Groundwater sustainability and groundwater/surface-water interaction in arid Dunhuang Basin,northwest China

The Dunhuang Basin, a typical inland basin in northwestern China, suffers a net loss of groundwater and the occasional disappearance of the Crescent Lake. Within this region, the groundwater/surface-water interactions are important for the sustainability of the groundwater resources. A three-dimensional transient groundwater flow model was established and calibrated using MODFLOW 2000, which was used to predict changes to these interactions once a water diversion project is completed. The simulated results indicate that introducing water from outside of the basin into the Shule and Danghe rivers could reverse the negative groundwater balance in the Basin. River-water/groundwater interactions control the groundwater hydrology, where river leakage to the groundwater in the Basin will increase from 3,114?×?10⁴ m³/year in 2017 to 11,875?×?10⁴ m³/year in 2021, and to 17,039?×?10⁴ m³/year in 2036. In comparison, groundwater discharge to the rivers will decrease from 3277?×?10⁴ m³/year in 2017 to 1857?×?10⁴ m³/year in 2021, and to 510?×?10⁴ m³/year by 2036; thus, the hydrology will switch from groundwater discharge to groundwater recharge after implementing the water diversion project. The simulation indicates that the increased net river infiltration due to the water diversion project will raise the water table and then effectively increasing the water level of the Crescent Lake, as the lake level is contiguous with the water table. However, the regional phreatic evaporation will be enhanced, which may intensify soil salinization in the Dunhuang Basin. These results can guide the water allocation scheme for the water diversion project to alleviate groundwater depletion and mitigate geo-environmental problem.     

A simple approach to evaluating leakage through thin impervious element of high embankment dams

Internal erosion is the most common reason which induces failure of embankment dams besides overtopping. Relatively large leakage is frequently concentrated at defects of impervious element, and this will lead to eventual failure. The amount of leakage depends not only on integrity of impervious element, but also on dam height, shape of valley, shape of impervious element and water level in reservoir. The integrity of impervious element, which represents the relative level of seepage safety, is not easy to be determined quantitatively. A simple method for generalization of steady seepage state of embankment dams with thin impervious element is proposed in this paper. The apparent overall value of permeability coefficient for impervious element can be obtained by this method with reasonable accuracy and efficiency. A defect parameter of impervious element is defined as an index to characterize seepage safety of embankment dams. It equals the ratio of the apparent overall value of permeability coefficient to the measured value in laboratory for intact materials. Subsequently, seepage safety of three dams is evaluated and the evolution of defect level of impervious element of dams is investigated. It is proved that the newly proposed method in this paper is feasible in the evaluation of relative seepage safety level of embankment dams with thin impervious element.     

阴山东部卓资地区白垩系白女羊盘组火山岩锆石 LA-ICP-MS U-Pb年龄及其地质意义

火山岩的绝对年龄是限定(含)火山岩地层形成时代及进行地层对比的关键依据。内蒙古阴山地区分布有大量的晚中生代白女羊盘组火山岩,而位于卓资县大榆树村附近的白女羊盘组火山岩目前尚缺乏年代学报道。为了厘定该火山岩地层的形成年龄,进而对比阴山—晋北—燕山地区的晚中生代火山—沉积地层,笔者等对分布于卓资县大榆树村附近的白女羊盘组双峰式火山岩进行了锆石U-Pb年龄测试。得到该组火山岩剖面下部流纹岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb加权平均年龄为136.9±0.8 Ma,属于早白垩世。结合前人的研究成果,认为分布在阴山不同地区的白女羊盘组火山岩的形成年龄差异较大,分别是不同旋回火山活动的产物。其中分布在武川和固阳盆地的白女羊盘组与燕辽地区的九佛堂组的形成年龄相当;而分布在乌拉特中旗和卓资县的白女羊盘组与燕山地区的张家口组在形成年龄上可对比。     

