Calculation of Environment Flow and Analysis of Spatial Environment flow Satisfaction Rate: A Case Study of Ji'nan City

With the socio-economic development, water demand has increased, resulting in river environment flow often not being met. As an important indicator of river ecosystem, environment flow plays a key role in maintaining the sustainability of the ecosystem. This study fully considered the biological needs of river ecosystems, used food web models (Ecopath) to identify key species of fish, determined the ecological flow velocity, combined the river sections, and used the Adapted Ecological Hydraulic Radius Method (AEHRA) to calculate the environment flow. Based on the calculation results of the environment flow, the River2D model was used to simulate the river flow, and the environment flow satisfaction rate of the river was calculated. The calculation results show that the environment flow of each river in the flood season can be satisfied, and the environment flow of most rivers in the non-flood season cannot be satisfied, and the satisfaction rate is extremely low, which causes the ecosystem health to be destroyed. Therefore, ecological regulation of rivers during non-flood seasons should be strengthened to meet river environment flow. The new method for calculating the environment flow of the river provided in this paper can provide a method for aquatic ecological restoration, and the research results can provide important scientific basis for the aquatic ecological restoration and management of rivers in Jinan.     

CO2地质封存中储层流体压力演化规律的解析模型

为使解析模型可以更加科学准确地描述储层中多相流体的迁移机制与压力演化规律,提高解析计算与分析的精度。首先将储层中的流场划分为3个区域,然后根据渗流体积守恒方程反演储层中两相流体混合渗流区的各相流体饱和度,进而将总流度直接引入到达西公式中得到了一个适用于两相流的广义达西公式,据此推导出了一个更为精确的表征储层流体压力演化规律的解析模型。最后,通过案例分析,将该解析模型的计算结果与既有文献的显式积分解及TOUGH2/ECO2N的数值解进行对比,验证了该模型的可靠性及相比于既有文献的显式积分解在计算精度方面的优越性。此外,计算结果也表明,该解析模型虽然是在稳态流的假定条件下得到的,但对于实际储层流体压力演化的全过程均具有很强的表征能力,这主要归因于该模型可科学准确地确定饱和度,因此,可以在工程中推广应用。     

白家包滑坡变形与库水位、降雨相关性定量化分析研究

白家包滑坡是具有滞后性"阶跃型"变形的滑坡代表,通过定性分析初步认为,库水位下降是白家包滑坡变形的主要影响因素,其影响程度大于降雨.为了进一步明确白家包滑坡变形对库水位波动和降雨的响应程度,本文根据库水位每年波动情况,将其划分为5个阶段,运用皮尔逊相关系数法对白家包滑坡变形与库水位、降雨的相关性进行定量计算,计算结果为...     

库水位等速上升作用下岸坡地下水浸润线的计算

大量研究表明,地下水对边坡稳定性起着决定性作用.在边坡稳定性计算地下水位时,浸润线位置的确定尤为重要.本文从一维非稳定渗流运动的基本微分方程出发,建立库水位上升作用下坡体内浸润线计算模型,通过拉普拉斯变换,推导出浸润线的计算方程.利用抛物线模型推导出平均含水层厚度的计算公式.     

一种基于Kozeny-Carmen方程改进的渗透率预测新方法

在计算复杂孔隙结构储层渗透率时,常规采用的孔渗指数方法或流动单元分类方法几乎很难准确评价渗透率。针对这一问题,本文提出一种引入修正迂曲度因子的改进的Kozeny-Carmen方程渗透率计算新方法。首先引入迂曲度因子修正Kozeny-Carmen方程,迂曲度因子可以表达为孔隙度与岩电参数的函数;然后对改进的Kozeny-Carmen方程进行推演变换,得到新的流动单元指数,能够更好地将储层进行分类;最后利用自适应神经模糊推理系统建立取心段岩心渗透率与测井曲线的模型,并将此模型应用到非取心段的渗透率评价中。岩心渗透率与预测渗透率的对比验证了该方法的正确性与有效性,且渗透率计算精度较常规孔渗指数方法和流动单元分类方法有较大提高。该方法在南海西部海域莺歌海盆地东方气田储层评价中应用效果良好。     

