中国地面沉降及其需要解决的几个问题

我国地面沉降主要出现在东、中部 1 7个省市 ,总面积超过 5× 1 0 4 km2 ,同时在 1 7个省市出现成因上与它有关的地裂缝 ,危害是多方面的。沉降发生在经济高速发展的东部地区 ,造成的危害和损失也更大。我国地面沉降有下列特点 :过量开采地下水是主要原因 ;各土层变形量既与其压缩性有关 ,也与它本身的厚度有关 ;砂土变形基本特征是压缩过程中总的应力与应变关系为非线性 ,压缩变形以塑性变形为主并包含有蠕变 ;水位恢复到开采前水平 ,沉降仍在继续 ,存在滞后等。从目前研究 ,特别是模拟研究的现状出发 ,指出存在 8个方面的不足 ,进而提出需要研究解决的 6个科学问题 ,为提高我国的研究水平献策。

我国地面沉降若干问题研究

地面沉降主要有(1)由过量开采地下水引起的和(2)在新构造活动构造沉降的基础上,由开采地下水、油气、地下热水形成的地面沉降两种类型。不仅不同的土层有不同的变形特点,在不同地点的同一土层也有不同的变形特点。同一地点同一土层在不同时期的变形特点也不尽相同。建立数学模型时要根据土层实际变形特点分别建立相应的模型,才能模拟出真实的地面沉降情况。解决耦合问题和垂向、水平向尺度不同带来的困难也是正确模拟必不可少的。

多尺度有限元法在地下水模拟中的应用

本文详细介绍了多尺度有限元法的基本原理,并将其应用于非均质多孔介质中的流动问题,对水文地质参数按函数连续变化、渐变和突变3种非均质多孔介质中的二维地下水稳定流、非稳定流分别用多尺度有限元法和传统有限元法进行了计算。计算结果的对比表明,多尺度有限元法比传统有限元法有效,既节省计算量又有较高的精度。

三维非稳定流含水层储能的数值模拟研究

本文建立了一个三维含水层储能模型。它是由一个描述地下水运动的水流模型与一个描述含水层中热量运移的热量输运模型耦合而成。为了考察地下水的运动状态对含水层中热量输运的影响,地下水流被处理成三维非稳定流。该模型被应用于上海群井储能试验,储能模型用特征线Douglas-Brian ADI法求解。通过本模型与稳定流储能模型的结果相比较,发现本模型的结果较好,诸观测孔各时段的绝对误差均值为0.65℃,平均相对误差为3.43％。

元宝山露天煤矿地下水疏干数值模拟

元宝山露天矿水文地质条件复杂，矿坑疏干引起含水层疏干、边界移动、河流成了悬河为评价疏干水量及疏干所引起的矿坑及其周围地区地下水位的降低情况，建立了一个适合露天矿排水疏干的二维水流模型，对疏干引起的上述特殊问题提出了相应的处理方法，模型计算值与实际观测值拟合良好。

越流含水层系统地下水污染数值模拟

本文提出了一个越流含水层系统地下水污染的数学模型。模型考虑了与越流系统有关的主要因素,并从理论上导出了包括越流项、井流项、污水灌溉渗入、降雨、河流、湖泊等渗入项在内的各类源、汇项在对流-弥散方程中的具体表达式,并探讨了现行溶质运移问题中井点附近之所以出现不合理结果的原因。介绍了相应的数值方法。模型用来描述太原盆地地下水污染,Cl^-浓度和水位的计算值与野外观测值拟合得很好,表明模型是可靠的,具有很强的实用性。

海水入侵研究

过量开采地下水引起地下水位下降,使含水层中淡水水头低于附近咸(海)水水头是造成海水入侵的主要原因。地质条件对海水入侵的方式、途径起着一定的控制。海水入侵有其固有的规律。数学模型应考虑过渡带的存在,密度变化对液体流动的影响,降水入渗及潜水面变动对海水入侵的影响,防治应开源与节流并重。

山东龙口-莱州地区的海水入侵

大面积海水入侵(83.7—238.3km^2,占平原区总面积的18.6％—31.5％),宽1.5—6.0km过渡带的存在以及海水入侵区与地下水水位大幅度下降所形成的低于海平面的地区在分布上相互关联,是本区海水入侵的主要特点。阳离子交换则在海水入侵区地下水化学成分形成过程中起着重要作用。

面临21世纪的中国地下水模拟问题

本文在扼要介绍了我国地下水模拟的发展历程和现状后，着重探讨了面临２１世纪中国地下水模拟发展中存在的几个带全局性的关键问题及其对策：与先进国家差距问题；基础理论的实验研究重视不够以及轻视具体地质条件研究，过多依赖模拟技术的苗头；模型建了很多，但效果如何很少有人问津问题。最后探讨了今后地下水模拟的发展趋向。

