湖南洛塔干河猪场表层岩溶泉BP人工神经网络分析

采用湖南洛塔地区干河猪场表层岩溶泉日降水— 日平均流量长期观测资料训练BP人工神经网络,建立了该泉的径流预测模型。通过模型训练输出结果中降水量对径流量的贡献率,分析了表层岩溶带对水资源的调蓄能力。结果表明,降水对泉流量的显著影响时间为6天,当天和前一天的降水对当天的流量影响最大;干河猪场表层岩溶带可调蓄26. 1%的岩溶水资源;干河猪场泉的全部流量可作为可采资源量,平均流量5. 8 L /s,可满足目前的引水需求;通过改善土壤和植被覆盖条件可提高其调蓄能力。      

济南四大泉群泉水补给来源混合比探讨

济南泉水众多闻名于世,人类活动造成泉水断流。为恢复名泉,多年来一直实施地下水自备井限采、集中开采的水源地禁采、回灌补源等措施,但保泉效果并不明显。根据泉水位观测、示踪试验、水质指标测试、岩溶发育程度分析、数理统计等方法,研究泉水补给来源的混合比例。研究结果表明：泉水位及泉水电导率动态变化特征揭示泉水补给来源存在季节性差异,丰水期泉水以东南方向管道流补给为主,枯水期泉水以西南方向裂隙流补给为主;岩溶水系统排泄区的水位动态与泉水位具有明显的相关性,奥陶系灰岩补给区地下水位与泉水位的相关性高于张夏组岩溶水水位与泉水位的相关性,枯水期在张夏组灰岩含水层进行回灌补源并不能遏制泉水位下降的势态;根据42组水质资料计算,泉水的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、总硬度等常规离子组分含量介于寒武系张夏组岩溶水和奥陶系岩溶水之间,四大泉群流量中,来自于张夏组含水层的补给比例占11%~32%,凤山组-奥陶系含水层的补给比例占24%~60%,历阳湖占5%~10%,兴济河占0~6%,玉符河占1%~8%,市区回灌对五龙潭的流量有重要影响。可见,北方岩溶发育极其不均,泉水动态变化反映出北方岩溶的管道流与裂隙流并存,济南保泉回灌补源地点宜选择在奥陶系灰岩分布区。     

辛安泉流量变化的时间序列分析

利用时间序列分析方法建立了描述辛安泉流量变化过程的混合回归模型。该模型表明辛安泉当年流量与前1年流量、前11年降水量及前1年岩溶水开采量有关。通过模型对泉流量变化的影响因素做进一步分析，结果显示：1980年是辛安泉流量变化的转折点，大气降水对1980年前的泉流量变化具有控制作用，而岩溶水开采量迅速上升则是1980年后泉流量不断衰减的重要原因。     

济南市泉群喷涌的控制性参数计算及供水保泉宏观调控措施研究

济南市泉群喷涌经历了自流期、自流- 季节断流期、季节性断流或长年断流期、人工调控期等几个历史阶段。本文在分析济南市四大泉群喷涌历史演变的基础上,利用统计资料,首先建立泉群年平均喷涌量与年最低地下水位之间的定量方程,得出四大泉群喷涌的底限水位与最低景观流量的对应关系,然后,计算泉域内地下水的入渗补给量,再得出保证泉涌的地下水最大允许开采量的控制性参数。最后,结合保泉供水的实际需求,提出扩大地表水供应量、开辟新水源、实施多种形式的人工回灌以及调整供用水结构、实施分质供水等宏观调控措施。      

基于多元线性回归的甘池泉流量 对降水响应特征分析

以房山长沟镇甘池泉流量为研究对象,采用多元线性回归方法,分析泉流量-降水的响应特征。自相关性及互相关性分析结果表明,泉流量对降水表现为短期滞时(快速响应)和长期滞时(5~6个月)。建立大气降水-泉流量的多元线性回归模型,将输出结果与实测过程曲线相拟合,纳什效率系数NSE为0.72,表明建模效果较好。经分析,所建模型用于4个月之内的泉流量预测较为可靠。结合甘池泉域含水层特性分析,泉流量在降水后产生快速响应,其径流主要来自于表层岩溶带裂隙水流;而5~6个月的长滞时响应来源于深远部岩溶带裂隙水流。     

管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用

在岩溶含水系统中,作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用,而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响,前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象,进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨,而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此,本研究结合北方岩溶水系统的发育特征,借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析,而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型,对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟,并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关,而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小,且呈现出一定的波动性,尤其是当管壁粗糙度较小时,波动比较明显。经敏感性分析发现,管壁渗透系数和埋深的敏感性最高,其次为弯曲度和管道坡度,而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下,年最大泉流量为0.45 m3/s,平均泉流量为0.36 m3/s;在75%降水保证率下,年最大泉流量为0.41 m3/s,平均泉流量为0.31 m3/s,与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。     

