哈密盆地多层含水系统地下水流数值模拟

对具有多层含水结构的哈密盆地地下水系统, 提出了一类考虑弱透水层弹性释水作用的地下水流耦合数学模型。利用实际资料的数值模拟结果表明, 与忽略弱透水层弹性释水作用的数学模型相比, 其精度提高、更符合实际的水文地质条件, 为定量评价多层越流系统地下水资源提供了一种实用可靠的数值方法。      

地下水流二维、准三维及三维模型模拟结果比较

本文为三种简单的由多个含水层和弱透水层组成的越流含水系统建立了二维、准三维和三维数学模型,并对它们的解进行了比较分析。三种水流系统的二维、准三维及三维数学模型计算结果相互间的偏差随抽水时间的延长而增大,随井距的增大而减小;二维与准三维数学模型计算结果间的偏差随弱透水层越流系数的减小而减小;两种准三维数学模型计算结果间的偏差随抽水含水层与弱透水层间贮水系数比值的增大而减小;考虑弱透水层弹性释水的准三维模型与三维模型的解最为接近,它们之间的水头差当贮水系数比值一定时,随抽水含水层与弱透水层间渗透系数比值增大而减小,且随各向异性比值的增大而增大。     

一种长期观测资料确定弱透水层参数的方法

弱透水层是含水层系统的重要组成部分,要准确计算弱透水层释水量和变形量需事先确定弱透水层的渗透系数和贮水率值。基于一维含水层系统概念模型,在相邻含水层降深随时间线性增大的边界条件下,推得了无量纲形式的弱透水层降深解析解,分析了弱透水层中滞后降深消散规律。根据水量均衡方程得到了弱透水层累计压缩变形量随时间变化的标准曲线,并提出了一种配线法用以确定弱透水层的渗透系数和贮水率,该配线法能够反映弱透水层释水变形过程的滞后性。以上海含水层系统为例,运用配线法确定了f_(10-7)分层标处第2弱透水层的渗透系数为4.26×10~(-10)m/s,贮水率为2.22×10~(-4)m~(-1)。对于具有长序列变形和水位观测资料的含水层系统,该方法具有一定的适用性。     

应力历史对弱透水层参数影响试验研究

弱透水层储存的地下水是地下水资源的重要组成部分,弱透水层水文地质参数对地下水资源管理与评价以及地面沉降等具有重要意义。通过室内试验对定降深条件下弱透水层水流运移规律进行了研究,并探讨了弱透水层释水过程中的变形规律和释水规律。试验结果表明,在相邻含水层定降深条件下,弱透水层固结变形滞后于相邻含水层的降深变化,且变形速度逐渐变小并趋于零。基于室内试验,利用配线法求得弱透水层不同应力状态下的水文地质参数,对比分析,大变形和小变形试验中土层的渗透系数变化不大,但贮水率明显变小,土层的固结系数变大。因此,土层的应力历史对土层的渗透系数影响不大,而对贮水率有较大的影响。     

滨海地区分层含水层中陆源溶质运移过程

为更好地保护沿海水环境和水生态功能，亟需探究陆源溶质在滨海分层含水层中的迁移机制。构建二维分层含水层数值模型，采用地下水软件SUTRA-MS模拟分析潮汐作用下陆源溶质在分层含水层中的运移特征。结果表明：(1)与均质含水层相比，弱透水层的存在会延长溶质在含水层中的滞留时间、增大溶质最大扩散面积、削弱溶质在水平方向和垂直方向的扩散程度；(2)弱透水层能够降低陆源溶质向海水排放的最大通量，并且延长溶质排放的持续时间；(3)溶质扩散面积、弱透水层中溶质残余量、水平和垂向扩散程度等对弱透水层水力传导系数和厚度的敏感性优于弱透水层深度。     

江苏滨海平原弱透水层封存的古咸水及其运移过程

滨海平原弱透水层广布且多赋存古咸水,其盐度分布及运移过程深刻影响着含水层地下水的演变,却得到甚少关注.采集了江苏滨海区7个浅层钻孔弱透水层原状样品,压榨法收集孔隙水.利用孔隙水天然示踪剂ρ(Cl),ρ(Br)剖面和数值模拟分析了弱透水层孔隙水盐度特征和运移机制.得出浅层孔隙水ρ(Cl)垂向剖面存在2个趋势:①峰值在表层...     

