隧道工程建设对华蓥山中部岩溶地下水环境的影响

华蓥山中部地质构造复杂,碳酸盐岩广泛出露,已建的地下工程均遭遇了不同程度的涌突水灾害并对地下水环境造成了一定程度的影响,华蓥山现有岩溶研究精度、广度无法满足工程建设的需要,亟需系统全面地分析岩溶涌突水原因及其对地下水环境的影响。文章通过野外调查与收集整理大量地下工程涌突水资料,运用地下水系统理论方法,分析了华蓥山背斜地下水径流特征、已建的G42华蓥山隧道及绿水洞煤矿工程活动对地下水环境的影响,研究了新建广邻快速公路华蓥山隧道对岩溶地下水环境造成的潜在影响。结果显示:已建地下工程活动使得华蓥山中部天池向斜岩溶槽谷及绿水洞背斜内的诸多泉点、暗河减流或断流,对地下水的影响范围面积约为29.6 km~2,仅G42华蓥山隧道泄水洞每年排水量约为94.60×10^(4)~730.00×10^(4)m^(3);计算得出新建广邻快速公路华蓥山隧道正常涌水量约12.05×10^(4)m^(3)/d,新建广邻快速公路隧道施工对岩溶地下水位的影响范围在东北—西南方向上为1.0~2.1 km,对绿水洞背斜两翼栖霞组、茅口组内地下水位的影响范围在东北—西南方向上为1.5~2.0 km,对隧道北侧岩溶地下水有一定程度影响,而对隧道南侧饮用水源地水量及天池湖水影响微弱。该研究成果可为华蓥山及川东平行岭谷区线路选线、岩溶隧道涌突水预测、生态环境保护提供一定的科学参考与理论支撑。

晋祠泉域岩溶地下水防污性能评价与水质保护区划分

晋祠泉域岩溶水是太原市生活和工农业生产等重要的水源。文章以新划分的晋祠泉域岩溶水系统为评价对象,在欧洲方法及“水量脆弱性评价”的基础上,选取包气带厚度、入渗补给强度、上覆地层岩性及岩溶含水层的富水性4个指标,进行泉域岩溶水系统防污性能评价及水质保护区划分。结果表明:泉域泉源保护区主要分布在晋祠公园及周边;一级保护区主要分布在汾河主干流、西山山前碳酸盐岩裸露区,屯兰川、天池河及柳林河碳酸盐岩渗漏段等;二级保护区主要分布在泉域北部、汾河北岸等;准保护区主要分布在汾河南岸、东南部的太原盆地地区等。

广安市华蓥山—铜锣山地区岩溶地下水富集模式研究

岩溶地下水是广安市华蓥山—铜锣山农村地区的主要水源之一,研究区内地下水富集模式对于地下水资源勘察和开发利用具有重要的现实意义。针对广安市华蓥山—铜锣山地区,基于水文地质调查,对水样进行采样和测试分析,通过分析地层岩性、地形地貌、地质构造、地下水形成条件、径流特征等因素.

基于用高斯分布生成管道的岩溶地下水流数值模拟

为更精确地模拟岩溶区地下水运动,以贵州省黔西南普安县某岩溶水文地质单元为研究区,用基于有限单元法的FEFLOW软件建立研究区岩溶管道等效多孔介质耦合地下水流数值模拟模型。模拟中,在地质条件控制下应用高斯随机分布生成地下暗河的管道,用非稳定三维地下水运动的偏微分方程描述等效多孔介质水流运动,用Manning-Strickler方程描述管道水流运动,将导水断层处理为强渗透条块,将落水洞汇水范围的降水入渗系数设置为1,将泉水处理为定水头的抽水井。流场模拟结果显示,25个观测点计算水位与实测水位关系的决定系数可达到0.9985,纳西效率系数达0.9982,极接近于1;表明基于这些处理建立的地下水模拟模型反映了岩溶地下水运动特征,具有较强的仿真能力,可用于提高岩溶区地下水资源评价精度。

