地下水库工程设计导则关键技术问题分析

为规范和指导地下水库设计,促进水利高质量发展,水利部启动了地下水库工程设计导则的制订工作,为地下水库工程领域内首部技术标准。文章介绍了标准制订的必要性,结合国内外地下水库技术研究成果,重点探讨了水文地质勘察、建库条件评价、工程规模及库容的确定,回补和开采方式,防渗、截污和防淤措施,以及监测内容等关键技术问题,并对标准提出了期望和建议。

煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关研究成果已应用于现场工程实践,确保了煤矿地下水库安全稳定运行。

沿海中小河流域地表-地下水库联合调控洪水资源利用研究:Ⅱ.实例应用

以山东半岛乳山河流域为例,构建了时、日、月多时间尺度嵌套的乳山河流域地表-地下水库联合调控模型,通过对地表水库泄流、河道闸坝控制水位、地表-地下水库供水等调控规则的优化,提出了地表-地下水库联合调控洪水资源利用方案。研究结果表明:在洪水来临之前通过地表-地下水库联合调控抬升河道控制水位、加大地下水库供水比例、增加河道入渗量,可将地表水库多余水量适时转移到地下水库,腾空地表水库拦洪库容,有效增加流域洪水资源利用量;联合调控方案下,乳山河流域洪水资源的丰(2007年)、平(1994年)、枯(1967年)年,洪水资源利用量分别增加了846.96万、728.77万、106.35万m^(3),验证了地表-地下水库联合调控模型的实际应用效果。

大柳塔煤矿地下水库水化学特征及来源解析

【目的】煤矿地下水库具有储存和净化矿井水的功能,深入理解水库水体的水化学特征及形成机制是大规模开发矿井水处理技术的重要前提。【方法】以神东大柳塔煤矿地下水库为对象,通过对水库进出水水样采集测试与分析,结合离子比值法、多元统计分析(包括相关性分析和主成分分析)和正矩阵分解模型等方法,分析了水库水体的水文地球化学特征及组分来源。【结果和结论】结果表明:(1)与水库进水水质相比,出水处水体的固体悬浮物(SS)、电导率(EC)、溶解性总固体(TDS)、Fe^(3+)、Mn^(2+)等重金属指标明显降低,且沿着水流方向上Na^(+)、Cl^(-)含量逐渐增加,Ca^(2+)、Mg^(2+)含量逐渐降低,水化学类型由进库的Cl·SO_(4)-Ca型向出库的Cl·SO_(4)-Na·Ca型和Cl·SO_(4)-Na型转变。(2)水库内垮落岩石主要为泥岩和砂岩,其矿物成分包括石英、正长石、钠长石、伊利石、高岭石、绿泥石、石膏和黄铁矿等,发生的水文地球化学作用主要包括矿物溶解(即岩盐、硅酸盐和石膏溶解)、阳离子交换、吸附和沉淀以及混合作用。(3)水库水体的水化学组分主要受矿物溶解和阳离子交换作用(F1)、离子的吸附和沉淀作用(F2)、不同水源的混合作用(F3) 3种因子控制,三者对水库水体离子质量浓度的平均贡献率分别为57.2%、22.0%和20.8%。(4) F1对Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和HCO_(3)^(-)质量浓度的贡献率依次为86.9%、78.8%、79.2%、79.7%、74.0%、74.8%;F2对Fe^(3+)和Mn^(2+)质量浓度的贡献率分别为83.9%和70.3%;F3对Mg^(2+)质量浓度的贡献率为84.9%。研究成果为深入理解煤矿地下水库水质净化机理提供了理论支持,并为优化矿井水处理技术和实现水资源可持续利用提供了技术指导。

新疆温泉地下水库成库水文地质条件分析

新疆博尔塔拉河流域水资源短缺且时空分配不均,用水过程与来水过程不相匹配,修建地下水库对水资源优化配置具有重要意义。对新疆温泉县地下水库从水文地质条件、水源与水质、储水条件、补水条件、取水条件、生态环境条件等方面进行了全面分析,基本明确了温泉县地下水库“渗得进、存得住、取得出”的建库基本条件。初步讨论了地下水库的回补、取水方式,平均每天需回补量为41.64×10^(4)m^(3),所需渗渠最小面积为11.90×10^(4)m^(2),全年人工回补量为4837×10^(4)m^(3);取水方式采用地下集水廊道自流式取水工程,运用隧洞稳定涌水模型计算出不同含水层厚度下的廊道长度,提出合理的回补工程布置方法,为地下水库建设提供设计依据。