深部弱透水层固结变形模型建议

地面沉降模型是地面沉降研究的重要内容,由于弱透水层的变形量占地层全部变形量的比重较大,因此对弱透水层固结模型的研究是地面沉降模型研究中的重要部分。笔者通过对深部弱透水层中粘性土孔隙水类型进行分析,得出深度弱透水层中孔隙水类型并对该类型孔隙水变形特性进行了研究,总结出深部弱透水层固结机理。在机理分析的基础上,提出采用非达西流计算模式对深部弱透水层计算模型进行了修正,并提出了深部弱透水层固结计算模型建议：孔隙水类型主要为扩散层内结合水时,可以采用利用非达西流修正的太沙基固结方程对深部弱透水层变形进行计算,可以参考给出的采用非达西定律修正过的一维固结方程 孔隙水类型主要为吸附结合水时,可以利用弹性本构关系模型对深部弱透水层进行变形计算。     

滨海多层含水层系统中海潮引起的地下水位波动

通过对一个滨海多层含水层系统的考察,该含水层系统由上、下弱透水层和介于中间的承压含水层组成,海底露头处被淤泥层覆盖.建立了描述该系统中地下水水头随潮汐波动的数学模型,并得到其解析解.该解析解与六个基本参数有关,分别是承压含水层的海潮传播参数,淤泥层的无量纲透水系数,上下弱透层与承压含水层贮水率的比率 (无量纲)和上下弱透层的无量纲越流.当这些参数取某些特殊值时,我们的解便化简为前人考虑的几种简单情形对应的解.分析表明,承压含水层中地下水水头波幅是上、下弱透水层贮水率和越流系数的减函数,是淤泥层相对透水系数的增函数;波动相位(时滞)是上、下弱透水层贮水率和越流系数的增函数,是淤泥层相对透水系数的减函数.     

黏性土弱透水层压实作用:原理、技术及其水文地质意义

弱透水层与含水层相互作用是国际水文地质学界关注的热点问题,特别是黏性土弱透水层与孔隙含水层的相互作用。近年来,在自然沉积、过量开采地下水、现代化农业机械与建筑业重型机械应用等自然与人为活动影响下,黏土弱透水层会发生有效应力增加、孔隙结构变形和孔隙度减少、渗透性降低、溶解氧和贮水能力减少以及侧向和垂向排水等的压实作用,导致地下水污染、地面沉降等环境问题的发生。本文重点介绍了黏性土弱透水层压实作用的原理,分析了地下水系统中4种不同状态下沉积物压实与孔隙流体压力的关系,基于压实物理模拟和数值模拟两个方面对压实作用的研究方法与技术进行了系统总结,随后探讨了压实作用下黏性土弱透水层对地下水水量与水质的影响,并对此研究的发展趋势及其在地球科学、环境科学等研究领域的潜在应用提出了展望。     

淮北市地下水流数值模拟及水文地质参数不确定性分析

淮北市用水主要取自地下水,开采量大,开采布局不合理已引发一系列环境问题。建立可靠的地下水流数值模拟模型,对于定量评价淮北市地下水资源、优化开采布局具有重要的现实意义,而目前针对淮北市进行的地下水数值模拟研究尚不多见。在分析安徽淮北市水文地质条件的基础上,建立了研究区水文地质概念模型和地下水流数学模型。并应用灵敏度分析法及蒙特卡罗法对模拟层的水文地质参数进行不确定性分析。灵敏度分析结果表明,含水层的给水度或单位释水系数及弱透水层的垂向渗透系数对模拟结果的影响最大,获得了各层灵敏度最大的参数分区,可为今后野外勘察试验提供参考。蒙特卡罗法结果直观地反映出各层敏感性分布,进一步证明了确定性模型的合理性。     

一种确定超固结弱透水层水力参数的方法

弱透水层是含水层系统的重要组成部分。弱透水层的渗透系数K_v和弹性贮水率值S_(ske)对研究地面沉降及地下水资源评价具有重要的意义。在相邻含水层降深随时间周期性波动的条件下,推得了超固结弱透水层中无量纲形式的降深解析解,并基于该解析解进一步得到了超固结弱透水层累计变形量随时间变化的理论曲线。由于弱透水层的低渗透性,其变形总是滞后于相邻含水层的降深变化。根据弱透水层变形的滞后时间与含水层降深波动半周期的关系,提出了一种用以确定超固结弱透水层垂向渗透系数和弹性贮水率的方法,该方法对于弹性变形的超固结土具有很好的适用性。使用该方法之前,首先要根据分层标和水位资料确定含水层降深的变化周期以及弱透水层变形的滞后时间。应用该方法确定了上海地区f_(10-7)分层标处第2弱透水层的水力参数为K_v=4.12×10~(-10)m/s,S_(ske)=1.07×10~(-4) m~(-1)。经实例计算结果具有一定的可靠性。     