清江流域岩溶地下水金属元素来源解析及健康风险评价

岩溶地下水是清江流域居民生产生活的重要水资源,甚至是部分地区唯一水源,因此揭示岩溶地下水金属元素来源及人群暴露的健康风险尤为必要。文章以清江流域岩溶地下水为研究对象,分析了46组岩溶地下水样品中10种金属元素(Al、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Cd、Mn和As)。利用多元统计分析和正定矩阵因子分解模型(PMF)对清江流域岩溶地下水金属元素分布特征、潜在来源及贡献份额进行分析,并利用健康风险评价模型评价金属元素通过不同摄入途径对成人和儿童暴露的潜在健康风险。结果表明,定性分析与PMF定量解析结果较为一致,定性结果表明,Co、Cu、Pb、Mn和Al主要受原生地质作用影响,Ni和Cd主要受工业活动影响,As主要受农业活动影响;PMF模型的定量结果显示,研究区主要有5大影响因子,因子1为矿业活动,平均贡献率为14.4%,因子2为轻工业生产活动,平均贡献率为26.3%,因子3为农业活动,平均贡献率为19.3%,因子4为道路交通作用,平均贡献率为17.8%,因子5为原生地质作用,平均贡献率为22.2%。居民通过饮用途径暴露的总健康风险高于皮肤渗入途径,成人通过饮用途径暴露的健康风险低于儿童,但成人通过皮肤渗入途径暴露的健康风险高于儿童。Cr是引起健康风险的主要致癌金属元素,在清江流域岩溶地下水资源开发利用时应重点关注。

典型西南岩溶地下水抗生素污染指示因子识别

我国南方岩溶地区是全球三大岩溶集中分布区之一,由于岩溶地区独特的含水层结构,其地下水极易受到地表污染。为了探明岩溶地下水中抗生素污染空间分布的主控因素,厘清抗生素浓度与水化学参数的相关关系,进而识别岩溶地区水环境中抗生素污染的指示因子,以西南典型岩溶地下河系统为研究对象,利用超高效液相色谱串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS)分析了35种抗生素浓度。结果表明:研究区共检出了30种抗生素,包括3种四环素类(<检出限(MDL)~421 ng/L)、5种大环内酯类(28.3~884 ng/L)、9种磺胺类(2.50~30 ng/L)和13种喹诺酮类(19.5~1807 ng/L)。其中,大环内酯类和喹诺酮类抗生素是研究区检出的主要抗生素,其空间分布特征主要受污染源和稀释作用控制。研究区水化学类型包括HCO_(3)-Ca·Mg型和HCO_(3)-Ca·Na·Mg型,抗生素浓度在不同的水化学类型中存在显著差异,HCO_(3)-Ca·Na·Mg型水样中抗生素浓度显著高于HCO_(3)-Ca·Mg型(2~10倍)(Mann-Whitney检验,p<0.05)。同时,Pearson相关性分析结果表明,三氮(硝氮、亚硝氮与氨氮浓度之和)、总有机碳(TOC)、Na^(+)、Cl^(-)浓度与单一抗生素浓度、不同种类抗生素浓度、抗生素总浓度均呈显著正相关(r=0.81~0.99,p<0.05,N=7~8)。相比三氮、TOC和Na^(+),Cl^(-)在环境中性质更稳定,是岩溶地区地下水系统中更可靠的抗生素污染指示因子。本研究为受县级污水处理厂和农村生活废水排放影响的岩溶地区抗生素污染识别与污染预测提供了理论依据。

人工神经网络在我国西南地区岩溶地下水污染评价中的应用

岩溶地下水是人类生活的重要用水来源,预测岩溶地下水污染水平对可持续开发利用地下水资源和保护岩溶地区生态环境具有重要意义。为获取更可靠的岩溶地下水污染水平预测结果,利用我国西南部典型岩溶区105组地下水样品,在内梅罗综合污染指数评价量化结果基础上,分别采用BP(Back Propagation)神经网络、SVM(Support Vector Machine)和T-S(Takagi-Sugeno)模糊神经网络进行地下水污染等级预测,比较不同人工神经网络污染评价预测结果的可靠性。利用90组岩溶地下水样品进行人工神经网络训练,剩余15组岩溶地下水样品进行污染等级预测比拟。结果表明,BP神经网络模型预测结果与内梅罗综合污染指数评价结果相似性为80%,SVM相似性为73.3%,T-S模糊神经网络相似性为66.7%。BP神经网络预测的岩溶地下水污染等级结果与内梅罗综合污染指数评价量化结果最为相近,且优于SVM和T-S模糊神经网络预测结果。基于此,在我国西南部岩溶地下水污染评价研究中,建议优先选用BP人工神经网络进行岩溶地下水污染水平预测。

