太行山东南麓断裂带水文地球化学特征及水热成因模式

太行山东南麓断裂带发育,赋存丰富的中低温地热资源,然而,该地区深部地热水的水热成因模式依然不清楚。通过55组地热水和38组浅层地下水的水化学组分特征,研究离子组分来源及其运移规律,并借助同位素特征分析地热水补给来源,在此基础上分析深部热储的水岩平衡状态、热储温度和热循环深度。结果表明:研究区属对流—传导复合型地热系统,地热水整体处于氧化环境,离子组分以HCO_(3)^(-)和Na^(+)为主,主要受盐岩和碳酸盐岩等矿物的溶解及阳离子交替吸附作用控制;地热水的补给高程为1010~1153m,表明地热水补给区位于太行山东南麓西部的太行山地区;地热水循环深度范围为1125~4468 m;混合比例法估算汤阴断陷深层热储温度达到110~160℃,而汤阴断陷东部的内黄凸起地区为80~110℃,二者热储温度差别源自汤阴断陷两侧深切地幔的汤东、汤西深大断裂导热导水条件良好,以及内黄凸起的基岩埋深较浅,上伏盖层薄,热能更容易散失。本研究揭示了太行山东南麓地热系统的水文地球化学特征和水热成因模式,为该区地热资源开发利用提供重要依据。

黄河下游原阳段沉积物粒度特征与沉积环境分析

为探究现代黄河下游沉积环境演化,在原阳段钻取了两个钻孔岩芯(YHX-1、YHX-2),通过对钻孔沉积物粒度测试与分析,运用沉积物粒度参数、频率曲线与概率累积曲线,结合沉积物岩性及周边钻孔年代信息,划分研究区钻孔地质年代,揭示研究区沉积水动力条件及环境演化历史。结果表明:YHX-1分为7个沉积段,YHX-2钻孔为11个阶段,中更新世时期,两根钻孔以中细砂为主,沉积相以河床亚相为主;晚更新世时期,钻孔经历短暂河漫滩微相,进入漫长的河床相沉积;全新世早期,YHX-1钻孔由湖泊沼泽沉积转变为河漫滩沉积,YHX-2钻孔为河漫滩沉积;全新世晚期,黄河改道流入当今河道,两根钻孔河床沉积相对比分析表明,改道后黄河主河道经历由北向南的变迁过程。

地下水动态预测模型的回顾与展望

回顾了国内外地下水动态预测研究的各种模型,将这些模型划分为确定性模型和随机模型两大类,指出各种模型的适用条件及存在问题。最后提出了提高地下水动态预测的可靠性与精度的两条途径:(1)建立既能描述地下水系统内部特征也能反映其外部特征的确定性-随机耦合模型;(2)建立地下水系统的随机微分方程模型,并将系统内部参数作为随机变量,将其外部环境因素也作为随机时间序列引入地下水流定解问题,并给出解的概率分布。

同位素技术在黄河下游河水侧渗影响范围研究中的应用

运用同位素技术确定河水与地下水的关系是当前研究的热点。利用在黄河下游悬河段4个剖面上采取的67个地下水和黄河水样,获得了δD、δ18O和T(TU)在空间和时间上的分布规律。潜水的氚值和δ18O的特征表明,黄河水与地下水水力联系密切,黄河对地下水的影响,南岸在郑州一带影响范围小,约5km,向东影响范围逐渐增大,在中牟和开封一带约为7～10km;在黄河北岸影响范围大约9～20km。

水文学及水资源专业研究生运筹学教学探索

运筹学是水文学及水资源专业研究生的一门重要基础课程。针对目前运筹学教学中存在的教学内容不科学、实践教学不足、教学方法不合理等问题,提出在水文学及水资源专业研究生运筹学教学中,应扩展运筹学教学内容尤其是现代优化理论与算法的教学,加强学科应用实例教学和软件教学。通过这些教学改革,获得了良好的教学效果。

基于混沌小波与支持向量机的径流预测

以淮河流域沙颍河水系沙河和澧河上游的水库为例,建立了月均流量的混沌小波支持向量机组合预报模型,充分利用了混沌分析的相空间重构、小波分析的多分辨率功能以及支持向量机的非线性逼近能力,并采用NSE、PBIAS和RSR对组合预测模型进行了评价。结果表明:混沌小波支持向量机组合预测模型的识别期和验证期模拟精度均较高,均优于混沌支持向量机模型。

改进BP神经网络在地下水环境质量评价中的应用

以LM算法和步长自适应法对BP神经网络进行改进,并将输入数据采用压缩系数法进行处理, 用改进后的BP神经网络对黄河流域某地区地下水环境质量进行评价,并和内梅罗指数法、灰色聚类法评价结果相比较,结果表明改进后的BP神经网络计算速度快、评价精度高、结果客观准确。

改进的尼梅罗污染指数法及其应用——以磐石市地下水环境质量评价为例

通过对传统尼梅罗污染指数法进行分析,指出其缺点,并对其作出改进,提出了一种污染等级的划分方法。将改进的尼梅罗指数法应用于磐石市地下水环境质量评价,结果表明改进的方法更客观、合理。