大气降水与济南泉水动态变化的定量关系研究

济南保泉历经40多年历史,历年枯水期泉水一直受到断流威胁。针对济南泉水动态变化现状,采用相关分析法,研究不同时间尺度下大气降水与泉水动态的关系。研究表明:济南泉域岩溶地下水的主要的补给来源是大气降水,泉水位高低主要受降雨大小的影响;大气降水对泉水位的影响具有滞后性特点;不同时间尺度下累计降水量回归分析得出兴隆雨量站、燕子山雨量站对泉水位影响滞后时间较短;在现状开采条件下,当旬降雨量累计值大于17.58 mm时对泉水位回升有积极的影响。综合济南泉域岩溶水流向、各雨量站距泉的距离、降雨对泉水位影响的滞后时间、各雨量站降水大小与泉水位变幅的关系程度等方面,得出兴隆雨量站所在区域降雨对泉水位的影响较大,是适宜的保泉补源地,能达到科学补源保泉的目的。     

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。      

降水入渗补给滞时的确定及其在泉流量模拟与预测中的应用

由于岩溶含水系统的调蓄作用,降水入渗补给泉水具有明显的滞后,滞后时间视具体水文地质条件而定.本文以济南泉域为例,利用逐步回归方法确定降水对泉水入渗补给的滞时为一年,说明不仅当年的降水量对泉流量有贡献,前一年的降水量对表流量也有明显的贡献,并得到了相应的泉流量模拟与预测模型,得到了较好的模拟与预测精度,证明考虑降水入渗补给滞时的泉流量模拟与预测模型比不考虑的模型精度要高.     

济南岩溶泉域地下水流模拟

为深入研究济南岩溶泉域地下水资源变化的现状及未来发展趋势,探索地下水资源可持续管理途径,文章建立了济南泉域地下水稳定流和非稳定流模拟模型,分析了地下水流场及泉水流量变化趋势,并圈划了泉群地下水汇流带。在泉群汇流带内开采地下水直接影响泉流量,而水源地开采通过影响泉群汇流带间接影响泉流量。泉流量呈明显的季节性变化,且与降水量紧密相关:丰水期水位升高,泉流量增加;枯水期水位降低,泉流量减少。保护天然补给量与增加人工补给量是保证泉水长流的重要措施。     

济南富水孔隙黏性土地层渗透性试验研究

以济南市轨道交通R1线大杨庄站主体基坑降水工程为例,研究表明发育于济南区域孔隙黏性土地层黏性土内具有独特的空间网状孔隙、孔洞结构。通过4种渗透性试验成果对比分析,室内试验、声纳渗流试验测定的渗透系数均较小,与实际地层渗透能力相差很大;抽水试验与回灌试验测定的渗透系数相近,远远大于一般黏性土的渗透性,渗透系数随着回灌压力的增加而呈线性提高,回灌引起周边地下水位上升较小,影响范围有限,符合济南孔隙黏性土地层的富水性强和渗透性好特性,具有独特性和鲜明的区域特点。相关试验成果可以为相关区域基坑降水与回灌设计、施工和泉水环境保护提供参考。     

运用水文时间序列分析识别济南泉域岩溶发育特征

岩溶含水层具有高度的非均质性和各向异性,为定量识别济南泉域岩溶含水层发育状况,通过选取泉域岩溶水补给区和排泄区的地下水位动态数据,采用相关分析和频谱分析,研究其对降雨补给的响应特征.地下水位-降雨量的自相关和互相关分析表明,系统对降雨输入信号的敏感程度自补给区至排泄区逐渐降低,但记忆作用逐渐增强.相位分析结果表明泉域地下水位对降雨信号的响应存在滞后现象,自补给区至排泄区滞后时间逐渐延长,补给区地下水位与降雨具有更好的线性相关性.交叉振幅分析结果表明补给区地下水流中快速流约占20%~30%,而在排泄区快速流占比减少至2.5%~10.0%.岩溶含水系统地下水动力条件主要受岩溶发育程度等介质内部结构影响,济南泉域岩溶含水层岩溶发育程度较低,含水介质和水流通道以岩溶裂隙为主,地下水运动以基质流为主.      

南宁地铁施工降水诱发岩溶塌陷条件及安全防控措施

抽排地下水是触发岩溶塌陷的重要因素,但抽排地下水诱发岩溶塌陷的临界参数及安全防控措施研究较少。文章以南宁市地铁4号线体育中心东地铁站为例,分析其施工降水诱发岩溶塌陷的条件。根据崩解试验及管道流试验,得出非饱和土体和饱和土体的岩溶塌陷发育临界条件参数,并提出地表阻水、控制土体含水量高于14.65%、控制抽水量小于4.4 m3· d-1 3种安全措施防止岩溶塌陷发生。      