放射性同位素^(14)C测年在岩溶地下水中的应用及研究进展

放射性同位素^(14)C测年是获取岩溶地下水水文地质参数,探索岩溶地下水运移状态,评价其可持续利用的重要手段。搜集已公开发表的放射性同位素^(14)C文献资料和相关研究实例,对其主要来源、循环过程、测年原理、分析方法以及在岩溶地下水研究中的应用等内容进行系统论述。研究表明,目前放射性同位素^(14)C主要用于测定岩溶地下水年龄,通过地下水年龄分布和不同来源的同位素占比,科学识别地下水补给源、估算地下水补给速率、合理评估地下水的更新能力等,再现岩溶地下水运动过程,进而计算运移过程中同位素交换率,判断发生的岩溶作用程度,可示踪地下污染来源,揭示地下水污染质的迁移规律,可为水资源利用和环境评价提供关键性的依据。然而,在使用放射性同位素^(14)C测年的过程中,仍存在样品采集、处理流程不规范,仪器精度有限、测试价格昂贵、检测结果波动性大等问题。^(14)C测年范围有限,作为示踪剂指示作用单一,无法测定出过于“年轻”或者“古老”的岩溶地下水年龄。此外,地下水的运动过程中自然成因的“死碳”混入和人为因素的干扰也会造成测年结果的偏差,现有的校正模型暂时无法解决该问题,相关理论也缺乏研究,这给实际应用和进一步发展造成一定的困扰。该文指出放射性同位素^(14)C测年在未来仍需加强理论的研究,规范样品采集、处理流程,注重测试技术的开发,以解决“死碳”混入和人为因素的干扰造成的测年结果的偏差,多种示踪剂联合使用,提高测年精度和广度。

岩溶地下水气压力监测在地铁隧道中的应用

为了对地铁隧道穿越岩溶发育区地质环境进行监测预警,文章分析了广州凤凰南路凤马盾构井所处岩溶水文地质条件,采用基于岩溶地下水气压力监测技术,对凤马盾构井周边岩溶地质环境敏感触发因子-岩溶地下水的实时高精度监测,实现了对地铁隧道及周边工程导致岩溶地下水气压力异常的监测预警,提出了岩溶发育区地铁隧道安全运营管理监测预警响应机制。监测数据表明,监测点能够对凤马盾构井施工导致的岩溶地下水气压力异常进行有效的实时高精度监测,实现了地铁隧道安全运营管理响应。

基于PLEIK模型的岩溶地下水防污性能评价——以贵阳市汪家大井泉域为例

岩溶地下水资源是中国西南地区经济发展的重要基础。对岩溶地下水进行防污性能评价是合理开发及保护当地地下水资源的有效方法。汪家大井现为贵阳市东郊水厂取水地,是区域内重要的供水水源,对其进行地下水防污性能评价有助于保障居民饮用水水源安全。通过构建研究区PLEIK模型,在考虑保护性盖层(P)、土地利用类型(L)、表层岩溶带发育程度(E)、补给类型(I)及岩溶网络发育程度(K)5个评价因子的基础上,对汪家大井泉域岩溶地下水防污性能进行定量评价。结果表明,研究区内地下水防污性能以较好和中等的区域为主,分别占总面积的23.69%和42.11%;防污性能较差和好的区域次之,分别占总面积的18.54%和15.53%;防污性能差的区域最少,约占总面积的0.13%;表层岩溶带、含水层岩溶网络及土地利用类型是影响该区域岩溶地下水防污性能的主要因素。其研究结果可为该地区地下水环境保护及污染防治提供一定的参考。

贵州岩溶地下水水文地球化学特征

贵州碳酸盐岩广布,岩溶地下水资源丰富,是本地区生产生活用水的主要来源。本文以贵州岩溶地下水为研究对象,选取2012-2021 a期间具有代表性的2170件岩溶水点水质分析成果作为统计分析基础,分析总结区内岩溶地下水水文地球化学特征。研究结果表明,区内岩溶地下水水化学类型以HCO_(3)-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca及HCO_(3)·SO_(4)-Ca型水为主,地下水离子组分主要受岩石风化作用控制,主要阴离子HCO_(3)-、SO_(4)^(2-)和阳离子Ca^(2+)、Mg^(2+)及其含量均表现出与含水岩组地球化学性质相对应的关系,地下水径流过程中以方解石和白云石的共同溶解为主,同时部分地下水化学性质受自然地理及人为因素影响较大。