黄河下游悬河段断流对沿岸地下水影响评价

黄河下游悬河段地下水系统分布面积29288·27km2,含有两个含水层组。浅层含水层组赋存潜水和微承压水,中深层含水层组赋存承压水;并对含水介质结构、边界条件及地下水流态进行了研究,建立了水文地质概念模型,构建了三维地下水流数学模型。通过对数学模型的识别和验证,进行了悬河段地表水、地下水转化关系的模拟研究;预测了黄河下游在不同的断流时间和断流河段长度下,黄河侧渗量的变化趋势。模拟计算结果表明,花园口站—河口段全年断流时,黄河悬河段无侧渗补给;断流300天时,黄河全年侧渗量为2·98×108m3,较现状年侧渗量减少了52·25%。夹河滩站—河口段全年断流时,黄河全年侧渗量为1·6×108m3,较现状年侧渗量减少了74·4%;断流300天时,黄河全年侧渗量3·46×108m3,较现状年黄河侧渗量减少了44·5%。泺口站—河口段全年断流时,黄河全年侧渗量为4·83×108m3,较现状年黄河侧渗量减少了22·58%;断流300天时,黄河全年侧渗量为5·17×108m3,较现状年黄河侧渗量减少17·06%。利津站—河口段全年断流时,黄河全年侧渗量为6·15×108m3,较现状年黄河侧渗量仅减少1·5%。上述研究为水资源合理开发利用和黄河水量人工实时调控提供了依据。

黄河下游悬河段地下水资源计算及开发潜力分析

黄河水资源是沿黄地区经济和社会发展的重要制约因素。由于黄河在其下游河段(花园口-入海口)河床淤积而形成地上悬河,黄河水侧渗补给已成为该地区地下水的重要补给源。黄河下游悬河段地下水系统面积为29313km2,赋存着潜水、微承压水(浅层含水层系统)和承压水(深层含水层系统)。含水层垂直向上概化为3层:浅层潜水和微承压含水层组、深层承压含水层组及两含水层之间20m～30m厚的弱透水层。计算域边界除梁山—长清一带、徒骇河上游及郑州西南侧为补给边界,其余均为排泄边界。在建立水文地质概念模型的基础上,构建三维地下水流模拟模型,应用FEFLOW有限元软件求解。运用识别和验证后的模型计算了不同保证率年份地下水补给量和可开采资源量。研究区50%和75%降水保证率年份地下水补给资源量分别为62 51×108m3和54 88×108m3,可开采资源量为44 82×108m3和39 20×108m3。将研究区分成18个子区进行地下水开采潜力评价,其中12个区尚有开采潜力,1个区采补基本平衡,5个区开采潜力不足。

模糊数学在郑州市水资源价值评价中的应用

水资源的价值主要体现在水资源的稀缺性、资源产权及劳动价值等方面。由于影响水资源价值的不确定因素众多,宜采用模糊数学方法进行评价。依据所建立的模糊数学模型,针对郑州市的具体情况选取水质、水资源量、国民生产总值、人口密度作为评价因子,对其水资源价值进行了计算,计算得到郑州市水资源价格为2.11元/m3。目前郑州市的平均水价为1.28元/m3,明显偏低,应进行水价改革。

同位素技术解析安阳河与地下水相互作用

河流与地下水相互作用研究是水文学研究的难点和热点。安阳河与地下水相互作用研究,对于安阳市水资源科学开发与管理具有重要意义。安阳河冲洪积扇地表水与地下水转化率为17%~27%。潜水位标高为80 m,向下游逐渐变成多层含水层(水位40 m)。当地降水环境同位素监测数据表明,当地大气降水线与全球大气降水线接近平行,表明该线代表本地区大气降水的氢氧同位素特征。地表水同位素值较集中,2016年8月δ18 O值变化范围为-9‰^-8.7‰,δD值变化范围为-65‰^-63‰,2017年1月δ18 O值变化范围为-8.5‰^-8.2‰,δD值变化范围为-63‰^-61‰,河水水化学类型为HCO 3·SO 4—Ca型,表明流域内地表水的同位素值受距离的影响较小。地下水稳定同位素值变化较大,2016年8月δ18 O值范围为-10.4‰^-5.5‰,δD值范围为-75‰^-46‰,2017年1月δ18 O值范围为-10.2‰^-5.4‰,δD值范围为-75‰^-45‰,即从接近降水值到最大值形成一条“蒸发”线。河流出山口一带地下水同位素值呈现最大蒸发值,表明地表水补给地下水,地下水化学类型为HCO 3·SO 4·Cl—Ca,存在明显人为污染成分。下游为大气降水补给浅层地下水,中深层地下水主要来源于中游侧向径流,水化学类型主要为HCO 3—Ca·Mg型,综合分析表明,安阳河中下游(冲洪积扇)地带“三水”转换积极,并影响其水质、水量。

灰色理论在水资源价值评价中的应用

水是基础性的自然资源和战略性的经济资源,它和其他自然资源一样,具有价值。由于水资源价值系统受自然因素、经济因素和社会因素等多因素的影响,是一个“灰色系统”,因此可以用灰色理论评价水资源的价值。介绍了灰色聚类分析的基本方法和确定水资源价值各影响因素权重的层次分析方法。以郑州市为例进行水资源价值计算,得出水资源价值为2.04元/m3,验证了灰色理论在水资源价值评价中的适用性。

