典型岩溶包气带洞穴滴水水文过程研究——以桂林硝盐洞为例

选取桂林丫吉试验场硝盐洞为研究对象,通过示踪试验和高分辨率水文水化学监测,确定滴水补给来源,研究典型岩溶包气带洞穴滴水对降雨响应的水文过程。研究结果表明,硝盐洞XY5滴水主要受到两种径流成分补给,即集中补给的管道流和弥散流。硝盐洞上部包气带中可能存在表层岩溶带含水层,长期维持滴水流量。滴水流量、电导率和示踪剂浓度的峰值均出现在强降雨时段,表现出快速响应的管道流特征,存在降雨阈值引起硝盐洞滴水降雨响应。降雨前岩溶含水层水分条件是包气带水文响应差异的主要原因,雨季滴水对降雨响应迅速,XY5滴水对降雨响应的滞后时间为10 h;而旱季对降雨的响应滞后明显,滞后时间达9.8天,体现了土壤和表层岩溶带的调蓄作用。74.4 mm降雨量是旱季转雨季滴水响应的降雨阈值。借助于洞穴滴水的水文动态变化和示踪试验技术对于研究包气带水文过程,深入了解岩溶含水层结构及特征,揭示岩溶区降雨入渗补给机制具有重要作用。     

柿子园隧道在瞬时强降雨条件下的涌突水灾害分析

成兰铁路柿子园隧道于2018年8月发生了强降雨,降雨量最高达364.4 mm,强降雨后发生了特大涌突水,对隧道产生严重影响,为了研究涌突水的原因,采用水文地质调查、水文学和水文地球化学等方法对涌突水来源和过程进行了识别与分析。研究结果表明：(1)隧道涌水具有岩溶水化学特征,径流途径多为岩溶管道;(2)涌水量与降雨量具有线性响应关系,大气降雨是涌突水的主要补给来源,周边河流与涌突水水力联系较低;(3)暴雨破坏了隧道上覆岩溶含水层结构,致使渗透系数急剧增大是涌突水主要原因;(4)岩溶发育地层为隧道涌突水灾害发生主要段落,在治理时围绕预测涌水量危险较大的段落,进行重点治理。     

个旧矿区地下水特征及控制因素

个旧矿区位于红河和南盘江两大水系的分水岭地带,属岩溶中山地貌,岩溶洼地、漏斗、落水洞等星罗棋布。矿区内无地表河流,地下水主要接受大气降雨补给。矿坑涌水量主要受大气降雨、岩溶发育程度、断裂构造及隐伏岩浆岩体控制。     

特长隧道岩溶涌水量预测方法分析

由于岩溶区隧道穿越空间的复杂性、多变性和特殊性,加之地区差异性和水文循环系统的不确定性,各类预测方法均存在其自身的缺点,致使涌水量预测与实际存在一定差异。从水文机理和岩溶水的运动特征出发,结合岩溶区快速补给与慢速补给的差异与特征,采用水均衡法、地下水径流模数法和隧道涌水专家评判系统3种方法,对金奎地特长隧道岩溶涌水进行预测分析。结果显示,水均衡法计算结果值最大,径流模数法计算结果值最小,专家评判系统计算结果值在二者之间。经验证,专家评判系统更为精确,该方法强调次降雨对隧道岩溶涌水的作用,提高了隧道岩溶涌水量预测的精度。      