顾北煤矿岩溶地下水动态特征及放水试验设计

随着煤层向深部开采,煤层底板岩溶水害成为威胁矿井安全生产的主要因素。本文以顾北煤矿中央A组煤采区C3I组煤层底板灰岩水为对象,通过井下放水试验,结合矿井水文地质条件,分析各含水层地下水动态变化特征,结果表明:A组煤层底板岩溶水为高矿化度Cl-Na型水;岩溶水温低于地温,推测无深部灰岩水补给;寒武系和奥陶系灰岩含水层通过露头区风化带与太灰含水层产生一定水力联系;中央采区与周围采区之间水力联系较弱,为一相对独立水文地质单元。在以上基础上,设计了中央采区放水试验,为A组煤层安全开采提供依据。

滇东富源地区岩溶地下水水化学特征及控制因素

岩溶地下水是滇东富源地区工农业生产及居民生活饮用水的重要供水水源,为支撑区内岩溶地下水资源的合理开发利用及保护,系统采集了区内68组岩溶地下水样品,综合运用水化学分析、氢氧同位素分析以及多元统计分析等方法,对岩溶地下水水化学特征、氢氧同位素特征及影响因素进行了研究。结果表明:研究区岩溶地下水pH平均值为7.69,总体上呈弱碱性。水化学类型主要为HCO_(3)-Ca和HCO_(3)-Ca·Mg型,少部分为HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型。主要离子中除Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)以外,其余各离子均表现出很强的空间变异性。区内岩溶地下水微量组分Sr质量浓度为30.00~3150.00μg/L,平均值为522.38μg/L,其中有40件岩溶地下水样品中Sr质量浓度达到了锶矿泉水的界限标准。此外,部分样品中Fe、Mn和Al含量较高,超过了Ⅲ类水质标准。区内岩溶地下水主要为当地大气降水补给,溶质组分主要受到碳酸盐岩溶解、人类活动以及阳离子交换作用的影响,但是阳离子交换作用总体上较弱。水化学组分中Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_(3)^(-)以及Sr主要来源于碳酸盐岩矿物的溶解,Cl^(-),K^(+), Na^(+)主要来源于生活污水,而Fe、Mn、Al以及SO_(4)^(2-)主要来源于采煤活动产生的酸性废水,NO_(3)^(-)主要来源于农业施肥活动。因子分析表明,碳酸盐岩溶解、生活污水排放、采煤活动和农业施肥这4个因素对岩溶地下水水化学的贡献率分别为45.85%、22.24%、21.51%和10.40%,说明了人类活动对岩溶地下水水质有着不容忽视的影响,需要有针对性地采取防治措施。

隧洞施工和持续干旱对岩溶地下水影响的定量评价

隧洞施工和持续干旱导致岩溶地区地下水位大幅下降会造成严重的生态和环境问题。因此,定量评估两种因素共同影响下的岩溶地下水系统响应有助于施工单位和居民采取有效应对措施。研究采用离散管道-连续介质耦合模型方法,建立了考虑动态施工条件下的九龙岭长隧洞工程区岩溶地下水三维数值模型,并通过工程区水文地质资料和监测钻孔水位数据对模型进行校准,用控制单一影响因素方法分别评价了在2022年8月至2022年10月隧洞施工和极端干旱两种因素对区域岩溶地下水系统的影响。结果表明,研究区域均衡期内地下水位受干旱影响范围占研究区域面积的55.43%(约649.72 km2),是隧洞施工影响的35.1倍,持续干旱是造成研究区域大面积地下水下降的主要原因;随着干旱持续,隧洞沿线整体地下水位下降受干旱影响较大,但在少量局部洞段隧洞轴线上方(如距隧洞入口14~15 km、18~19 km段)水位下降是受隧洞突涌水不同程度的影响;通过对研究区域地下水水量平衡分析发现,在均衡期内干旱影响的补给减量约为824.5万m^(3),明显多于隧洞涌水造成的地下水流失量,持续干旱对研究区域地下水的影响最大。本文阐明了在隧洞施工和干旱共同影响下岩溶地下水系统扰动的时空演变特征,研究成果可为岩溶区地下工程影响评价提供参考依据。

基于突变理论的乌江干流思南段岩溶地下水开发利用风险评价

水资源的储备和利用程度极大地影响着人类社会的发展.乌江干流思南段岩溶地下水资源丰富,但地下水埋藏较深,利用率较低.突发的极端干旱天气及长期的“三废”排放量增加,使得区域内可利用的岩溶地下水资源面临严峻挑战.本研究围绕地下水开发利用风险问题,基于突变理论,建立地下水开发利用风险评价指标体系,综合考虑区域自然背景条件、地下水开发现状和社会经济发展3个方面因素,将研究区划分为8个水资源子评价区,并设置了包括目标层、准则层(7项指标)和指标层(13项指标)三级指标评价体系,运用综合风险值5级评价方法进行地下水开发利用风险评价.评价结果表明,研究区地下水资源开发利用的综合风险值为0.8345~0.9271,处于中险—重险范围,地下水开发风险较大,各评价区域风险排序为:Ⅳ<Ⅰ1<Ⅶ<Ⅱ<Ⅵ<Ⅰ2<Ⅴ<Ⅲ.评价结果可为区域地下水可持续开发利用提供理论依据.

