力响应时间,建立了带有时滞的描述泉水流量与降水量关系的GM(1,3)模型,模型回代检验的平均误差为6.05%;模型预测检验的平均误差为12.19%。研究证明,岩溶地下水的运动过程是压力波的形成与传播过程,泉水流量是地下水系统对大气降水的响应;水力响应时间是反映岩溶地下水压力波特性的主要参数,通过它可以实现对岩溶地下水过程的定量化描述和含水层的非均质性识别,基于岩溶地下水压力波传播原理建立的泉水流量对泉域内降水的响应模型可以比较准确地模拟泉水流量,为岩溶地下水资源的开发利用和保护提供了基础资料。     

GM(1,1)分解模型与ARIMA模型在岩溶地下水模拟中的对比研究——以柳林泉流量模拟为例

本文运用GM(1,1)分解模型和ARIMA模型分别模拟柳林泉流量。根据影响特征将泉水流量变化分为两个时段研究:1957—1973年泉水流量处于自然状态;1974—2009年泉水流量受气候变化和人类活动双重影响。运用第1时段的数据建模获得自然状态下泉水流量的模型,将模型外推,获得第2阶段自然状态下泉水流量,然后根据水量平衡原理,减去同期实测流量,获得人类活动对泉水流量衰减的贡献。GM(1,1)分解模型的结果显示,从20世纪70年代到21世纪初柳林泉衰减量为2.26m3/s;ARIMA模型的结果为2.32m3/s;与同期实际衰减量2.27m3/s比,相对误差分别为0.44%和2.20%,表明两种模型都适用于泉水流量的模拟。对比人类活动和气候变化对柳林泉流量衰减的贡献,两个模型得到同样结果,即人类活动的贡献是气候变化的8～9倍。实证研究显示,GM(1,1)模型适用于指数序列的模拟,对具有周期波动的泉水流量,可通过周期修正提高精度;而ARIMA模型能够较好地反映泉水流量相对于降水量的时间滞后效应,能比较准确地模拟泉水流量与降水量的量化关系。      

利用自然水动态方法计算岩溶含水体贮水系数S数学糢型

数学模型的建立根据泉水流量Q和其有水力联系的钻孔水位h的同步水动态观测系列数据,推导出下列计算贮水系数S的解析式:或 (1)式中;V_e——大气降水有效渗入量米~3 [L~3]H_0~n——水位上升平均繁积量毫米 [L]F——补给面积公里~2 [L~2]I_e——大气降水有效渗入系数 [无量纲]ΣP_1——降水总量毫米 [L] 依据流量动态法数学模型计算出V_e或J_e即V_e=V_s-V_r (2)或 (3) 式中:V_s——泉水排泄总容积(米~3),通过Q～t     

吐鲁番大草湖矿泉水水源地允许开采量评价研究

以新疆吐鲁番市大草湖水源为研究对象,在对研究区地下水含水层特征、补径排条件以及水文地球化学特征进行分析的基础上,对研究区矿泉水的水质进行评价,并通过泉水流量衰减方程计算大草湖水源地允许开采量,结果可知:研究区内含水层主要为单一结构的孔隙潜水含水层,区内东北部小范围含水层富水性为丰富,单井涌水量在1 000～5 000 m~3/d,其余区域含水层富水性为中等,单井涌水量在100～1 000 m~3/d;矿泉水中锶的含量在0.41～0.44 mg/L之间,含量较稳定,水温在12℃～14℃,符合饮用天然矿泉水水质要求,可定名为锶型饮用天然矿泉水。计算出的大草湖水源地保证程度大于95%的流量为2 710×10~4 m~3/a,而矿泉水厂年取水量10×10~4 m~3/a(273.97 m~3/d)只占剩余水量的1.19%,不会对现状用水户造成影响,保证程度高,可作为矿泉水开发的允许开采量。研究结果为区域后期矿泉水的开发利用提供了水文地质依据。     