济南泉域边界条件、水循环特征及水环境问题

济南泉域是市区泉水的汇流及蓄水范围,在其北部城区中心地带出露趵突泉、黑虎泉、五龙潭和珍珠泉四大泉群。为更好地保护和利用济南泉域内岩溶地下水,文章对济南泉域的边界条件、岩溶主径流通道、地下水循环特征及水质变化几个敏感问题进行探讨。利用泉群流量相关分析、流场特征分析、回灌补源分析及自备井调查等手段,重新界定了济南泉域的东边界,将其北部透水段向东扩展至原边界以东约4 km。通过对钻孔岩溶分层统计及缓冲区分析,在山前地带沿党家庄－十六里河－千佛山断裂泉城公园方向地下埋深100~150 m发现一条补给四大泉群的岩溶地下水集中径流带。研究发现,五龙潭和珍珠泉以深循环为主,补给主要来自岩溶地下水,而趵突泉和黑虎泉同时受深循环和浅循环影响较大,趵突泉主要补给来自西部和南部岩溶地下水和地表水,除此以外黑虎泉在东南方向上还有一定量的岩溶地下水补给。目前岩溶水水质变差,南部岩溶裸露区,尤其水库河道周边地带,生态环境亟待治理。      

Investigation of discharge-area groundwaters for recharge source characterization on different scales: the case of Jinan in northern China

Discharge-area groundwater in Jinan, a typical karst region in northern China, was investigated by studying both the hydrological and chemical processes evolving from the recharge in mountainous terrains to the karst-spring outflows in the metropolitan area. Large-scale exploitation of karst groundwater has led to a disturbing trend in the ever-decreasing spring outflow rates and groundwater level. There is insufficient information about the Jinan karst aquifers, which provide the main water sources to meet human demand and to sustain spring outflow. The coupling of hydrological and chemical processes quantifies the flow system through aqueous chemistry characterization of the water sources. This approach is used to study the groundwater flow discharges in different locations and geological settings. The potentiometric data indicated limited vertical connectivity between distinct hydrogeological units and alteration of the recharge regime by the faults and by artificial exploitation. Shallow groundwater primarily belongs to the local flow system, with high nitrate concentration and enriched stable isotopic contents. Thermal groundwater has high concentrations of chloride and total dissolved solids, derived from a regional flow system with the highest recharge altitudes and long residence time. Non-thermal karst water may be attributed to the intermediate flow system, with uniform HCO₃–Ca(Mg) facies and low nitrate concentration. This work highlighted discharge as a fingerprint of groundwater flow conditions and provides a better insight into the hydrogeological system.     

济南岩溶泉域地下水可持续开采方案分析

济南岩溶泉域是济南市重要饮用水源地,泉水又是济南市市民消闲和吸引游客的亮丽景观。但是多年来开采地下水已引起泉水出现间歇性断流。本文在对水资源规划分析基础上,设计了4个地下水资源开采方案:现状方案、增加补给量方案、减少开采量方案和增补减开联合方案。运用地下水流数值模型模拟了4个方案对泉群地下水水位及泉水流量动态变化的影响,最终确定了泉域地下水可持续开采方案,为泉水持续喷涌和地下水开发利用提供了科学依据。     

基坑工程降水回灌一体化装置研制

为保证基坑降水工程中回灌水满足济南泉域地下水系统的水质要求,研制了基坑工程降水回灌一体化装置。该装置包括回灌主机和集水箱2个部分,主要组件由水泵、过滤器、压力罐、电控系統、集水箱、回灌井管材等构成。介绍了回灌设备工作原理、技术特色。通过济南轨道交通R1线大杨庄站基坑降水工程的成功应用,验证了该基坑工程降水回灌一体化装置取得的良好环境效益和社会效益。     

裂隙-管道介质泉流域水文地质模拟试验

为了深入认识岩溶泉流域的流量过程影响因素和作用机制,以西南岩溶泉流域水文地质概念模型为原型,建立了实验室尺度下的裂隙-管道介质物理模型和数值模型。选取补给雨强、泉口直径、落水洞与开采井的位置作为影响因子,模拟了泉流量过程。试验结果表明:单次降水试验可以观测得到泉流量增加、平稳波动和衰减共三个阶段;同一泉口直径条件下,补给强度对泉流量衰减系数的影响极小,直径为3,4,5,7 mm的泉口直径对应的衰减系数分别为0.003 6,0.006 7,0.011 5,0.012 9,泉口直径与衰减系数呈近似对数关系;落水洞汇流水量占泉流量的比例远大于裂隙;2~3 mm是微小裂隙与较大裂隙的过渡区域,两种类型的介质泉流量过程差异明显;开采井分别位于泉口附近、模型中间位置和落水洞时,泉流量衰减系数依次减小。     

深基坑降水工程试验及降水方案设计

针对长江三角洲第四纪松散沉积层厚度大、地下水位高、地下水量丰富,地下水流动状态复杂等特点,利用深基坑降水试验推求水文地质参数.采用Visual MODFLOW三维有限元差分计算软件,以上海地铁七号线新村路站深基坑降水为例,建立了多层含水层地下水模型,提出了深基坑最优地下水降水方案.     

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。