水化学揭示的弱透水层孔隙水演化特征及其古气候指示意义

地下水开采、弱透水层释水, 以及污染物迁移转化、高危废物深埋选址等水文地质和工程地质活动中, 弱透水层的作用越来越受到重视.了解弱透水层孔隙水的演化特征是认识弱透水层作用的首要问题.采用机械压榨法提取了曹妃甸地区某钻孔0~100 m粘性土孔隙水, 对孔隙水化学特征进行了分析.结果显示钻孔粘性土孔隙水呈碱性, 总溶解固体为7.26~26.89 g/L, 从浅到深逐渐减小; 陆相沉积层Cl/Br比趋向无穷大, 而海相沉积层仅为279~289.分析得出弱透水层孔隙水基本为岩层沉积水, 陆相和海相沉积层孔隙水分别显示出淡水和海水起源特征, 没有后期海水入侵影响迹象; Cl-、Na+变化趋势主要受蒸发浓缩作用影响, SO₄2-受硫酸盐的还原作用和石膏的溶解作用共同控制, Ca2+、Na+、K+还受到沉积过程中阳离子交换与吸附作用影响; 由δ18O重建晚更新世古气温为5.21~5.81 ℃, 浅部40 m以内计算的气温偏高是由于全新世气候变暖、孔隙水向下扩散迁移混合的影响.      

应用沉降和水位数据计算上海地区弱透水层的参数

弱透水层参数的确定是准三维或三维地下水流数学模型应用时的难点,而应力-应变图解法是一种估计弱透水层参数的有效方法。在介绍该法的基本原理之后,结合上海沉降和水位观测资料,求出了上海地区弱透水层的弹性贮水率、非弹性贮水率和垂向渗透系数,为上海地面沉降的数值模拟提供了较好的初始参数值。对于弱透水层,抽水试验的方法是不可取的,如果又没有条件取土样作室内试验时,若有沉降资料和相应的水位资料,则应力-应变图解法是确定近似参数值的一种比较好的方法。     

弱透水层瞬态水力参数的地质统计反演识别研究

弱透水层释水变形伴随着水力参数(渗透系数K和贮水率Ss)的瞬态变化,传统的“移动窗口”式反演方法假定每个反演窗口的初始状态是静态的,这与弱透水层释水变形存在明显滞后效应的实际情况不符。本文提出了在高维参数反演优化情境下,时间域上模型参数的动态变化可与空间域上模型参数的一维非均质性等价,因而可用地质统计反演方法可用于识别弱透水层瞬态K和Ss的新思路,实现了该方法在水文地质领域的创新性应用。以上海越流含水层系统为例,运用似线性地质统计反演算法,高精度地拟合了F16分层标处的长观变形数据,获取了原位透镜体状弱透水层K和Ss的瞬态特征。反演结果显示,观测时段内K的变幅为1. 02×10-5~5. 89×10-4 m/a,平均值为1. 38×10-4 m/a,Ss的变幅为4. 34×10-4~6. 02×10-3 m-1,平均值为2. 65×10-3 m-1。基于反演所得参数瞬态特征,分析原位弱透水层在1994年前后分别以弹性和塑性变形为主,弱透水层K呈现与含水层水位相反的季节性变化特征,该现象可能与渗流力作用下细粒物质在含水层与弱透水层透镜体交界面附近的对孔隙的阻塞和疏通作用有关。该方法可获取完整观测时段内水文地质参数的动态变化轨迹,在计算评价地表水 地下水交互领域的河床渗透性、原位修复领域的渗透反应墙渗透性等的动态演化特征方面具有潜在的应用价值,并可作为构建水文地质领域、岩土工程等领域有关本构模型的有效辅助手段。     

不同Eh条件下弱透水层中硝酸盐截留能力

为了研究硝酸盐在不同Eh条件下通过弱透水层的迁移机理及转化形式,用天然黏土作为渗透介质弱透水层,在高渗透压条件下进行室内实验,模拟地下水中硝酸盐通过弱透水层的迁移转化过程。结果表明：单位质量黏土截污容量为1.45 mg/g,阻截率R=92%,不同Eh条件下（Eh分别为0、-100、-200 mV）弱透水层对硝酸盐的阻截能力都很强;低氧化还原电位有利于弱透水层吸附硝酸盐。弱透水层中硝酸盐的转化途径表明,弱透水层对硝酸盐的阻截能力很强,是微孔隙截留作用、机械过滤、离子吸附、协同吸附以及较弱的微生物共同作用的结果。     