气候变化及人类活动对中国北方岩溶泉的影响——以山西柳林泉为例

中国是岩溶最发育的国家之一,全球岩溶面积的1/4分布在中国.由于岩溶含水层对环境变化非常敏感,岩溶泉已经成为人们研究气候变化与人类活动对环境影响的重要信息载体.本文以中国北方具有代表性的柳林泉为研究对象,经过分析认为1957～1973年泉水流量基本上处于自然状态,因此,我们利用1973年前的泉水流量,建立了气候变化条件下泉水流量的灰色系统模型,将该模型外推,获得了1974～2005年气候变化条件下的泉水流量,与同期实测流量相比较,得到了人类活动对泉水流量衰减的贡献.结果表明,1974～2005年,气候变化对泉水流量衰减的贡献仅为人类活动对泉水流量衰减贡献量的8.1%～8.6%,人类活动对泉水流量的衰减起着主要作用.在人类活动对泉水流量的影响中,地下水开采量仅占到其中的20%～35%;其他因素包括水库的修建、跨区域地下水袭夺、矿坑排水、泉域内森林植被的破坏等等,他们对泉水流量衰减的贡献占到65%～80%.因此,传统的单纯以地下水开采量作为人类活动对泉水的影响是不合理的.     

论东门河岩溶病害水库的渗漏原因及途径

<正> 东门河水库位于黔西北的仁怀县城郊,系位于下游的盐津河水电站调节水库。库容1250万立方米,设计坝高63.5米,当坝高建至16米时,库内发生严重渗漏,水位一直不能抬升,成一停工待处的岩溶病害水库。库区属中低山地形,地势东北高,西南低,切割剧烈、山脉、河流与主体地质构造均作北北东向展布,河流基流量0.2立方米/秒,两岸有大量的溶洞、漏斗、洼地,呈裸露型层状岩溶地貌景观(图1)。      

论"单位涌水量就是导水系数"

单位涌水量是井抽水水位降深换算为1 m时的单井出水量;导水系数是含水层宽度为1 m时,地下水水力坡度为1时的单宽流量.二者之间从定义上看毫无关系,但它们的单位(m3/d·m)(m2/d)是相同的.笔者经过多年探讨和初步试验后发现,单位涌水量就是管井抽水所利用含水层的导水系数.     

泸西小江流域岩溶水有效开发模式

为了指导岩溶水资源的有效开发和为岩溶石山地区石漠化综合治理提供技术支持,选择典型性突出的泸西小江流域开展示范研究。研究结果认为,由于岩溶生态地质环境条件差异,主要的岩溶水源地类型和岩溶水的赋存特征及开发技术条件也不同。为此,依据流域不同的生态地质环境分区,选择具有典型意义的岩溶水源地利用核磁共振、地质雷达等新技术进行勘查及其开发实验和示范,共设计建设了9项不同技术方案的岩溶水开发示范工程,总结出了适合不同岩溶生态地质环境及其水源地类型的岩溶地下水勘查及开发技术方案和岩溶盆地流域岩溶水有效开发模式。      

关于山西岩溶泉水资源保护问题的探讨

本文在分析山西高原岩溶泉特征基础上,论述了岩溶泉的保护问题:合理扩泉岩溶水开采的统一规划;溶泉水利用的统一管理。根据岩溶泉形成和“三水”转化的观点提出了人为改变天然水文地质条件,增加补给量,减少排泄量,是增大泉水流量的根本途径。具体措施:植树造林;修建水利工程;引水回灌。     

IGCP448：岩溶生态系统全球对比研究进展

综述了IGCP 448项目"全球岩溶地质及有关生态系统对比"(2000-2004)执行四年来所取得的学术成果.其中比较重要的新认识有:(1)岩溶地区的植被,常常是涵养水分,增加含水层的贮水能力,改善水文生态环境的重要因素,但在澳大利亚南部岩溶区广泛分布的桉树,则以其强烈的蒸发作用,而被用于降低地下水位,防治土壤盐碱化;(2)在北方(Boreal) 或温带湿润气候生态区,地下岩溶系统则被用于排除沼泽地区过多积水,偏碱性的碳酸盐岩也有利于中和酸性环境,凡是岩溶发育的地方,都成了主要农业基地;(3)通过洞穴探险发现一类完全不同于靠光合作用产生有机质的生物群--化学自养微生物(甲烷菌);(4)中国西南典型岩溶区的研究表明,表层土壤微生物可以加速碳酸盐岩的溶解作用,并揭示了植物根系与土壤微生物是产生碳酸酐酶(CA)的两个重要供给源.     