碳酸盐台地的类型、特征和沉积模式--兼论华北地台寒武纪陆表海-淹没台地的沉积样式

随着对现代碳酸盐沉积环境的系统调查和解释、以及对碳酸盐沉积原理认识的深化,自20世纪60年代,一系列碳酸盐沉积相模式得以建立,其中最引人注目的是Wilson和Tucker的工作。但在镶边陆棚及缓坡模式得到了广泛认可和使用的同时,对陆表海和淹没台地型沉积未能予以足够的重视。与过去相比,现今的海平面是相对较低的,因而没有出现陆表海广泛发育的情况。但在漫长的地质历史时期,陆表海曾经覆盖了广泛的克拉通区域,是碳酸盐沉积最重要的场所之一。本文在系统总结前人成果的基础上,将用于描述大尺度碳酸盐岩沉积环境的碳酸盐台地分为镶边陆棚、缓坡、陆表海、孤立台地和淹没台地5种类型分别描述,并重点强调了陆表海和淹没台地的沉积模式。华北地台寒武系大面积分布的潮坪沉积、鲕粒滩相灰岩和竹叶状风暴砾屑灰岩,以及频繁出现的台地淹没事件,为阐明陆表海和淹没台地的沉积提供了绝佳实例。这些实例和研究表明了碳酸盐沉积环境的多样性和沉积过程的复杂性,以及将今论古的困难性,从而为碳酸盐沉积原理的认识和沉积环境的解释提供新认识和新思路。     

准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组相对湖平面升降规律研究

准噶尔盆地三叠系百口泉组相对湖平面升降规律认识不清,制约了对百口泉组沉积体系分布与演化的分析。在高分辨率层序地层学理论指导下,综合钻井、测井等资料,采用传统定性分析与定量的测井小波变换分析相结合的方法,对准噶尔盆地玛湖凹陷斜坡区三叠系百口泉组进行高精度层序地层划分,将百口泉组定量划分为1个长期层序,4个中期层序,16个短期层序,126个超短期层序;对126个超短期层序进行Fisher图解的定量分析,结果显示百口泉组沉积时期湖平面升降总体表现出持续上升的特征,内部又可划分为多个次级湖平面升降旋回,百口泉组一段（T₁b₁）、百口泉组二段（T₁b₂）、百口泉组三段（T₁b₃）与三次湖平面持续上升过程相对应,百口泉组三段（T₁b₃）湖平面达到百口泉组时期的最大规模。通过对比前人研究成果和钻井地质信息,认为相对湖平面升降曲线具有很高的可信度。     

基于地质与重磁数据集成的河北迁安铁矿集区三维成矿预测

河北迁安铁矿矿集区是我国典型的早前寒武纪条带状铁矿富集区和重要的铁矿石原料基地, 近年来其保有资源量不断下降, 急需开展深部资源找矿工作。基于地质与重磁数据等多源信息融合开展地质理论指导下的三维地质建模是当前深部矿产资源勘查与评价的重要途径和研究热点。本文以迁安铁矿集区为研究对象, 基于地质与重磁数据资料综合解译, 建立了1:5万迁安幅三维地质结构模型; 在此基础上, 以区域成矿理论和找矿勘查模型为指导, 总结沉积-变质型铁矿的控矿要素, 建立了综合信息定量预测模型; 进一步应用“立方体预测模型”提取成矿有利信息, 依据信息量值, 圈定了5个找矿远景区。研究表明, 重磁异常能够有效推断矿集区内断裂构造分布和含铁建造, 为区域性三维地质模型的建立提供支撑; 同时将传统的二维综合信息成矿预测方法拓展到三维空间, 预测结果为该区深部及外围找矿工作提供参考。     

轨道误差对InSAR相位影响的BP神经网络去除法

针对用二次多项式法去除轨道误差对InSAR相位影响时,须对干涉相位其他项分布性质作假设,且自身存在一定的模型缺陷的问题,该文提出用BP神经网络去除轨道误差对InSAR相位影响的方法。研究表明:BP神经网络法在使用时无须对干涉相位其他项分布性质作假设,模型更优。模拟实验中,轨道误差相位拟合残差更小;真实数据实验中,纠正后非形变区相位集中在零值附近,且波动趋势更为平稳。该方法一定程度上降低了传统二次多项式法的应用局限性。     

