降雨入渗补给规律分析

本文依据我站地中蒸渗计和气象站的实测资料,重点从岩性、潜水埋深、降雨情况等方面对潜水的降雨入渗补给规律进行了分析总结,进而对确定入渗补给量和入渗补给系数的复杂性进行了初步的分析。     

滞后补给权函数：降雨补给潜水滞后性处理方法

本文分析了当前数值模型中处理降雨入渗补给潜水方法中存在的问题,提出一种能刻画滞后补给且使用方便的方法－滞后补给权函数法。     

降雨入渗补给灵敏度及其计算方法研究

对两类降雨入渗计算模型进行了研究：①简单的水量平衡模型；②数值模拟模型。这两类模型的假定条件和非饱和的理论概念差别很大。两类模型在非饱和区中的应用表明，在非饱和区均质土壤条件下，水量平衡模型计算的降雨入渗补给量与应用数值模拟模型计算所得结果基本相吻合。灵敏度分析表明了地下水位变动对降雨入渗补给的影响。假定地下水位不变所造成的误差可作为水文地质参数的一个函数来处理。本文研究成果在一定水文地质条件下的非饱和水流模型、饱和水流模型或排水模型系统计算中具有十分重要的参考应用价值。     

乍得湖盆地典型区域降雨入渗补给地下水试验

针对尼日利亚北部乍得湖盆地降雨入渗补给地下水的问题,选择典型区域开展土壤剖面取样工作,采用氯离子平衡法计算各剖面降雨入渗补给量,并结合野外调查、钻探等工作研究影响降雨入渗补给的主要因素。结果表明：4个取样点（Y₁、Y₂、Y₃、Y₄）土壤剖面年平均降雨入渗补给量分别为4.9、1.5、7.9、26.2 mm/a,平均值为10.1 mm/a,年平均降雨入渗补给率仅为0.72%、0.22%、1.17%、3.87%,平均值为1.49%;研究区降雨入渗补给量很少,降雨对地下水资源的补给有限,地下水的主要补给来源为Hadejia河;研究区蒸散发量大,植物根系发达、吸水能力强,地表入渗水分多在表层土壤中或泥质层与风积砂层交界面上消耗于蒸发蒸腾,最终散失到大气中。在人类活动严重改变Hadejia河水文情势的背景下,研究区这种独特的地下水补给特征导致地下水位快速下降,使得区内正面临较严重的地下水资源枯竭问题。     

平原地区浅层地下水降雨入渗补给研究

本文用实测资料统计计算分析了惠北试区降雨对浅层地下水资源的补给。用非线性回归问题的迭代法，求出了雨前不同埋深条件下，次降雨与地下水位上升的关系式，并提出了能引起地下水位上升的最小次降雨量(也称临界雨量)，用本区41年的降雨资料对地下水资源的补给进行了统计计算，导出了相关性很好的年降雨量与年入渗补给量的关系式，求出了多年降雨入渗补给系数。     

利用地中渗透仪观测资料进行降雨入渗补给规律分析

利用郑州地下水均衡场地中渗透仪实测资料，分析了降雨入渗补给的年际变化以及入渗补给过程中的滞后现象。通过计算降雨入渗系数，确定了降雨量与入渗量的定量关系，评价了不同降雨量、不同包气带岩性和厚度条件下的入渗补给量。研究表明，地下水埋深较小时，降雨入渗系数随着埋深的增加而增大，1m以下则逐渐减少，3m以下趋于稳定；当包气带岩性单一时，降雨入渗系数随岩性的不同而变化，即砂质土大、粘性土较小，而含有薄层粘土夹层的亚砂土最小。     

