含水层越流情况下基坑降水引发变形机理及控制措施

在天津等沿海地区,地层中通常分布有多个承压含水层,由于隔水层厚度不均匀,且常包含粉土、粉砂透镜体,各含水层间存在水力联系的现象较普遍。天津某地铁车站基坑开挖前的降水试验中,基坑外水位发生大幅下降,实测地连墙侧移与坑外地表沉降分别达到允许变形的29.0%和73.5%。基于此案例,采用三维有限元对含水层越流情况下基坑降水引发的变形机理、规律和影响区进行研究,并对降水引发坑外沉降的控制措施进行了对比研究。结果表明,含水层越流导致基坑内外存在水力联系时,坑内降水引发的坑外沉降由支护结构侧移和水位下降共同导致,沉降区根据诱发机理可分为两部分,距基坑2倍降水深度以内为支护结构侧移和水位下降复合影响区,以外为水位下降影响区。降水井底部弱透水层高渗透性引发越流将增大坑内水位降深,从而增大地连墙变形及其引发的坑外沉降。地连墙墙趾处弱透水层高渗透性引发越流将增大基坑内外水力联系及坑外沉降,但会减小地连墙变形。对于含水层越流风险高的地层,疏干降水建议采用“深浅井”方案以更好地实现按需降水和基坑变形控制;回灌和加深止水帷幕截断基坑内外水力联系均可较好控制坑外水位下降,但切断水力联系会导致支护结构侧移增大,对于复合影响区内沉降控制效果较回灌差,且成本相对较高。研究成果以期为软土地区复杂水文地质条件下的基坑降水变形控制提供参考。

Aquifer Test计算越流承压含水层水文地质参数方法研究

为了准确评价越流承压含水层地下水资源量,探寻一种简便精确计算水文地质参数方法成为关键性问题。利用清丰县八里庄水源地勘探项目非稳定流越流承压含水层抽水试验资料,采用Aquifer Test软件,根据越流承压含水层非稳定井流理论,计算承压含水层的水文地质参数,并对其计算结果与采用数值模拟方法所得结果进行比较分析。结果表明:Aquifer Test软件对水文地质参数的计算简便快捷,计算结果符合水文地质实际情况,是合理选择越流承压含水层水文地质参数较为精确的方法。

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。

越流含水层系统地下水有毒元素污染数值模拟——以太原盆地地下水汞污染为例

提出了一个越流含水层系统考虑弱透水层吸附作用的地下水污染数学模型．模型应用于太原盆地地下水中汞污染的数值模拟，水位拟合误差为０．４０７～０．５０ｍ，汞离子浓度拟合误差小于４％～５％．表明模型可靠、合理，为定量预测越流含水层系统地下水污染提供了科学手段．

越流含水层中抽水井附近非达西流动模型的数值解

该文研究了以Forchheimer定律为基础的越流含水层中抽水井附近非达西流问题,获得了该条件下水位降深的数值差分解,分析了非达西流、越流和井储对水位降深的影响。结果表明:在不考虑井储影响时,抽水初期越流补给对水位降深影响较小,不同越流补给情况下的水位降深曲线相互重合;抽水后期,越流补给强度越大,水位降深越小。考虑井储影响后,在抽水初期不同越流补给和非达西流动条件下的水位降深曲线相互重合且在双对数坐标下为一直线,含水层的水位降深规律与不考虑井储情况下一致。非达西流动剧烈程度对水位降深的影响与越流补给强度有关。当越流补给较小时,紊动越剧烈(即非达西流动越明显),抽水初期的水位降深越小,而在抽水后期的水位降深越大;当越流补给较大时,整个抽水过程中紊动越剧烈水位降深越小。

咸/卤水入侵越流含水层的数值模拟:以山东省莱州湾南岸为例

本文建立了咸/卤水入侵条件下考虑越流的地下水数学模型.该模型能同时考虑地下水密度与动力粘滞系数非线性变化的影响,高浓度梯度存在对水流运动造成的影响,水岩间的阳离子交换和越流作用.此外,为了提高计算速度,还设计了特征后退点的快速搜索算法并引用了对数Kriging插值方法,效果显著.本文提出的模型应用于描述莱州湾南岸多层含水层的咸—淡水界面运移特征,模拟效果良好.还应用与求逆问题时不同的数据对模型进行了验证.拟合与验证结果均表明,该数学模型是可靠的,合理的.