热屏障井对地下水源热泵换热影响模拟

对于场地受限的地下水源热泵项目,随着系统运行时间的增加易引发热贯通现象进而降低机组运行效率。地下水源热泵设计中,在抽灌水井连线间布设热屏障井可改变地下水流场,降低热量在抽灌井间的运移速度,有利于延长热贯通发生时间并缓解热贯通程度。通过构建地下水换热模型,模拟计算夏季制冷工况条件下36组热泵运行场景,分析了热屏障井的位置,过滤管长度及回灌量对热贯通和含水层温度场的影响规律。结果表明:热屏障井回灌量的增加有利于提升热屏障效果,但提升幅度随回灌量的增加逐渐减弱;最大水位降深值随着热屏障井回灌量的增加呈线性增长;增加热屏障井滤管长度可提升热屏障效果,提升效果随屏障井回灌量的增加逐渐增强。通过模型多周期、长时间模拟计算发现,热屏障井的运行可促使回灌的冷热量集中在回灌井一侧,对于采用冬夏季抽灌井交换运行模式的热泵系统,可充分利用含水层储能,提升机组运行效率。     

花岗岩风化料弃土快速堆填过程中不排水抗剪强度评估

沿海沿江城市地下开挖产生的工程渣土含泥量大、含水率高且较松散,主要运往渣土场进行堆填处置。由于产量巨大而处置场地有限,许多渣土场在运营过程中存在堆填速度快、缺乏排水设施、超高超库容堆填等问题,容易引发堆填体失稳事故。目前对于非饱和工程渣土堆体在快速堆填过程中的失稳机制认识尚不清晰,尤其是对这一过程中的高饱和度工程渣土强度增长规律缺乏足够的认识。以深圳红坳渣土场填料——花岗岩风化料(CDG)填土为研究对象,对不同初始饱和度土样进行三轴不排水不排气等向压缩和剪切试验,结果表明:非饱和CDG填土不排水抗剪强度随围压增大呈非线性增长,增长速率与试样初始饱和度密切相关;当土样压缩后的饱和度超过0.7,不排水强度随围压的增长速率显著降低。基于有效固结应力法的原理,结合Hilf孔压公式和修正剑桥模型,提出了一种工程渣土不排水抗剪强度估算方法,并通过与试验结果对比验证了该方法对初始饱和度高于0.6的CDG填土的适用性。利用该方法确定的不排水强度cu与正应力σn的关系可应用于高饱和度工程渣土快速堆填中的稳定性分析。     

基于优化经验模态分解和聚类分析的滑坡位移智能预测研究

针对三峡库区"阶跃式"滑坡的变形特征,提出了一种新的滑坡位移预测方法。以白水河滑坡ZG118和XD-01监测点位移数据为例,采用基于软筛分停止准则的经验模态分解(SSSC-EMD)将累计位移-时间曲线和影响因子时间序列自适应地分解为多个固有模态函数(IMF),并采用K均值(K-Means)聚类法对其进行聚类累加,得到有物理含义的位移分量(趋势性位移、周期性位移以及随机性位移)和影响因子分量(高频影响因子和低频影响因子)。使用最小二乘法对趋势性位移进行拟合预测;采用果蝇优化-最小二乘支持向量机(FOA-LSSVM)模型对周期性位移和随机性位移进行预测。将各位移分量预测值进行叠加处理,实现滑坡累计位移的预测。研究结果表明,所提出的(SSSC-EMD)-K-Means-(FOA-LSSVM)模型能够预测"阶跃式"滑坡的位移变化规律,且预测精度高于传统的支持向量机回归(SVR)、最小二乘支持向量机(LSSVM)模型;并通过改变训练集长度,进行单因素分析,发现其与预测精度之间呈正相关关系。