云南省岩溶水系统特征及调查要点

云南省岩溶分布面积110 875.7km2,占全省面积的28.14%。主要分布于东经102°以东、元江以北的滇东片区,以及滇西北、滇西保山至沧源片区。滇西北岩溶区,纵谷深切,岩溶水快补速排,是以江河汇水区为主的岩溶流域。滇西北东部和滇西岩溶区则山间盆地也较发育,也形成以盆地为汇流中心的岩溶流域,岩溶水在盆地中排泄到地表之后再向大江大河汇聚。滇东岩溶区则以山间盆地及河谷汇水区为主要的岩溶流域。云南岩溶区,由于强烈构造运动,断裂交错发育,各时代地层被切割成不同形态的断块或条带,错落分布于不同高程上,加之岩溶含水层与非岩溶相对隔水层在垂向上的间隔分布,从而形成诸多水文地质特征不同、相对独立、不同等级的岩溶水系统。本文岩溶水系统分类分级以岩溶水循环特征为纲,根据水文地质条件及其基本特征差异性进行分类;按照从上到下、由一般到具体的次序进行分级。分类力求反映各类型的基本特征和共性,便于剖析和归纳总结岩溶水的运动和赋存规律。一级:研究对象———岩溶水。二级:根据岩溶水循环深度和周期长短,划分为浅循环和深循环两类岩溶水系统。浅循环岩溶水系统是指岩溶水循环深度较浅,循环周期在一个水文年内,受降水的季节变化影响明显的岩溶水系统。深循环岩溶水系统是指岩溶水循环深度大,循环周期长达数年或数十年以上,受降水的季节变化影响微弱或不受其影响的岩溶水系统。三级:具体的补给、迳流、排泄系统(称水文地质单元),多以地下分水岭、透水性弱的岩土体、断裂以及河流等构成其边界。对于浅循环岩溶水系统,岩溶导水、赋水空间的发育和空间分布受碳酸盐岩的成层性特征控制明显,在勘查和开发实践中,往往将其视为层状含水层组。对于岩溶水的形成、运动、赋存特征,含水层组的埋藏条件起着突出的作用。因而,根据岩溶含水层组埋藏条件的差异,进一步划分为:裸露型、裸露-覆盖型、裸露-埋藏型三类岩溶水系统;对于深循环岩溶水系统,岩溶水的运动和赋存受地质构造控制,主要存在两种类型:一是深埋藏层控型,另一类为断裂带型。裸露型岩溶水系统是指岩溶含水层组由岩溶山地补给区延伸至盆、洼、谷地排泄点或带,基本上呈裸露展布。此类系统岩溶发育极不均匀,导水、赋水空间以溶洞管道为主,岩溶水主要为暗河流,沿暗河有许多落水洞、天窗、溶井、脚洞与其沟通,岩溶水通过这些通道获得补给,岩溶水系统储存调节能力弱,水位流量季节变化剧烈。岩溶水流以快速流为主,多以大泉、暗河形式排泄。裸露-覆盖型岩溶水系统,是指岩溶含水层组由裸露岩溶山区延伸至松散土层覆盖区,由裸露过渡为覆盖型的岩溶水系统。多分布于断陷盆地和底部存在近期沉积的谷地、洼地区。此类系统由于补给条件好,水循环交替快,允许开采量大,且覆盖型岩溶含水层组具有一定量的储存资源可以发挥调节作用,是一般供水勘查和开发的主要对象。目前,已经勘查和开发的也主要是这类岩溶水系统。这类岩溶水系统的主要特征,一是均可划分为差异很大的裸露和覆盖型岩溶区。前者是岩溶水的补给、迳流区,岩溶赋水空间为不均匀的洞管隙系统,岩溶迳流主要为快速的管道流。后者往往处于断裂的下降盘,岩溶发育相对均匀、连通性好,其水文地质特征等效于多孔介质,地下迳流主要为慢速的扩散流;二是系统水资源大部分从山边暗河出口或大泉排泄到地表,地下水资源的开采,应以截流提引和建库调蓄开采暗河或大泉为主。但覆盖区往往处于断陷区,岩溶发育深度大,有较大的储水空间和储存量,可同时布井开采,起到调节暗河或大泉枯季流量减少的作用;三是系统内部存在统一的水力联系,当覆盖区过量开采时,首先表现为袭夺暗河和大泉流量,甚至导致其干涸,进而造成大范围水位持续下降,在一定的条件下还可能引起岩溶塌陷等地质灾害。因此,必须按系统完整地进行勘查评价工作,系统规划开采方案。裸露-埋藏型岩溶系统指岩溶含水层组由裸露岩溶山区延伸至其它非可溶岩埋藏区,由裸露型过渡为埋藏型的岩溶水系统。