应用水化学动力学法计算磐石地下水系统渗透系数

应用水化学动力学法求水文地质参数是将化学热力学、化学动力学与地下水动力学理论相结合．计算水中矿物的离子活度嘶和饱和指数β1，建立渗透系数(K)与α、β1，之间的数学关系式，并结合水文地质条件，求渗透系数(K)。磐石市地下水中Ca^2+、Mg^2+、SO4^2-和Cl-活度及其相应矿物方解石、白云石、石膏和石盐的饱和指数的变化趋势与渗流场特征一致。将计算区划分成6个区,计算出α、β1，及化学反应速率常数k1，求得各分区的K值。计算区K值变化在10．78～26．91m／d之间．与抽水试验法求得的渗透系数值吻合良好。利用水化学动力学法计算水文地质参数不但可以弥补局部地区由于缺乏抽水试验资料而难以确定水文地质参数的困难,同时可减少抽水试验工作．获得可现的经济效益。

黄河下游傍河水源地开采对水循环影响的研究

通过建立地下水流模拟模型,对傍河开采给黄河下游地下水循环、侧渗量及径流量带来的影响进行了分析。结果表明:①在黄河下游悬河段建立11个傍河取水的地下水源地,有利于水资源的多年调节和合理开发利用;②傍河取水改变了地下水的循环途径,有利于水资源的合理转化,有利于“三水”转化和改善水质;③傍河水源地大规模开采不会对黄河径流量产生明显影响。

地下水化学动力学法在大庆前进水源地求参中的应用

大庆前进水源地自20世纪80年代运行以来,随着开采活动的加剧,地下水系统状态已发生改变,水资源重新评价势在必行。依据已有水文地质和水质分析资料,运用地下水化学动力学理论和方法,通过水化学指标(组分活度α、矿物饱和指数β)的计算分析,结合有限的抽水试验资料,分区计算出渗透系数K、导水系数T、地下水实际流速U、渗透速度V和地下水年龄t等5项水文地质参数,定量的认识水文地质条件,认证了水源地泰康组承压含水层具有渗透性强、导水性强、地下水循环交替快、可更新能力强等特点。不仅为地下水资源评价提供了参数,也为水源地持续合理地开发管理提供了定量依据。

135MW全浸式蒸发冷却电机定子的绝缘结构

为了将拥有我国自主知识产权的蒸发冷却技术应用于高电压、大容量的汽轮发电机,并作为主力机组,需要解决定子绝缘结构的合理设计问题。全浸式蒸发冷却定子需要利用蒸发冷却介质的绝缘性能,大幅度减薄定子主绝缘的厚度,实现冷却与绝缘的双重功效。为此运用有限元数值仿真理论,首先详细计算并分析了该冷却方式下的定子绝缘结构内的电场与温度场,总结其分布规律与特点,证明了135MW全浸式蒸发冷却汽轮发电机主绝缘减薄的的合理性与可能性。这些仿真计算的结果通过了试验模型的检验,是合理可靠的,在此基础上提出定子主绝缘厚度的合理设计值以及对应的电流密度。研究结果值得国内制造业的借鉴。

中国北方山丘区城镇地下水资源可持续利用——以吉林省磐石市为例

如何使有限的地下水资源发挥其最大的综合效益,保障城镇社会经济的可持续发展是山丘区中小城镇当前面临的重要问题。以实现磐石市城市地下水资源可持续利用为目的,建立地下水流数值模型,以地下水位降深、埋深为约束条件,优化市政供水开采布局,进行地下水资源开发潜力评价,进而提出了城市地下水资源可持续开发利用对策。

衡水市地下水流数值模拟

通过对衡水市地下水系统特征的分析,建立了水文地质概念模型,并用FEFLOW建立三维地下水流数值模拟模型。应用识别与校正后的模型预测不同开采方案下的地下水动态。对于浅层地下水,方案1水位下降速率最慢,方案4水位下降速率最快;对于深层地下水,方案2水位最高,下降速率最慢,方案3水位最低,下降速率最快。从地下水资源可持续利用角度考虑,按方案2规划开采比较合理。

中国中部典型半湿润半干旱区近40年来气候变化特征

以新密市为例对中国中部典型半湿润半干旱区近40年来的气候变化特征进行分析。针对新密市1971-2010年年、季平均气温、蒸发量及降水量采用线性倾向估计、累积距平、Mann-Kendall检验方法进行趋势变化及突变分析。得出近40年来中国中部典型半湿润半干旱区气候变化特征表现为年、季平均气温持续上升,年平均气温线性变化率为每10年0.44℃,平均气温约上升了1.8℃;年、季平均蒸发量反而呈波动式减少趋势;年平均降水量并没有明显的增加或减少趋势,各季节降水量变化趋势各异。这些变化特征与全球变暖背景下我国范围内整体的气候变化趋势基本一致,但是各季节气候特征的年代际变化稍有差异。