曹娥江流域水利工程对生态环境影响的研究

讨论了曹娥江流域水利工程对陆生、水生生态环境的影响,特别是对水环境容量的影响。研究成果为全面评估水利工程的作用,水利工程的兴利除害提供科学依据。     

复杂防洪系统联合优化调度模型

建立以水库群系统安全度最大、行蓄洪区系统损失最小为目标函数,将河道堤防安全行洪考虑为约束条件的复杂防洪系统多目标递阶优化调度模型(MoHOOM),以行蓄洪区总分洪流量为协调变量,将河道水流连续方程解耦,基于大系统分解协调法建立协调层和基于粒子群算法求解底层子系统优化问题,形成三级递阶分解协调结构和相应求解方法。以淮河中游防洪系统为背景进行了实例研究,给出了水库群泄流和行蓄洪区分洪最优方案,在相同初始计算条件下,优化模型结果比实际调度降低了鲇鱼山和梅山水库0.37和0.01的安全度指标,减小下游蒋家集和润河集河段超过安全泄量以上100 m3/s和720 m3/s的洪峰流量,启用南润段行洪区致损1 256.1万元;比规则调度降低了鲇鱼山和梅山水库0.24和0.21的安全度指标,减小下游蒋家集河段超过安全泄量以上750 m3/s的洪峰流量,避免南润段行洪区损失341.6万元。模型有利于挖掘上游水库群的防洪能力,在保障河道堤防安全行洪条件下,减少下游不必要的行蓄洪区分洪损失,以系统全局寻优方式进行复杂防洪系统联合调度。     

低渗透油藏非达西渗流地层压力计算方法及分析

低渗透油藏非达西渗流时,地层的压力分布与常规达西流动情况下不同,储层存在压力波及不到的区域,难以有效动用。为此,基于渗流理论中质量守恒和动量守恒方程,建立了考虑启动压力梯度存在的新的不稳定渗流数学模型,推导出非达西径向流解析解和产能方程,形成了低渗透油藏新的地层压力计算方法,为低渗透储层的油藏评价和开发设计提供了理论依据。计算分析表明：低渗透油藏非达西流动下压力分布不同于以往有激励即有响应的达西流动情况,近井地带能量递减远快于常规油藏达西流动的情况,储层波及范围小,井筒外围有很大一部分面积的油藏没能有效动用。     

地层不整合遮挡油气藏地质储量计算新方法及其应用

从几何学的观点出发,针对纯油藏和具有气顶的油气藏,采用单储系数、横截面面积与油层横向分布长度三者乘积的方式改进采用单储系数、含油面积与油层厚度三者乘积方式的传统容积法,提出相应的地层不整合遮挡油气藏地质储量计算新公式,并根据油气藏的特点提出水平井钻遇油气藏厚度的预测公式。地层不整合遮挡油气藏的地质储量计算目前主要采用容积法,这类方法不仅计算繁琐,而且不确定因素较多;改进后的新方法计算简单方便,理论性更强,存在的不确定因素显著减少。采用新方法在高青油田高424块高424-1井区进行了实践应用。实践表明：改进的新方法适用于地层不整合遮挡油气藏的地质储量计算及预测水平井钻遇油气藏厚度。     

大通河流域水能水资源开发对河流水文过程和环境的影响

根据水文观测和引水与水电开发资料,分析了大通河流域水能水资源开发利用现状及其对河流水文过程与生态环境的影响.结果表明：由于区域用水和跨流域引水,使大通河中下游河道的水量减少,水环境容量减小,其中,青石嘴、天堂、连城(二)站3-11月平均流量分别减少0.6%~9.6%、0.5%~3.8%、1.7%~52.9%. 自1994年引大入秦工程建成跨流域引水后,连城(二)站年径流量开始减少,1994-2010年平均径流量比1977-1993年减少了5.7%;引大济湟工程建成通水后,加上引大入秦和引硫济金工程,引水总量将达到12.33×10⁸ m³,占大通河多年平均径流量28.16×10⁸ m³的43.8%,对河川径流的影响十分显著. 至2011年,大通河上已建成梯级电站34座,洪水期电站同时泄水会瞬间加大河道流量,枯水期蓄引水又使减水河段水量减少. 梯级水电站群无序蓄放水使洪水过程由天然的平稳状态转变为人工干预的剧烈变化状态,上下游洪峰不对应,对下游地区的防洪安全产生极大威胁. 过度的水能水资源开发,使大通河中下游部分自然河段出现淹没、断流,水生物和两岸的植物萎缩,水环境污染加重,对生态环境产生负面影响. 建议实行流域水资源统一管理,对梯级电站下泄水量统一调度,在减水河段预留必须的生态基流,确保河道内外生态用水;加强河道水位、流量、泥沙、水环境、水生物监测,为流域防汛、水资源管理、生态环境保护等提供决策依据.     