岩溶地下水位对降雨响应的时空变异特征及成因探讨——以广西桂林甑皮岩为例

岩溶地下水位对降雨响应具有时空变异性,甑皮岩遗址地下水动力系统结构的认识存在分歧。利用高分辨率降雨水位数据,将研究区分割为不同含水体,通过水位动态、相关分析、滑动窗口采样相关分析等方法,探讨岩溶地下水对降雨响应时空变异特征及成因。结果表明,岩溶强发育、扩散流导水的含水体水位对降雨的响应表现为缓升缓降,水位自相关性强;发育岩溶管道的含水体水位表现为陡升陡降,水位自相关系数衰减速率快,对降雨响应的滞后时间短,互相关函数图呈多峰型;岩溶发育的极不均匀性是造成空间响应差异的主要原因。雨季地下水位对降雨响应的滞后时间远小于枯季;雨季累积降雨量大、水位埋深浅、包气带长期处于饱和或者近饱和状态,降雨垂直入渗补给历时短;雨季暴雨频繁导致含水体地下水短期内形成较大水力梯度,径流补给速度加快。综合分析认为,甑皮岩遗址地下水动力系统由NE向岩溶管道、NS向管道-裂隙以及NE向强径流带3个子径流系统组成。     

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.      

广东地区某公路岩溶隧道水害分析及其数值模拟研究

结合岩溶区公路隧道的实际情况,研究隧道涌水量计算的关键因素,并通过降水量、降水强度和入渗强度定量分析隧道涌水量。文章根据大宝山的实际情况,采用降水入渗法和地下径流模数法计算隧道两侧洞口段雨季涌水量,针对强降水过程,分析隧道可能出现的最大涌水量。研究结果表明:隧道排水能力理论上可满足降雨的排水要求,但实际排水能力受工程施工材料、工程的不均匀性以及长期的淤堵等因素影响。文章明确了广东地区公路岩溶隧道水害影响因素,考虑临界状态和破坏状态的水压力建立岩溶隧道涌水模拟模型,水压力临界值随隧道衬砌结构厚度的增加逐渐增大。      

川东南隔挡式构造区隧道空间展布影响下岩溶涌突水特征简析

隔挡式构造区隧道工程涌水特征研究多局限于某个具体隧道工程及对应的特定岩溶水系统,缺乏关于隧道空间展布影响下涌突水问题的系统研究。文章提出以隧道穿越区岩溶发育及岩溶水水平与垂直分带差异作为隧道空间布置类型划分的主要标准,将隧道空间展布区的岩溶水文地质特征分为七类,对不同类型中岩溶含水介质空间结构特征、岩溶发育差异以及岩溶水在此区域流动的特点进行分析,并对八种类型的隧道涌突水的特征进行比较。据此,结合研究区拟建渝万客专铜锣山隧道和明月山隧道案例,分析此两隧道展布区域的岩溶水文地质特征,分别属于补给-垂直入渗型类型及补给径流-水平径流型类型。进一步对此两隧道可能遭遇的岩溶涌突水进行定性评价和涌水量计算,认为铜锣山隧道主要出现雨季涌水现象,水量大小受降雨强度控制,而明月山隧道涌水量较大。      

云南丘北地区某隧道隧址区岩溶发育特征及涌水量预测

云南丘北地区构造作用强烈,可溶岩被断裂分割破碎,岩溶十分发育,隧道建设面临涌突水风险。本文通过对隧址区岩溶发育特征的分析,采用水均衡结合水文地质比拟方法预测了隧道涌水量,研究得出：隧址区岩溶发育特征为隧道上方高原平原发育有大量洼地落水洞,地下存在多期次岩溶管道,并发育两条典型的岩溶管道;计算得出隧道正常涌水量65 152 m³/d,最大涌水量130 098 m³/d,计算未考虑极端情况,实际涌水量可能比本次预测结果偏大。     

岩溶隧道涌水对降雨的响应特征

引入时间序列分析方法,以铜锣山岩溶长大隧道为例,采用相关分析和频谱分析,定量研究了该隧道涌水对降雨的响应特征。结果表明,隧址区岩溶地下水系统储量十分丰富,具有很强的调节能力和过滤作用,致使隧道涌水与降雨的相关程度不高,平均滞后时间长达12.62 d,由此推断,隧道涌水与降雨之间的连通性较差。此研究成果可为隧道后期的防排水管理提供科学依据。      