这类系统的特征与裸露-覆盖型岩溶水系统基本相同。但埋藏型岩溶含水层组赋水空间以发育较均匀的网状岩溶裂隙为主,富水性及透水性更为均匀,一般都赋存承压水,水质优良,动态稳定。这类系统的卫生防护条件和环境条件更好,埋藏区在岩溶含水层组上覆岩层完好的条件下,与上层潜水及地表水基本无水力联系,不易产生含水层污染和岩溶塌陷等地质灾害。此外,埋藏型岩溶含水层组的分布可能达到盆地、谷地边缘山坡之上,更有利于利用。深埋藏层控型岩溶水系统,是指岩溶裂隙含水层组埋深在数百至数千米以上的岩溶水系统,这类系统富水性均匀,富含承压水,其富水性、水温、水质主要受埋深和构造控制,基本不受气象水文、地形地貌条件的影响,地下水循环周期在数十年以上。在断裂作用强烈的断陷盆地区,多赋存有水质优良的热矿泉水。断裂带型岩溶水系统,是指沿断裂破碎带形成的带状或脉管状岩溶水系统,靠裂隙及破碎带导水,在地形高差产生的水压差以及地下水温差作用下,形成地下水对流系统。具有系统分布范围狭小,对流通道分布随机,循环深度大,循环周期长,水位、流量受气象水文、地形地貌条件的影响小,较为稳定,水温较高的特点。当对流通道通过浅部孔隙、裂隙或岩溶含水层组时,一部分深循环水流会扩散到这些含水层组中,在深循环水流通道附近形成一定范围的囊状或带状水温异常区。对于浅循环岩溶水系统岩溶水的调查评价。裸露型岩溶水系统,应重点通过遥感、水文地质测量、洞穴探测、取样分析、地下水动态观测和示踪试验等手段,查明岩溶水补给和赋存条件、暗河系统的埋藏分布、各类岩溶水天然出露点和富水块段,以及岩溶水动态和水质、岩溶水系统的储存调蓄能力和人工调蓄的条件、地质环境条件。水资源评价以水文分析法为主;裸露-覆盖型岩溶水系统及裸露-埋藏型岩溶系统,勘查工作应根据裸露区、覆盖(埋藏)区的不同特点布置,裸露区的勘查要点基本上同裸露型岩溶水系统。对于覆盖(埋藏)区,主要应用物探、钻探、抽水试验、连通试验和取样分析测试等手段,查明:含水层组的埋藏分布及边界,与裸露型岩溶补给、迳流区的关系,岩溶水平和垂直分带,含水层组的富水性,富水块段的分布位置,迳流场特征,盖层的稳定性及其它环境地质条件,取得有关水文地质参数等。这类系统岩溶水资源主要是降水渗入(灌入)补给量,一些地区还有部分地表水渗入、系统外含水层的越流补给量,在气象因素影响下,具有年和多年的周期性变化规律。但这类系统一般具有较大的储存量,在枯水期可对开采量起到调节补偿的作用。因此,水源地均为调节型。岩溶水开发利用,通常采取截引裸露区的大泉或暗河与在覆盖(埋藏)区打井调节的方式联合开采。由于裸露区与覆盖(埋藏)区水力联系密切,因此,对于岩溶水允许开采量的评价,必须系统地进行,应采用裸露区的统计或灰色模型与覆盖(埋藏)区的确定性模型联合模拟评价。深循环岩溶水系统岩溶水的调查评价,应根据层控型岩溶水系统的水文地质特征进行。其勘查手段主要以区域水文地质测量、物探、钻探、抽水试验、水化学分析、地下水测年、水位观测等手段,查明系统所处的大地构造背景、岩相古地理及地质发展史、含水层组的埋深、分布及厚度、富水性、盖层类型及特性、基底类型及特性、以及系统的侧向构造边界,取得有关参数。通过地下水迳流场、温度场、水化学场的分析,结合测年结果,确定地下水有无补给及其循环速度。这类系统一般只能获得相邻含水层的越流补给,其补给量有限,循环速度慢,开采量主要是储存量,水源地多为非稳定的消耗型水源地,开采方式主要为井采。这类系统有条件应用确定性模型评价地下水允许开采量。断裂带型岩溶水系统,根据其水文地质特征,适宜采用水文地质测量、动态观测、水化学分析、地下水测年等手段,查明地质背景、导水构造特征、导水通道及泉点的分布、水量、水质及其动态。这类系统以提引泉水开采为主,在深循环水流通道附近形成一定范围的囊状或带状水温异常区的条件下,也可适量布井开采。允许开采量的评价以泉流时间系列分析为主。     