江苏新沂市越流含水层的地下水资源评价

中国利用越流含水层作为城市供水水源地的实例并不多见。本文根据实际开采资料，利用伽略金（Ｇａｌｅｒｋｉｎ）有限元法计算当补给层水头变化时越流含水层的地下水资源，并提出水位预测的方法。还利用补给层的水量平衡评价越流含水层开采量的保证程度，预测了新水源地投产后对老水源地的影响。本文对于正确认识越流含水层的地下水资源特性及其在城市供水中的意义有重要参考价值。

海潮引起有越流的滨海承压含水层地下水头变化的数值模拟

海潮波动可以引起海岸带有越流的承压含水层地下水头发生波动。建立了基于有限差分法的滨海地区一维承压含水层地下水运动数值模型。通过将潮汐波动概化为正弦波,分别对初始水头水平及线性倾斜的承压含水层模拟了滨海地区有越流的承压含水层地下水头随潮汐波动的变化。通过对两种情形下的变化比较,结果表明,受海潮影响的滨海承压含水层地下水头与海潮有相似的波动特征,但变幅减小,受海潮的影响程度与离海岸的距离有关,随着离海岸距离的增加,地下水头的变幅及潮汐效率呈负指数函数衰减,水头倾斜情形下变幅更小,潮汐效率更小,滞后时间更短,地下水头对海潮的滞后时间随距离呈线性增加。

侧向有限越流承压含水层中非完整井非稳定流模型及解析解

工程建设中当距离抽水井r=rb处水位基本没有变化或不受抽水影响时,或当此处存在止水帷幕时,含水层系统视为侧向有限延伸,rb为有限半径。为此,构建更加符合工程实际的侧向有限延伸的典型弱透水层-承压水层系统中非完整井非稳定流计算模型,同时考虑井径和井储效应的影响,应用Laplace变换和分离变量法得到了水位降深在拉氏空间下的解析解,并应用拉氏数值逆变换Stehfest法得到真实空间下的水位降深。新建立的解析解可以进一步退化为诸多已有解,并进一步将其与已知解和有限元数值解进行对比,验证了所得解的正确性和可靠性。基于新建解重点分析了侧向边界和井的完整性对承压水层水位降深的影响。结果表明:含水层系统的侧向有限边界仅对抽水后期的水位降深影响明显,含水层系统侧向无限延伸情况下的水位降深要大于情形1(在r=rb处为定水头边界)且明显小于情形2(在r=rb处为不透水边界)下的水位降深,rb越小,两者之间的误差越大;抽水井的完整性对整个抽水期间不同情形下的水位降深均有明显的影响,承压含水层顶板处的水位降深随着抽水井滤管的长度和埋深的增加而减小。

常规越流承压含水层影响半径计算方法之改进

影响半径是一个有争议的概念,针对不同含水层和计算模型各有不同的计算方式,而在工程应用中常使用理论依据不甚明确的经验公式。针对可形成稳定流的越流承压含水层,展开对确定其影响半径的常用方法即3个及以上观测孔稳定流阶段降深-距离直线图解法的分析,认为这一方法容易造成工程师对影响半径的误判,指出其易于误读之处并对使用该法提出了修正建议。

越流承压含水层不稳定流问题有限差分法的稳定条件

证明了一维承压越流含水层系统不稳定流问题差分格式的稳定性条件．显式差分格式的稳定性条件是Δｔ｛４Ｔ／［μ（Δｘ）２］＋ｂ／μ｝≤２，隐式格式是无条件稳定的．以河间地块一维承压越流含水层为例，根据给出的稳定性条件进行了数值计算，结果表明，在满足稳定性条件时，其计算结果符合实际．

基于弱透水层影响的越流含水层系统溶质运移模型研究综述

越流含水层系统由于分布广泛、开发潜力大等特点而被大量开发利用,针对其溶质运移模型的研究具有重要的理论价值和现实意义。越流含水层系统溶质运移模型经历了纯对流模型、对流弥散模型和考虑水-岩相互作用的对流弥散模型的发展历程,近年来由黏土构成的弱透水层中的溶质运移问题受到持续关注,建立考虑弱透水层影响的越流含水层系统溶质运移模型成为溶质运移领域的研究热点。对目前基于弱透水层影响的越流含水层系统溶质运移模型方面的研究进行了综述,重点分析了弱透水层中的弥散作用、水-岩相互作用、固结作用、非达西渗流等对越流含水层系统溶质运移的影响,并指出弱透水层中溶质运移规律定量描述、非达西渗流与溶质运移模型的耦合、水动力弥散系数的测定及其尺度效应等方面的研究还需要进一步加强,是未来该领域的重要研究方向。

越流含水层井群系统地下水流的边界元数值模拟

本文提出一种求解越流含水层井群系统的边界元方法。该法把抽水井井壁作为内边界,通过积分处理,不需要对井壁内边界进行剖分,通过推导求得水头H及其法向导数的边界积分方程,离散化后得到求解该积分方程的一组线性代数方程组、该法用于实例计算表明,计算精度较高。

基于Trefftz法的沿海越流含水层系统地下水研究

利用Trefftz法并结合时空配点法对沿海越流含水层系统的承压地下水暂态模型进行初步研究.采用分离变量推导越流含水层地下水控制方程的Trefftz基底,并通过迭加以获得满足控制方程的近似解.基于时空坐标系统,求解越流含水层系统承压地下水的暂态流动.运用该方法将数值解与解析解进行精度对比研究,验证Trefftz法对越流含水层系统地下水分析的可行性.随后,针对沿海地下水进行数值模拟,并与有限差分法进行比较分析,结果不仅准确地描述了地下水波动特性,更进一步说明Trefftz法在沿海越流含水层系统地下水研究的适用性.