The calculation of mine water yield using the non-continuous flow theory

Large amounts of groundwater are discharged during underground mining operations. As a result, the drawdown of groundwater, known as aquifer dewatering, is common in mining areas. Because of variability in permeability between different media in mines, mine drainage occurs primarily as non-continuous flow. However, calculations of mine water yield are usually made based on the continuous flow theory, and therefore often produce erroneous results. This study predicts the water yield of a mine using the module MODFLOW and incorporating the non-continuous flow theory into the calculation. Using this method, the predicted water yield of a mine was approximately 50 % lower than that predicted using the continuous flow theory. The model also demonstrates that the rate of mine drainage varies over time; there is initially a decrease in the rate of drainage which gradually approaches a constant value. Double level flow occurs when there is non-continuous flow in continuous media, which can effectively minimize the influence of mine drainage on upper aquifers and relieve the conflict between groundwater supply and drainage in the mining area.     

基于BP神经网络的孔隙充水矿井涌水量预测

文章分析了孔隙充水矿井的充水水源和通道,利用非线性的BP人工神经网络建立了徐州韩桥煤矿涌水量短期预测模型,选取每天的降水量作为影响因子,用已有的涌水量资料训练得到权值和阈值来表示充水通道,并对-200m水平、-270m水平、-330m水平和全矿井涌水量进行了预测。结果显示,涌水量的预测值与实测值吻合得较好,说明该模型具有一定实用性。     

用多变量时间序列相关模型预测矿井涌水量

运用多变量时间序列分析方法，建立了南桐煤矿二井的涌水量与降雨量之间的相关模型，并将其用于矿井涌水量的预测，结果表明，南桐二井涌水量与降雨量呈滞后一个月、三个月和三年的关系，预测结果与实测值对比分析表明，本模型的预测结果精度较高。     

山西龙子祠岩溶泉流量动态特征与影响因素分析

选取山西南部典型岩溶泉龙子祠泉域为研究对象,利用1954-2018年65年长时序的泉水流量、降水监测数据及1990-2018年的开采数据,分析其动态特征及响应规律。结果表明:该泉域泉流量在2.94～8.39 m3·s-1之间波动,多年平均流量为4.74 m3·s-1;年内泉流量对降水补给响应有4个月的时间滞后性;开采量保持较高水平时,泉流量总体呈明显下降趋势。利用多元回归方法建立两个阶段（1954-1989年和1990-2018年）的数学模型,并对其进行模拟和误差分析,结果显示:第一阶段泉流量影响因素主要为前一年降水和前两年降水;1990年开始存在开采活动,第二阶段受降水和开采共同制约,与当年开采量负相关且受其影响最为强烈,其次受前一年和前两年降水影响;整个时间序列上流量误差为11.62%,模拟效果较好。      

偏最小二乘回归神经网络的矿坑涌水量预测

影响矿坑充水的因素多且复杂,矿坑涌水量预测模型主要考虑降水、地表水、引水灌溉等影响因素,因变量和自变量的关系比较复杂。将偏最小二乘回归与神经网络耦合,建立了矿坑涌水预报模型。模型将自变量利用偏最小二乘回归处理,提取对因变量影响强的成分,既可以克服变量之间的相关性问题,又可以降低神经网络的输入维数,并能较好地解决非线性问题,提高了模型的学习能力和表达能力。以河南鹤壁八矿涌水量为例,建立了基于偏最小二乘回归和神经网络耦合的矿坑涌水量预测模型。计算验证表明,该类模型具有较高的预报精度和推广应用价值。     

Impact of urbanization on storm response of White Rock Creek,Dallas, TX

This study documents hydrological changes resulting from urbanization of the upper sub-basin of White Rock Creek watershed in Collin and Dallas counties, Texas. The 172-km² watershed was transformed from 87% rural in 1961 to 95% urban in 2002, following construction of the Dallas suburbs of Richardson, Addison, Plano and Frisco. The objective of the study was to investigate changes in the storm response of White Rock Creek in terms of peak storm flow, storm flow volume and lag time. The approach employed to compare pre- and post-urbanization hydrology was to develop average unit hydrographs for each time period and use them to generate the creek’s storm flow response to a set of six hypothetical precipitation events. The results suggest that substantial hydrological changes have occurred. The average infiltration capacity of the watershed was reduced by about 60% so that storm flow was generated at lower precipitation intensities in the post-urbanization period. Storm flow peak discharge and volume were more than doubled for a hypothetical 10-year precipitation event. Average lag time was about 49 min shorter in the post-urbanization period. Urbanization has significantly impacted the storm response of the creek and increased the potential for flooding. It is anticipated that similar hydrological changes will occur in other rapidly urbanizing watersheds in the Dallas-Fort Worth Metropolitan region. Watershed managers should take likely changes in storm response into account when planning future storm water management needs.     