双塔水库水质对人类活动的响应分析

选取1993～2008年瓜州县人类活动数据及双塔水库水质指标年平均值进行主成分分析,去除冗余信息后进行多元线性回归分析,得到四组反映人类活动对水库水环境影响情况的回归方程。说明对双塔水库水质起主要影响作用的是农业活动和因农业活动引起的土地利用变化,农业活动的非点源污染是水库水质的主要污染源,水库水质仍存在富营养化的风险;工业活动对水库水质的影响没有在回归方程中体现出来。在农业活动过程中,耕地面积每增加10 000亩促使pH值上升0.062、溶解氧值下降0.046、高锰酸钾指数上升0.103、COD值上升0.617;而每增加10 000t的氮肥施用量会引起pH值升高1.837;总人口每增加1万人,COD值上升0.798。     

Water losses from the Ričice reservoir built in the Dinaric karst

The Ričice reservoir was built in 1987 in the central part of the bare Dinaric karst region in Croatia, on the border with Bosnia and Herzegovina. The reservoir water level rise rapidly after rainfall, but due to high water-loss rates the water remains impounded for a very short time. The reservoir volume at the spillway altitude is 18.4 × 10⁶ m³. Due to water losses, the mean annual water volume in the 1989–1995 period was 6.5 × 10⁶ m³. Interdisciplinary analyses and investigations of geological, hydrological and hydrogeological factors which caused water losses from the Ričice reservoir have been carried out. Water losses from the reservoir are defined using a water budget equation. An assessment of the calculation of hydraulic conductivity, and a definition of the groundwater level below the Ričice reservoir, using Darcy's equation for vertical flow, is carried out. It may be concluded that the water losses from the Ričice reservoir are mainly controlled by the water level in the reservoir.     

An adjoint-based optimization method for gas production in shale reservoirs

In this work, we consider a new model for flow in a multiporosity shale gas reservoir constructed within the framework of an upscaling procedure where hydraulic fractures are treated as (\(n-1\)) interfaces (\(n=2,3\)). Within this framework, the hydrodynamics is governed by a new pressure equation in the shale matrix which is treated as a homogenized porous medium composed of organic matter (kerogen aggregates with nanopores) and inorganic impermeable solid (clay, calcite, quartz) separated from each other by a network of interparticle pores of micrometer size. The solution of the pressure equation is strongly influenced by the constitutive response of the retardation parameter and effective hydraulic conductivity where the former incorporates gas adsorption/desorption in the nanopores of the kerogen. By focusing our analyses on this nonlinear diffusion equation in the domain occupied by the shale matrix, an optimization strategy seated on the adjoint sensitivity method is developed to minimize a cost functional related to gas production and net present value in a single hydraulic fracture. The gradient of the objective functional computed with the adjoint formulation is explored to update the controlled pressure drop aiming to optimize production in a given window of time. The combination of the direct approach and gradient-based optimization using the adjoint formulation leads to the construction of optimal production scenarios under controlled pressure decline in the well. Numerical simulations illustrate the potential of the methodology proposed herein in optimizing gas production.     

预制横缝条件下水力裂缝的起裂和扩展

针对高角度天然裂缝发育地层中的水平井水力压裂问题,开展了水力裂缝自天然裂缝处起裂扩展的理论和试验研究。尝试将天然裂缝简化为与井筒轴线垂直的横向裂缝,基于线弹性断裂力学理论和最大拉应力准则,给出了水力裂缝起裂压力和扩展过程中应力强度因子的计算方法。利用预制横缝模拟高角度天然裂缝,开展了室内水力压裂试验,对水力裂缝的扩展形态和起裂压力进行了研究。理论计算表明,（1）水力裂缝自预制横缝端部起裂后,扩展距离超过1倍的预制横缝端部半径时可将预制横缝和水力裂缝合并起来,整体视作一条横向裂缝来计算应力强度因子;（2）水力裂缝尖端距井壁处的距离大于4倍的井筒半径时,应力强度因子的计算可忽略井筒的影响,近似采用硬币形裂缝的计算公式。试验研究发现,（1）水力裂缝在预制横缝端部起裂并扩展,形成与井筒轴线垂直的横向裂缝,裂缝的扩展呈现出Ⅰ型断裂的特点,形态近似呈圆形,未发现与井筒轴线平行的纵向裂缝的起裂和扩展;（2）排量对破裂净压力和起裂净压力有重要影响,大排量会导致较高的破裂净压力和起裂净压力,在大、小两种排量下起裂净压力的离散性均较小,计算得到的KⅠ临界断裂值的离散性也较小。研究结果可为改善裂缝发育储层的近井裂缝形态提供指导,也可为煤矿开采中预制横向切槽的水力压裂设计提供参考。     

库水位升降联合降雨作用下库岸边坡中的浸润线研究

库岸边坡中的地下水对其稳定性有重大影响,目前还没有统一的公式用来计算岸坡中的浸润线。为此,建立隔水底板呈缓倾角的均质岸坡模型,采用稳定渗流情况下的浸润线作为非稳定渗流的初始值,推导出库水位升降联合降雨作用下该模型中浸润线的近似解析解。利用Geo-Slope中的SEEP/W程序,对浸润线的近似解析解进行验证分析,结果表明,在不同库水位升降和降雨的组合条件下,由近似解析解确定的浸润线与数值模拟结果基本一致。对库水位升降联合降雨作用下赵树岭滑坡中的浸润线进行研究,利用实测浸润线验证了近似解析解的正确性,并预测了赵树岭滑坡在快速蓄水、快速蓄水＋暴雨、快速泄水及快速泄水＋暴雨4种工况下（库水位波动范围为145～175 m）浸润线的变化情况。最后,从解析解的适用条件出发剖析了近似解析解误差产生的原因,为应用浸润线解析解解决实际问题提供依据。     