浅谈地下水库发展的若干问题

地下水库的概念由最初纯粹考虑水文地质方面的内涵,逐步发展为具备水资源方面的作用。地下水库将是我国继地表山区水库、平原水库之后兴起的又一类重要的蓄水水利工程。文章主要从地下水库的基本概念、地下水库发展现状、地下水库的优势、地下水库的基本分类、地下水库的成库条件、地下水库发展的问题及地下水库发展的展望简明分析地下水库发展的若干问题。

有坝地下水库工程实践与生态环境效应分析

利用地下坝形成人工地下水库是开发利用水资源、解决与地下水有关的地质环境问题的重要方法。文章论述了有坝地下水库的组成和分类,国内外有坝地下水库的发展历史、应用现状和前景。以山东省王河地下水库工程为例,分析了有坝地下水库的蓄水效益、水环境改善效益,以及有坝地下水库带来的负面生态环境效应。

关于地下水库若干问题的思考

地下水库可实现水资源的枯丰调节,是一种“存得进、蓄得住、取得出”的新型生态水利工程,具有广阔的发展前景。在地下水库研究和项目推进中,涌现了很多问题,为了解决这些问题以推动地下水库工作顺利开展,从水文地质和水资源可持续利用的角度出发,深入剖析,理清问题思路,创新性地解析地下水库与水源地的关系、地下水库库容的确定,分析地下水库补-采平衡、补水-取水工程的位置分布,阐述对泉水的认知。研究成果对于指导和推进地下水库前期工作具有重要的现实意义。

黄河流域山东段地下水库建设研究

黄河流域是中华文化的源头,也构成中华文明的基石。受自然禀赋等因素限制,黄河流域山东段的生态环境一直面临着自然资源禀赋不足及承载能力弱的双重制约,水资源的保障形势严峻。为了更好地解决用水问题,通过建设地下水库,可调整水资源时空分布不均、缓解洪涝灾害、提升水资源的使用效率。文章通过分析黄河流域山东段建设地下水库的必要性和可行性,提出地下水库的建设方案和实施途径,以期为缓解黄河流域水资源问题提供参考借鉴。

ASR技术模式在我国地下水库工程建设应用中面临的问题与应用展望

相比地表水库工程而言,地下水库工程是通过人工干预改变地下水补给量或排泄量来调节库容,在水资源战略储备和地下水资源保护等方面均有一定的优势。国内外地下水库工程已有一定数量和规模,但国外建设的地下水库工程广泛地应用了ASR(含水层存储与回用)技术模式,而国内则由于存在成本效益比不清晰、回灌堵塞技术未突破、环境影响不确定、回灌水源不足以及缺少政策法规指导等原因,尚无应用案例。然而,无论是在城市供水和水资源调蓄,还是水质涵养及战略储备上,建设采用ASR技术模式增压回灌的地下水库工程仍具有重要意义,具有较好的发展前景。

对三工河流域山前地下水库开发利用的初步认识

本文从三工河流域不同水文地质单元区的地下水动态分析入手,对流域大力开发山前地下水库,造成其水位持续下降对潜水溢出带环境的改变和水位最终保持稳定的现象进行探讨分析,结合流域生态环境趋于良性发展的现实,从保护流域生态环境和社会发展的角度出发,提出开发三工河流域山前地下水库必须保持潜水溢出带有相对较高的稳定水位,山前地下水库中心控制开采水位在数值上应不低于潜水溢出带处的地面高程。

松散介质型地下水库地下水系统特征与库容计算分析探讨

以两城河地下水库为例详细评价松散介质型地下水库的基本地质条件、建库条件以及地下水库地下水系统特征,探讨地下水库库容计算方法,首次在松散介质型地下水库工程建设项目中引入三维模型体积法与数值法相互验证、同步计算库容,其方法应用简单、科学、实用,结果可信度高,在相关类似地下水库的建设中应用前景非常广阔。

沈阳市地下水库建设的技术可行性分析

地下水在我国尤其是北方地区城乡供水中占较大比例。地下水库因具有地表水与地下水资源联合调控、多年调蓄、水资源战略储备及应急供水等功能而受到越来越广泛的关注。在分析地下水库基本结构的基础上,提出了建设地下水库的基本条件,并以沈阳市为例进行分析,给出了论证地下水库补给水源、补给区、地下水库储水空间估算及开采条件的具体分析与计算方法。最后利用建立的地下水流数值模型,模拟预测了地下水库建成后分别按常规水源与应急水源两种方式所产生的供水规模。结果表明,在研究区建设地下水库具有较高可行性。