仁怀茅台清草坝岩溶地下水系统污染特征及成因分析

赤水河支流清草坝溪沟岩溶地下水受到污染,本文通过水文地质调查、水质采样分析、物探等方法进行综合研究,查明研究区存在两条独立的岩溶地下水系统,确定了主要污染因子,并指出污染源主要为酿酒作坊和煤矿污水,提出了源头控制、末端处理的修复建议,对防治该岩溶系统污染具有借鉴意义。

广西西林县岩溶地下水分布特征及开发利用分析

本文首先通过了解西林县区域地质构造和岩溶区地貌,并全面阐述西林县岩溶地区各含水岩组富水性特征、地下水补、迳、排和动态变化以及富集规律等分布特征,其次分析岩溶区地下水开发利用现状,地下水开发利用存在开发利用难度较大、利用率低和管理不善等问题及原因。地下水开发利用可采用堵、围、提、引等途径,可解决岩溶地下水资源时空分布不均及干旱季节缺水问题。最后提出几点解决开发利用问题的对策和建议。要解决西林县岩溶区干旱问题,开采潜力较大及丰富岩溶地下水资源能得到合理有效的开发利用,关键是充分发挥政府主导作用,切实加强农村饮水工程建设工作,多渠道保障建设及维护资金投入,切实解决西林县岩溶地区干旱枯水季节缺水及农村饮水安全问题。

典型非均质岩溶地下水污染治理新思路及关键技术

地下河系统具有“快补快排”、流量动态变化剧烈等特征,岩溶发育的不均匀性和地下水径流的集中性,给传统地下水污染治理造成极大困难和风险。本文以贵州典型岩溶地下水系统为研究单元,在分析类似非均质条件下岩溶地下水污染治理工程思路、措施和成效的基础上,从原生的岩溶水文地质条件出发,以经典地下水动力学为基础,遵循地下水补给、径流和排泄特征,研究典型非均质岩溶地下水污染治理新思路及关键技术。提出:通过改变地下河系统补给、径流和排泄条件,可达到减少地下河出口流量的目标,治理工程主要是小规模的地下和地表“线性”工程,不占用基本农田、不破坏植被,对研究区内的生态环境影响极小。可采取上游“引排”、中游“排水隧洞+地下水导流钻孔”、下游“集中收集-处理”的治理新思路。该治理新思路的成效能够达到经济、生态环境的“双赢”。

山东省泰安市岩溶地下水系统划分及循环模式分析

为细化岩溶水系统划分,以更加精细地进行岩溶水资源开发与利用,对山东省泰安市岩溶地下水系统进行厘定,分析了其岩溶水循环模式。结果表明:泰安市岩溶地下水资源丰富但分布不均,依据划分原则与方法,可划分为2个一级岩溶水地下水系统,6个二级岩溶地下水系统;岩溶水循环模式分为单斜盆地循环模式和岩溶断块循环模式两类,不同循环模式具有相对不同的循环特征与规律。依据水文地质条件不同,岩溶水循环可分为浅、中、深三种循环机理。

基于SSA-RBF神经网络模型在岩溶地下水位预测中的研究

以武汉地区岩溶地下水位精准预测为研究对象,建立了基于奇异谱分析方法(SSA)改进的RBF神经网络时间序列预测模型:首先利用SSA对地下水位实时监测数据进行去噪处理提取水位变化趋势,再利用径向基(RBF)神经网络时间序列模型对去噪后的数据进行预测。选取2020-2021年武汉地区的岩溶水位数据进行处理分析,结果表明:①基于SSA改进的RBF神经网络模型较单独使用RBF神经网络模型预测精度提高了50%;②SSA-RBF神经网络预测模型在岩溶地下水位的预测方面表现良好,对未来24小时岩溶地下水位的预测误差最大不大于0.2 m,预测精度达到99%以上。