长江漫滩区软土渗透系数计算方法对比分析

软土(弱透水层)是地下水系统的重要组成部分,主要由黏土、亚黏土及粉质黏土等渗透系数较小的土体组成,其渗透系数在实际工程渗流计算中具有重要意义。以长江软土地区海太过江通道工程南岸弱透水层为研究对象,采用经验公式法(室内土工颗分试验)、微水试验配线法以及数值模拟反演法,对于弱透水层的渗透系数进行计算,所得结果分别为7.196×10^-5、1.50×10^-5、8.10×10^-5cm/s;多方法相互验证,降低了单一方法影响范围小、取样存在偶然性等因素的影响。根据工程最不利原则,研究区弱透水层渗透系数建议取值为8.1×10^-5cm/s。     

露头处具有淤泥层的滨海含水层系统中海潮引起的水头波动

滨海地区社会与经济的发展引发了各种各样的水文地质问题, 因此对滨海地区的水文地质条件, 尤其是地下水与海水之间的水力联系的研究尤为重要.本文考察了海底露头处具有淤泥层的滨海含水层系统中由海潮引起的水头波动.该系统由潜水含水层、承压含水层和介于其间的弱透水层构成.建立了该系统的数学模型, 得到了该模型的解析解.该解析解包含2个无量纲参数: 弱透水层的相对越流系数和淤泥层的相对透水系数.解析解表明, 淤泥层使各处的水头波幅被缩小了一个常数倍(波幅缩减因子), 并使各处的波动相位产生了一个不超过45°的正位移常数(时滞).该时滞对半日潮不超过1.5h, 对全日潮不超过3h.波幅缩减因子和正位移常数只与弱透水层的相对越流系数和淤泥层的相对透水系数有关.当这两个无量纲参数取某些特殊值时, 本次研究的解和前人考虑的几种较简单情形所对应的解一致.承压含水层中水头波幅随着淤泥层的相对透水系数的递增而严格递增, 随弱透水层的相对越流系数的递增而严格递减; 波动相位随着这2个无量纲参数的递增均严格递减.分析表明弱透水层的越流和淤泥层的存在均对承压含水层水头波动有显著影响.      

低渗透介质孔隙溶液的提取及其应用综述

弱透水层释水,污染物迁移转化及高危废物深埋选址等水文地质和工程地质活动中,孔隙溶液的地球化学行为越来越受到重视。但孔隙溶液提取技术研究发展相对缓慢。介绍了目前应用较多的孔隙溶液提取技术,及其应用局限性与适用条件。综述了孔隙溶液在地球化学、土壤学、环境地质及水文地质学中的应用现状,并提出在地下水越流计算,弱透水-含水系统相互作用,地下水年龄问题研究上,孔隙溶液的测试分析具有良好的应用前景。     

一种实验确定弱透水层水文地质参数的原理与方法

弱透水层是含水层系统的重要组成部分,弱透水层的水文地质参数(如渗透系数、传导系数、贮水率)不仅对预测、评价和控制地面沉降有重要意义,而且对地下水资源开发、评价和计算以及含水层系统污染物运移规律和热能传导规律的研究有着重要的意义。以饱和承压弱透水层柱体为模型,在一侧水头降低某一常量条件下推得了弱透水层单位水平面积的流量公式,给出了基于流量随时间变化的实验资料采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的具体方法,并结合实验及相关资料进行了参数的确定和验证。这一方法不仅理论严密,而且具有实验装置及实验过程简单、易操作,获取的参数较多,精度高等优点。因此有很好的推广应用价值。     

珠琳地区岩溶水分布规律及找水经验

本文在研究区域水文地质条件的基础上，分析了珠琳地区岩溶水的分布规律，认为新构造运动的间歇性和持续上升、弱透水层的存在是造成自分水岭至排泄区岩溶水的富水性由弱到强及岩溶发育均匀程度由高到低，地下水埋深呈阶梯状降低的主要因素。总结提出了高原斜坡地带岩溶石山区找水要在古溶蚀台面上接近分水岭的地段、溶蚀洼地的扬起端寻找表层带岩溶水，以及悬托的弱透水层之上寻找滞水型岩溶水；不宜在强迳流区、负地形最低部位布井。