龙口—莱州地区海水入侵含水层三维数值模拟

本文提出了一个三维海水入侵数学模型。研究较成熟的突变界面理论对我国不适用。我国有广阔的过渡带,必须采用国外尚不成熟的可溶混液体理论来考虑过滤带的存在。本模型考虑了过滤带内密度不断变化对液体流动的影响,降雨入渗和潜水面变动对海水入侵过程的影响,以及大流量抽水井的存在。模型用来描述龙口市黄河营地区的海水入侵。Cl^-浓度和水位的计算值和野外观测资料拟合得很好(氯离子浓度绝对误差的均值为46.13mg/L和55.67mg/L;水位绝对误差的均值为0.24m和0.081m)。文中详细描述了使用的模型、数值方法,并对浓度分布的计算值和观测值进行了详细的比较和分析。

地下水数值模拟在我国——回顾与展望——为《水文地质工程地质》创刊40年而作

地下水数值模拟在我国——回顾与展望——为《水文地质工程地质》创刊４０年而作薛禹群吴吉春（南京大学地球科学系，南京２１００９３）今年《水文地质工程地质》将迎来它创刊４０周年。４０年来，它为发展我国的水文地质工程地质事业，提高我国水文地质学和工程地质学的...

含水层贮热能研究——上海贮能试验数值模拟

本文提出了一个承压含水层的三维对流-热弥散模型。该模型的控制方程中不仅包含传统的对流和传导项,还有热弥散项,后者在许多著作中常被忽略掉。模型用来描述上海贮能试验场的一系列含水层贮能试验(单井灌水试验,对井灌水-回采试验,群井灌水-回采试验)。温度计算值和野外观测资料拟合得很好(相对误差2.8—4.5％)。文中描述了使用的模型,并对温度分布的计算值和观测值进行详细比较。

地下水数值模拟和电模拟中存在的问题

本文指出了在地下水数值模拟和电模拟中，国内普遍存在的５个问题，并进行了讨论。

含水层中海水入侵的数学模型

提出了考虑过渡带的适合潜水含水层和承压含水层的海水入侵数学模型,导出了相应的方程和定解条件。经实例验证,模型是合理和可靠的。

数值模拟是反映客观规律和定量评价的重要手段——兼评几种流行看法和有关问题

70年代初以来,随着电子计算机和数值计算方法的发展,数值模拟逐渐取代传统的模拟技术成为定量评价的主要手段;水量计算、评价地下水资源量都离不开它,还可以用它来研究地下水的合理开发和地下水资源的科学管理。

水文地质数值法存在的问题及其对策

本文提出了水文地质数值方法当今存在的两大带有全局性、根本性的问题，并针对这些问题指出了解决途径。

我国地面沉降模拟现状及需要解决的问题

我国现有模型有下列特点:水流模型都是准三维模型,模型中的参数都是常数,沉降模型采用线弹性模型,水流模型和沉降模型的耦合分二步进行。因此,模型还存在难以精确刻画由弱透水层释水引起的地面沉降,不符合准三维模型的应用条件。水流方程应是一个变系数的动态水流方程,渗透系数、贮水率不应视为常数。土层压缩非线性,有蠕变、塑性变形存在,沉降模型采用线弹性模型不适合,对土层厚度变化大的地区沉降模型必须是三维的,滞后现象必须克服。如何描述引起地裂缝的水平位移,分两步进行的耦合不合适,要做到水流模型与沉降模型的真正耦合等八个方面的步骤。本文提出分三步进行的解决方案:首先采用三维水流模型,以便不仅给弱透水层建立方程,还能考虑它的各向异性,参数值能随着土层的变形沉降而不断改变。沉降模型为能考虑蠕变、塑性变形的非线性模型;水流模型和沉降模型要做到能真正耦合。其次,解决滞后问题。最后,建立三维沉降模型,考虑水平位移和地裂缝问题。

中国地下水数值模拟的现状与展望

回顾了中国地下水数值模拟的发展历程,指出了当前地下水模拟研究领域中存在的问题：基础理论的实验研究重视不够;过多依赖模拟技术,盲目追求软件的版本和模拟结果的可视化程度;轻视水文地质问题和条件的研究;以致于取得的成果跟踪性的占多数,原始创新的很少等。因此作出地下水数值模拟的展望,并指出该领域今后十年（2011-2020年）优先发展的8个研究方向。

多孔介质中热量运移问题研究

本文描述多孔介质中热量运移的基本特征,指出在基本方程中考虑热弥散是必要的,提出了解这类问题的两种数值法,介绍了一个三维对流——热弥散横型,用于描述上海含水层贮热能试验及其模拟结果。

关于稳定井流模型和Dupuit公式的讨论——对陈崇希教授“商榷”一文的答复

由于忙于其他方面的工作，没能定期阅读《水利学报》，因而不清楚《水利学报》开展了有关稳定井流模型和Dupuit式的讨论，陈崇希教授2010年8月发表于《水利学报》的文章（文献[1]）也迟至近日才看到，因而迟复了。甚歉!兹就有关问题谈谈个人的看法。