Theis不稳定潜水井流模型的改进——具入渗补给

地下水的补排主要包括垂向的地面入渗补给、蒸发排泄（蒸发可视为入渗的负值）及侧向的地表水补给、排泄。水文地质学最基本的问题之一——地下水可持续开釆量的评价准则,涉及补给的增量与排泄的减量,因此地下水开采的预测模型必须包含上述两类的补给、排泄因素,否则不能满足要求。然而,经典的Theis不稳定井流模型,即使在傍河抽水,也只有侧边界的补给、排泄作用,而不涉及上边界的地面入渗补给。这样一来,这个解析模型基本上不能够用于预测,而只能在旱季用于井流试验求取含水系统的参数。为此,文章的目标是发展具地面入渗补给的Theis不稳定潜水井流模型。对于潜水流问题,不能再用承压水流的以水头为应变量的方程来建立,应采用第二类线性化方法的势函数来建立潜水流问题。对于既有降雨入渗补给,又有抽水井作用的复杂的水文地质问题所概化数学模型的求解,采取的方法是把它分解成若干个简单的子模型问题求解,然后将其合成为原来复杂数学模型的解。基于质量守恒原理,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定建立了水流基本微分方程。然后对于两平行河流及一河流平行一隔水边界形成的两类条形区域,具地面均匀稳定入渗补给的井流问题,获得通用水位方程和几类常见的特定条件水位方程及其流量方程。此外,提出并采用“边界对边界的反映法”用以求解一河流平行一隔水边界条形区域的同一问题,减少了许多推导过程。最后,作为上述理论成果的初步应用,也是一个重要的应用,即在河水水质不能满足要求的河流附近,设有一口抽水井,计算该抽水井在不汲取河水的前提下的临界流量方程,获得具重要意义的结构简洁的关系式。该方程也可以用于滨海区的抽水井,在不发生海水入侵前提下的临界抽水流量计算。给出了上述条件不稳定井流过程某时刻的地下水流网图,其流网与文献中常见的傍河井流的流网相比,具显明的特征。     

小流域地下裂隙潜流对降雨入渗补给的响应特性

采用翻斗法自动量水技术和时域反射仪,对“岩土二元结构”小流域降雨过程、流域出口地下裂隙潜流以及坡地岩土水分的变化进行了测定与分析。试验结果表明,小流域坡地特有的岩土二元结构体具有较强的储、透水性能,小流域在前期坡地岩土水分平均为14.48%(埋深100cm范围内)的前提下,发生总降雨量170.25mm,降雨历时31h,平均强度5.5mmh的大暴雨,在小流域出口处未产生地表迳流;地下裂隙潜流对降雨具有明显的响应,起涨和回落过程均较为明显,峰值流量达到810Lh,是降雨前的32.4倍。因此,科学合理地利用“岩土二元结构”的水文地质特性对缓解洪峰的形成,降低洪灾具有重要作用,同时对山区的雨水资源化问题也具有重要的实际意义。     

Dupuit模型的改进——具入渗补给

Dupuit（1863年）提出的模型是“圆岛状含水层稳定井流模型”,这个模型只有侧向湖海边界条件,而不涉及上边界降水入渗补给条件。因此,Dupuit模型只能在旱季用于地下水井流试验求取含水系统的参数,而不能够用于预测。文章发展Dupuit潜水井流模型,考虑地面均匀稳定入渗补给（蒸发排泄示为其负值）作用。以质量守衡原理为基础,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定,建立极坐标下的地下水流微分方程,再依边界条件建立相应的流量方程和水位方程。这些方程为具地面入渗补给条件下井流试验求取水文地质参数以及预测相应条件下地下水抽水的效果,提供了基础条件。讨论了引入Dupuit假定对本问题解析研究可以降维（略去z变量）带来好处的同时,在地下水分水岭附近及抽水井附近可能出现偏离Dupuit假定,建议在抽水试验求取含水层参数时,观测孔的部署要尽量回避这些区段。     

含水层释水系数及贮水系数的初步研究

释水系数及贮水系数是含水层的重要水文地质参数之一。由于松软含水层是属于弹性、塑性体、除具有弹性释水性能外、还有塑性释水性质。往往塑性释水要大于弹性释水的几倍、几十倍,甚至几个数量级。而用抽水试验方法又只能求得弹性释水系数,无法确定塑性释水系数。为弥补此不足,作者根据土力学中饱水土的压缩理论,进行释水及贮水模拟试验建立起计算公式,并利用地下水动态长期观测资料,求得不同岩性含水层的弹性释水系数、塑性释水系数和贮水系数。为采用释水系数计算下降水位,用弹性贮水系数计算回升水位提供了可靠依据。从而提高了地下水位预测精度。     

银北平原浅层高砷地下水砷富集水化学特征研究

宁夏银川平原是继河套平原之后,在黄河流域发现的又一个高砷地下水分布区.为了总结其高砷地下水的水化学特征,并探索水化学因素对地下水砷释放和富集的影响机制,本文以银川平原北部（银北平原）作为典型研究区,采取野外水文地质调查、水样采集与测试、砷与水化学组分散点图相关分析及水文地球化学方法进行了综合研究.结果表明,银北平原地下水砷含量在0.2~177 μg/L之间;高砷地下水（大于50 μg/L） pH值多在7.5~8.5,水化学类型主要为HCO3-Na·Ca、Cl·HCO3-Na及Cl·HCO3-Na·Ca型,Eh多在-200~-100 mV.银北平原砷含量较高的地下水中COD、NH4+、HCO3-含量相应也较高,而NO3-和SO42-含量较低.高砷富有机质的冲-湖积含水层经过长期演化,形成偏碱性的中强还原性地下水环境和特殊的水化学特征,也具备极大的砷释放能力.较高的pH导致砷从铁锰氧化物或氢氧化物等水合物或黏土矿物表面解吸.其次部分铁锰氧化物在高pH、低Eh条件下可被还原为低价态可溶性铁锰,从而使与其结合的砷也得以释放进入地下水中.此外重碳酸根与砷酸根、亚砷酸根的竞争吸附行为促使含水层砷的解吸.     