完整井抽降水引起的侧向有界越流承压含水层变形解析研究

考虑含水层在侧向有限延伸(有界),即在距离抽水井r=R(R称为有界半径)处存在补给源(如回灌源)使得地下水水位在该处没有变化或不受抽水的影响,进而基于完整井抽水的特点,在平面应力假定的基础上,从Biot固结方程出发,应用Laplace变换得到了非稳定流完整井抽水作用下,侧向有界越流承压含水层的竖向位移和径向位移的解析解,并重点分析了不同侧向边界对完整井抽降承压水引起的含水层变形的影响。结果表明:侧向有界承压含水层的竖向变形要小于侧向无界承压含水层,而侧向有界承压含水层的径向变形大于侧向无界承压含水层;随着有界半径R的增大,侧向有界承压含水层的竖向变形和径向变形越接近于侧向无界承压含水层,抽水影响的范围也随之越大,且侧向有界承压含水层的最大径向变形的位置也越远离抽水井。该理论可为基坑承压水控制提供依据。

第一类越流含水层系统定流量井函数近似求解程序

本文在实际供水水源地水文地质勘察水资源评价计算中,摸索并编制了地下水不稳定井流的第一类越流含水层系统定流量井函数近似求解程序,具有一定的使用价值。第一类越流含水层系统定流量井函数是一个复杂的无穷积分函数,一般难以求得其精确解,其实在实际计算结果中不必要很高的精度。利用有限的等对数间距梯形分割近似求解积分值即井函数,适合井函数本身特征的求解,截取的误差在分割求积中得到补偿,精度完全可满足水文地质实际计算需要。程序简单易行,求解速度快,失去微小误差却换来了高效率。程序适用一般微机计算。

越流含水层中抽水井附近非达西流两区模型近似解析解

构建了越流含水层中抽水井附近非达西流动的两区模型,即距离抽水井较近的区域为非达西流,而相对较远区域为达西流,两区之间的临界半径可根据临界雷诺数确定.采用线性化近似方法和Laplace变换相结合分别得到了非达西流区域和达西流区域的水位降深在拉氏空间下的解析解,应用数值Laplace逆变换—Stehfest方法得到其在实空间下的水位降深,并与相应的全达西模型和全非达西模型进行了比较,结果表明:在抽水初期不同临界半径情况下非达西流区域的水位降深曲线互相重合,并与全非达西模型所得到的结果相吻合;在抽水后期的结果与全非达西流模型存在明显的差异.在抽水初期,非达西渗透系数kD越大,非达西流区域和达西流区域的水位降深越大;在抽水后期,kD越大,非达西流区域水位降深越小,而kD的变化对达西流区域的水位降深影响较小.越流补给在非达西流情况下对水位降深的影响与达西流情况下的结果基本类似,且只存在于抽水后期.考虑井储影响后,不同kD和越流补给因子BD情况下抽水初期井中的水位降深在双对数坐标表现为直线且相互重合.

MT3D—通用的三维地下水污染物运移数值模型

定量研究污染物在地下水中的运移过程通常采用数值模拟方法。MT3D是一套基于有限差分方法的污染物运移模拟软件,近年来在国外水文地质和水环境模拟等领域的研究中已经得到较为广泛的认可。MT3D比较全面地考虑了污染物在地下水中的对流、弥散和化学反应等过程,可以灵活处理各种复杂的源汇项和边界条件,能够准确模拟承压、无压和越流含水层中的污染物运移过程。MT3D具有模块化的程序结构、灵活的求解方法以及全面的模拟功能,非常适合实际问题的研究,值得在国内推广使用。

Relationship between Hydrogeological Structure and Groundwater Exploitation Capacity in Aquifer of the Basin of Cai Phan Rang River, Ninh Thuan Province, Viet Nam

This article presents the results of dividing the hydrogeological structure zones in aquifer of Cai Phan Rang river basin, Ninh Thuan province, Viet Nam, and the relationship between parameters of hydrogeological structure zones with water storage capacity of hydrogeological structure. Research results divided hydrogeological structure of Cai Phan Rang River Basin into four zones, including three zones with depression bedrock and one zone with slope bedrock, and the results assessed： （1） specific discharge of exploitation well is proportional to zone area of hydrogeological structure; （2） specific discharge of exploitation well is inversely proportional to slope of bedrock surface, slope of water level in zone and area of drainage surface of hydrogeological structure zone; （3） water level fluctuation in zone is proportional to slope of bedrock surface, slope of water level in zone and inversely proportional to distribution area of zone; （4） total mineralization of water is proportional to bedrock surface slope and water level slope in zone, and inversely proportional to drainage surface area of zone and volume of structural depression. Research results are practical significance in solutions proposal to increase exploitation capacity for various water use purposes.