Study on the Evolution of the Environment Factors for Earth Geology in Developing Project

Any mankind engineering projects will have effect of various degrees and properties on the soil and water environment (water amount, water quality, aquatic organisms and bottom sediment). With a pipe transport engineering as example, analysis was made on the factors influencing geological environment and optimized calculation by genetic algorithms was done on soil pollution factors (oil pollutant and its annual accumulation amount in soil). Controlling pollution factors’ total amount, so that decreasing soil pollution intensity, extending service years for soil environment capacity, saving waters and decreasing production cost, so as to control the geological environment change caused by the mankind development and construction activities. It is a new way that the mankind development projects will have effect on the earth environment.     

库水位下降时隔水底板倾斜的层状岸坡中浸润线的解析解

库岸边坡中的地下水对其稳定性起决定作用,然而目前却没有统一的公式用来计算岸坡中的浸润线.为此,根据三峡库区广泛存在的隔水底板倾斜的层状非均质岸坡建立了基本模型,求得了稳定渗流和非稳定渗流两种情况下,库水位下降时岸坡中浸润线的解析解.同时,结合算例进行了分析,证明该方法在实际工程中具有指导意义.     

考虑接触面积影响的粗糙节理渗流分析

节理中接触面积的存在使得渗流曲折效应更加明显,将对渗流产生显著影响。为了研究节理接触面积对节理渗流的影响,建立节理渗流概念模型,推导得到了节理渗流的接触面积影响系数;然后在节理渗流计算公式中引入该影响系数,得到了考虑接触面积影响的渗流计算公式。同时,由于接触面积的存在使得渗流曲折因子的计算更为复杂,在获得节理隙宽分布的基础上提出了计算节理渗流曲折因子的五点比较法。然后以人工大理岩节理试件为研究对象,在获得其三维表面形貌的基础上,一方面对其进行不同接触状态下5级法向应力作用下的渗流试验;另一方面,在根据节理试件的三维表面形貌数据计算节理的渗流平均曲折因子和接触面积比的基础上,分别采用考虑接触面积影响的渗流计算公式和Zimmerman计算公式对节理试件在不同法向应力作用下的渗流体积流量进行计算,并将计算结果与实测值进行比较。结果表明：考虑接触面积影响的渗流计算公式计算结果与实测值吻合较好,从而验证了考虑接触面积影响的渗流计算公式的正确性,而Zimmerman计算公式高估了节理的渗流流量。     

贵州石阡地热田地热资源量计算

贵州省石阡地热田属于典型的山区褶皱断裂复合型热储,本文针对以往该类型热储资源量计算存在的问题,在热矿水采样测试结果和综合研究基础上,建立石阡地热田热储模型;结合地热井钻探和测井资料,考虑褶皱断裂型热储参数存在各向异性的差别,将地热资源量计算区划为以层状热储为主的层状热储区和以断裂带为主的带状热储区,确定计算参数,采用热储法计算地热资源量;计算得出石阡地热田地热资源为2.18×1016kJ/a,折合成标准煤7.46×108t/a,可利用的地热资源量为3.28×1015kJ/a,折合标准煤1.12×108t/a;将计算结果与该地区以往研究成果进行对比分析,结果显示,褶皱断裂型热储地热资源量的计算过程中,深部断裂带带状热储是不可忽略的,本次研究所采用的计算方法得出的结果更能真实的反映该地热田实际的地热资源量。     

煤层气吸附量动态变化模型研究

基于吸附势理论、气体状态方程,建立了煤储层压力与煤体吸附半径、孔隙半径与煤体吸附量、储层压力与煤体吸附量之间的关系模型,得出储层压力、吸附量、孔隙半径等多参数耦合的煤层气吸附量动态变化模型,利用潘庄区块煤体结构测试数据以及等温吸附试验结果对模型进行了验证。结果表明:潘庄区块以孔径小于7.7 nm的微孔为主,以孔径7.7 nm为临界点孔容呈先减小后增大趋势;模型计算的吸附量动态变化结果与煤体空气干燥基等温吸附变化结果在趋势上具有较高的一致性,模型的起始点为枯竭压力以及枯竭吸附量,得出潘庄区块枯竭吸附量为3 m³/t。模型不仅能够计算地层条件下不同温度和压力共同作用下煤体对甲烷气体的吸附量,且能够预测煤层气排采过程煤层气吸附量的动态变化,有助于确定煤层气排采工作制度以及提高煤层气采收率。