矿井涌水量动态预测非稳定释水-断面流法

我国北方煤田上覆地下水系统含水层以砂岩为主,是矿井主要充水水源。除浅部、露头区外,上覆砂岩地下水系统总体上构成非径流型蓄水构造,弹性贮存是其地下水主要赋存状态,压力传导、局部渗流为地下水动力学模式,矿井涌水主要为承压含水层弹性释放。非充填开采,煤层上覆地层周期性冒裂形成冒裂二元结构体,其自身释水(弹性、重力)与其外侧含水层断面弹性释水叠加形成矿井涌水。冒裂二元结构体释水随冒裂周期发生,时间短暂。外侧含水层断面释水可用非稳定流定降深沟(渠)流方程描述,进而获得外侧含水层断面释水单宽流量。外侧含水层释水断面随冒裂周期性延展累积,迭代更新,矿井涌水流量随之变化。在研究、刻画外侧含水层释水断面延展、迭代时空规律基础上,给出含水层断面释水流量预测方法、公式,与冒裂二元结构体自身周期性释水流量叠加,获新的矿井涌水量预测方法—非稳定释水-断面流法。     

煤层顶板承压含水层涌水模式与疏放水钻孔优化设计

针对煤层顶板承压含水层涌水模式不清的问题,从煤层回采过程中顶板含水层涌水的时空变化特征入手,提出顶板含水层涌水量由静态储存量和动态补给量构成,认为静态储存量主要受来压步距、顶板垮落和导水裂隙(合称冒裂)影响区含水层厚度、含水层给水度控制,动态补给量主要受冒裂影响区外围含水层厚度、渗透性流场中水力梯度和过水断面面积控制;根据导水裂隙波及含水层情况,将顶板含水层涌水模式划分为井底进水的触及井涌水、井壁及井底进水的非完整井涌水和井壁进水的完整井涌水3种模式,并基于地下水渗流理论给出不同涌水模式下动态补给水量计算公式;针对以往疏放水钻孔数量多及疏放水量大的问题,以实现工作面顶板含水层静态储存量疏放后动态补给量可控为目的,提出冒裂区高度控制钻孔深度、单孔水位影响半径控制钻孔布置间距、钻孔疏放水量稳定时间控制超前疏放时间的疏放水钻孔优化设计理念,对疏放水及疏放钻孔布置进行优化,形成系统的顶板含水层水疏放体系。研究结果丰富了煤层顶板含水层涌水量计算和控制方法,对顶板水害防控具有实际的指导意义。      

宝鼎矿区深部水文地质条件研究及涌水量计算

宝鼎矿区浅部资源行将枯竭,深部开采已迫在眉睫,而预测深部涌水量成为其首要解决的问题。通过对矿区深部水文地质条件研究与矿井充水因素的分析,认为矿区各含水间水力联系差,同一含水层组的不同地段间的含水裂隙的连通性亦差;断层多为高角度压性逆断层,导水性差,富水性弱;矿区上部水平及下部水平的浅埋区的充水水源主要为大气降水和老窑水,而下部水平主要的充水水源为上覆水平的采空区积水和地下水。运用比拟法和地下水动力学对延深的第一接替水平四个区段的较大涌水量和一般涌水量进行了计算,经过比较,采用了比拟法的计算结果：矿井的一般涌水量为2860.88m3/d,据此提出了切实可行防治水措施,从而为矿井深部建设提供了水文地质依据。