北京地区单沟泥石流临界雨量研究

通过统计分析北京地区泥石流物源储量、有效汇水面积、降雨量等数据资料, 提出了单沟泥石流的临界雨量计算公式。临界雨量与沟道有效物源储量成正比, 与沟道有效汇水面积成反比, 并将此公式用于验证北京地区已发生的泥石流案例, 通过已有泥石流发生后堆积体的记录方量, 反演出所需的临界雨量, 并与实际降雨量进行了对比。结果表明, 该公式能够正确预测不同地质条件下单沟泥石流发生的临界降雨量, 能为北京地区泥石流灾害的预防提供技术支持。     

溶解气运移特征砂槽模型实验研究

借助于砂槽承压含水层模型 ,以氩溶解气为研究对象 ,模拟气体聚集或稀释的异常源产生后 ,其在含水层中的运移过程。实验包括三组 ,分别模拟在不同的气源气体流量、水头压力和承压荷载条件下氩溶解气的运移过程。在实验的基础上 ,分析研究氩溶解气的运移特征 (主要包括运移模式、运移速率和溶解气峰值含量 )与气源气体流量、水位和承压荷载压力的关系。结果表明氩溶解气在低流量的范围内呈现出与离子类似的弥散特征 ,与离子不同的是氩溶解气的运移明显地受到气源气体流量的影响。     

二密铜矿床成矿模式的研究

二密中生代火山岩盆地矿产以铜为主,矿床主要产于盆地中石英闪长岩岩体东段,矿体分布在石英闪长岩内外接触带,均以脉状、细脉状、细脉浸染状、浸染状矿体为主,成群成带分布.从岩体和矿脉原生硫化物同位素测定.显示成矿热液与花岗斑岩、石英闪长岩是统一的硫源.其成矿与岩体侵入作用有关.在研究铜矿床地质特征的基础上,总结了二密铜矿床成矿模式.     

北京山区泥石流灾害临界雨量研究

目前北京山区泥石流灾害的临界雨量研究方法主要是基于统计资料的临界雨量阈值判别法,该方法没有包含泥石流形成地区的地质背景条件与形成机理的信息,因此在推广上存在难度。本文从松散物质失稳引发泥石流的机理出发,推导了松散物质失稳时的雨量计算公式,该公式可用于计算不同流域内泥石流沟道的松散物质起动的临界雨量。将该公式与常规的临界雨量阈值判别公式相结合,能够提高北京地区泥石流灾害预报预警的准确度。     

条带法在底板承压水上采煤中应用的数值模拟研究

近年来,条带法被用来作为承压水上采煤的主要采煤方法。针对承压水上采煤问题,应用流固耦合原理,将孔隙介质中孔隙压力与应力建构在统一的本构模型中,平行计算应力场与渗流场,其实质是煤岩体体积应变对孔隙的影响通过流动本构定律加以反映;反之孔隙压力的变化可引起煤岩体变形。应用FLAC有限差分软件对条带式和长壁式采煤方法的应力发展和岩体破坏情况进行模拟并进行比较分析,证明条带法在降低由采动引起的应力影响范围和程度,从而减小煤层底板破坏程度和范围(主要是深度)的有效性,为合理确定承压水上采煤的开采方案提供了理论依据。     

非承压和非稳定抽水试验资料的有限单元分析

在抽水条件下水位随空间和时间变化的预测,依赖于潜水层的透水率和给水度的准确测定。如何利用抽水试验资料求这两种参数也是一个关键。这种相辅相成的关系是有效地开发利用地下水资源的前提。     

陕西大茅坪铜矿床找矿综合模型研究

陕西大茅坪铜矿床赋存于中元古代碧口群火山岩中,是陕西勉略宁三角区西部较典型的铜矿之一,对该矿床的研究有助于有效地指导在本区寻找同类型矿床。文中对原生晕分析数据,物探测量数据进行了不同方法的处理,在此基础上提出了综合找矿模型。其中对原生晕,通过不同方法建立了地球化学背景与异常的概率筛分模型,因子分析及元素组合模型、标准化丰度法及轴向分带模型;对物探数据进行线性加权组合建立了综合物探异常并运用该模型进行了初步预测。