邢台百泉岩溶水地下水库蓄水构造分析

本文通过对地下水库基本概念内涵的再认识,分析了百泉岩溶水地下水库蓄水构造的封闭条件、库容条件、水量交换条件及可利用条件等4个基本条件。同时对百泉岩溶水地下水库建设的回灌水源进行了分析,认为百泉岩溶水地下水库建设是可行的。

煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析

参考借鉴地面水库坝体抗震安全评价的相关研究,构建了煤矿地下水库相似材料模型平台,进行了不同烈度条件下的动力破坏试验研究,并利用摩尔库伦模型对坝体在地震作用下的动力响应进行了数值仿真,研究了坝体的地震破坏形态、抗震薄弱环节以及影响因素;同时对同等条件下的地面水库坝体进行了模型试验和数值模拟,对比分析了地下水库与地面水库的抗震安全性。结果表明:物理模型试验和数值模拟得到的动力响应较为接近;在地震波逐级加载的过程中,由于受到顶底板约束,煤矿地下水库坝体晚于地面水库坝体进入塑性工作状态,验证了煤矿地下水库坝体较地面水库坝体具有更好的抗震安全性。在此基础上,提出了煤矿地下水库坝体安全系数概念,对比分析了同条件的煤矿地下水库坝体和地面水库坝体的安全稳定性。

大柳塔煤矿地下水库建设与水资源利用技术

为解决神东矿区因高强度大规模开采引起的生态环境脆弱与水资源匮乏的问题,基于对煤矿水灾的防治和井下水资源的保护与合理利用,提出了利用煤矿井下采空区对水资源进行"转移、净化、储存和利用"的地下水库水循环利用关键技术。大柳塔煤矿利用此技术建成了我国第一个具有立体空间网络的庞大的地下水库水资源保护与循环利用工程系统,实现了水资源的高效循环利用,既解决了矿井水灾问题,又创造性地保护了井下水资源,为我国浅埋煤层绿色开采开辟了新途径。

地下水库调蓄水资源的研究现状与展望

地下水库是水资源人工调蓄领域中的热点问题,在水资源开发、利用与保护方面都独具功效,是实现水资源可持续利用的重要途径之一。我国目前应该大力开展对地下水库相关理论问题与实践技术的研究工作,逐步建立和完善指导实际工作的理论方法和操作性强的应用规范。地下水库技术对于我国干旱、半干旱地区、岩溶山区、滨海地区、地下水超采区的水资源可持续开发具有十分重要的意义。

北京西郊地下水库模式研究

在水文地质条件分析的基础上,探讨北京西郊地下水库调蓄工程的模式。北京西郊位于永定河冲洪积扇的中上部。文中首先论述了北京西郊的水文地质条件和水库的边界条件,地下水库的面积为333 km2,以1983年为最高水位,计算出地下水调蓄库容为8亿m3。地下水库的补给源主要有永定河洪水、官厅水库放水和弃水、用水低峰时南水北调的尾水、城市雨水等,主要调蓄方式为河道、砂石坑和大口井。提出了地下水库工程由回灌水预处理工程、回灌工程、地下水库工程和取水工程等组成,根据北京市西郊水文地质条件、水源以及回灌条件,提出了北京西郊地下水库调蓄工程的三种模式,阐述了各种模式的空间分布、调蓄水源、调蓄方式等,为地下水库工程前期论证和建设提供设计依据。

关中盆地秦岭山前地下水库调蓄功能模拟研究

本文从水资源开发利用与社会经济环境协调发展角度出发 ,分析研究了关中盆地秦岭山前地下水库调蓄条件下调蓄方式 ,依据野外实际调查测试的数据 ,利用有限元和有限分析数值模拟技术对地下水库的调蓄功能进行了模拟 ,在此基础上 ,对地下水库调蓄的效益进行了分析。得出关中盆地秦岭北坡地下水库调蓄条件优越 ,水量丰富 ,蕴藏着巨大的开发利用潜力 ,开展该区地下水库人工调蓄是挖掘水资源潜力、增大可供水量和涵养地下水源、改善生态环境的重要途径 ,对维持黄河流域地下水可再生性 ,缓解黄河断流有重要意义。

地下水库的概念和设计理论

本文介绍了地下水库的基本概念,提出了地下水库的储水介质分类法。在完善地下储水空间和水源两个基本建库条件的基础上,补充了地下水库的可持续、环境和生态3个建库条件。文中以王河地下水库为例,提出和介绍了地下水库的动态设计法,并认为地下水库的基本设计理论包括6个方面:地下水库建库理论、地下水水文学理论、地下水库回灌和开采理论、地下水库建筑物设计理论、地下水库环境保护设计和环境影响评价、地下水库经济效益分析和评价。