滇东南岩溶石山区布井取水实践

滇东南岩溶石山地区干旱缺水严重制约了当地居民生存环境的改善。根据该区岩溶发育的主要控制因素及岩溶地下水的运移、富集规律,总结在碳酸盐岩呈大片状和带状两种不同分布条件下,以机井开发岩溶地下水的布井思路。     

邢台煤矿放水试验中的水质变化特征及水文地质条件分析

论述了邢台煤矿放水试验中的水质变化特征，并根据地球化学原理，利用指标组合、水质图像分析方法，把试验区水质分为典型奥灰水和大青水，大青水又分为三种情形，而且计算出各混合水中奥灰水的比例，从而得出该矿三个水文地质单元的富水地段及其补给源和补给强度。     

喀斯特地区的水资源承载力评价研究——以贵州省为例

喀斯特地区水文运动规律特殊,生态环境脆弱,其水资源承载力也不同于非喀斯特地区。本文从喀斯特地区的水资源承载力入手,选取了供水模数、需水模数、水资源开发利用程度、人均供水量、工业用水重复利用率、耕地灌溉率、生态环境用水率等评价指标,并用多目标灰色关联投影法对贵州省各地区的水资源承载力状态进行了合理排序。最后对人口、GDP、水资源量和喀斯特面积与评价结果进行了灰色关联度分析,得出以上四因素与喀斯特地区的水资源承载力具有一定的关系,其关联程度大小顺序为: 水资源量> 人口> GDP> 喀斯特分布面积;喀斯特分布面积对其水资源承载力具有一定程度的影响,喀斯特地区经济发展的落后导致其经济发展与水资源承载力关系不明显; 随着经济技术水平的提高,喀斯特分布面积对水资源承载力的影响将逐渐减小。      

铁路深埋隧道区岩溶发育特征研究

对圆梁山隧道毛坝向斜段揭露溶洞进行分析的基础上 ,结合向斜区岩溶分布的勘察 ,对毛坝段深层岩溶发育特征及影响因素进行了研究。认为岩溶水在水力坡度或压力水头 ,尤其是水重力的作用下有不断向深层运移的趋势 ,所以在水具有侵蚀性的前提下 ,岩溶也具有向深层发育的趋势 ,并在厚层隔水底板及排泄基准面附近形成岩溶较发育带。而岩溶分布的层位及构造部位 ,在同一地质单元中的浅层和深层区具有类似性     

吉南老岭群珍珠门组碳酸盐岩区域岩溶发育机理的探讨

下元古界老岭群珍珠门组大理岩广泛发育岩溶。大理岩为中等—强可溶性岩石,中条、加里东、印支分别为三个古岩溶期。新老岩溶期,形成的溶洞、裂隙受新构造运动的影响成为岩溶水储集空间;各岩溶洼地有完整的运移系统,蕴藏丰富的地下水是水质良好的中—大型水源地及各类矿产开采有直接充水水源。     

泉水流量、电导率、pH值动态变化研究

岩溶水是指赋存于岩溶孔隙中的地下水,是我国南方生产生活主要用水来源.随着社会对水资源需求的逐步扩大,岩溶水资源的开发利用越发重要.通过定期监测岳麓山泉水流量、电导率、pH值,结合岳麓山岩土层性质和长沙市降雨量,采用统计分析和Spearman秩相关系数法对泉水流量变化和泉水水质定性评价进行研究.研究结果表明,大气降雨对岩溶水进行补给从而使泉水流量增大,泉水流量的改变除与降雨量有关外,还受土壤入渗率和降雨时长的影响.采用Spearman秩相关系数法可定量计算电导率与时间的相关性,间接判断周围环境对泉水水质影响的难易程度,有利于识别电导率代表性位置泉眼,更好地监测和评价岩溶水.土壤酸沉降污染严重或酸雨频繁地区易导致岩溶水pH值呈酸性.对泉水流量和水质的研究有利于科学开发利用岩溶水资源.