MODFLOW-CFPv2 模型在岩溶隧道突涌水及对地下水环境影响中的应用: 以云南鹤庆锰矿沟岩溶水系统为例

滇中地区构造复杂、岩溶发育,隧洞突涌水及泉流量衰减是隧洞施工过程中最棘手的问题之一。锰矿沟岩溶水系统岩溶管道化程度高,岩溶裂隙与岩溶管道2种含水介质差异显著。采用MODFLOW-CFPv2双重介质数值模型对锰矿沟岩溶水系统展开数值模拟研究,精细刻画岩溶管道与引水隧洞,进而掌握隧洞施工对地下水流场影响以及泉流量变化的规律。结果表明:(1)MODFLOW-CFPv2模型能够刻画岩溶地区复杂的地质结构,较好地模拟研究区地下水位的动态特征和岩溶泉流量响应特征。(2)在强排工况下隧洞单位长度最大涌水量为164 m^(3)/(d·m),单位长度稳定涌水量为69 m^(3)/(d·m),锰矿沟岩溶泉流量也出现显著下降的趋势,在模拟期内平均泉流量从天然条件下1578 L/s下降至1098 L/s,总体减少了30.4%;峰值泉流量从2133 L/s下降至1375 L/s,减少了35.5%,强排工况施工会对隧洞工程施工和地下水环境造成显著影响;限排工况下隧洞单位长度最大涌水量为39 m^(3)/(d·m),单位长度稳定涌水量为24 m^(3)/(d·m),隧洞单位长度涌水量显著降低,锰矿沟岩溶泉流量的下降趋势也得到了一定程度的改善,模拟期内平均泉流量降低至1284 L/s,减少了18.6%,峰值泉流量降低至1617 L/s,减少了22.1%。采用的MODFLOW-CFPv2双重介质模型具有较精确刻画岩溶区管道、溶洞、裂隙共存的高度非均质岩溶水系统的能力,能够定量评价香炉山隧洞施工对锰矿沟岩溶水系统地下水流场及泉流量的影响,为香炉山隧洞工程的突涌水灾害防治提供参考依据,也为岩溶地区复杂地质条件下地下水研究提供借鉴经验。

便携式锂钾分析仪现场测定热泉水中的锂

锂是绿色能源和轻质合金的理想原料,作为一种重要的战略性资源而备受各国重视。热泉水中富含锂,储量可观,然而热泉水主要分布在西藏、云南等偏远地区,样品运输与实验室测试成本高、效率低,锂资源勘查急需现场分析技术的支持。热泉水一般含有较高浓度的钠、钾等元素,基体效应显著。本文利用自主研发的便携式锂钾分析仪,搭配负性滤光片,选择锂的分析谱线波长670.78nm,通过优化测量条件,建立了标准曲线法与标准加入法现场测定热泉水中锂元素的分析方法。实验结果表明,当电解质是体积分数为1.5%的盐酸,工作电流为70mA,进样流速为3.0mL/min时,锂检出限为4.07μg/L,相对标准偏差(RSD)为1.03%。对热泉水样品进行加标测试,加标回收率为81.6%~115.9%。当热泉水样品基体组成较简单时,直接采用标准曲线法即可获得较准确的分析结果;当样品基体组成较复杂或者基体浓度高时,采用标准加入法可有效地减小基体效应,获得的分析结果相对更准确。本方法适用于不同类型基体的热泉水中锂含量的分析测试。

邢台百泉泉域岩溶地下水流场演化

为探讨邢台百泉泉域岩溶地下水流场的演化,基于前辈们多年研究成果和相关部门长期监测数据,对泉域岩溶水系统近50年地下水位和流场变化特征进行总结。结果显示,泉域岩溶水系统经历了20世纪80年代之前的天然状态、80年代到2015年地下水位阶段性持续下降和2016年之后地下水位阶段性回升3个主要阶段。与之对应,岩溶地下水流场经历了天然状态、流场分化和流场恢复3个主要阶段。进一步研究表明,驱动泉域岩溶地下水流场演变的直接因素是补给项和排泄项变化所造成的补采失衡。20世纪80年代以来,地下水持续超采所引发的地下水漏斗驱使着岩溶地下水流场的分化;2016年以来,南水北调引江水对岩溶地下水的置换压采,则主导了岩溶地下水流场的恢复和地下水位的上升。

丽江黑龙潭泉群流量模型与断流分析

黑龙潭泉群是丽江古城的重要水源,泉水断流严重影响丽江城市发展。本文通过分析黑龙潭泉域的水文地质条件,表明九子海环状构造具备形成泉水的蓄水构造特征,是黑龙潭泉水的泉源;通过分析黑龙潭泉群出水/断流特征与降水的关系,明确了大气降水是黑龙潭泉群的重要补给源;黑龙潭处于九子海环状蓄水构造边界的上部缺口,以此建立了泉群流量分析水文模型,通过泉群流量与区域降水量实测统计分析,确定了维持黑龙潭泉群不发生断流的临界降水量,可为断流年份黑龙潭生态补水方案设计提供依据。

汾河源区雷鸣寺泉流量预测与水环境特征分析

为加强汾河源区内水资源与水环境研究工作,本文构建了雷鸣寺月泉流量的灰色GM(1,1)预测模型,采用单因子评价法、综合污染指数法及内梅罗污染指数法,对汾河源区水源地水质状况进行分析评价。结果表明,雷鸣寺泉流量稳定在0.028~0.391m3/s,年内月平均流量最大值与最小值分别出现在7月与12月。源区内北石沟、大庙沟与雷鸣寺下游水质均未达到水功能区水质标准,水环境受到污染。研究成果可为区域优化水资源配置提供理论支撑。

太行山低山区泉水涌流规律试验研究

通过系统监测,对冀南太行山区泉水流量的日变化和季节变化进行了试验研究,建立了泉水流量典型日变化模型。研究发现,泉水流量与土壤热通量密切负相关,均为以24小时为周期的正弦曲线,二者最大相关系数达到0.93,土壤热通量在相位上提前3个小时左右。泉水流量的季节性增加主要由降水补给。

极端降水条件下北京西山黑龙关泉响应研究

2012年7月21日,北京房山区发生特大暴雨,暴雨从21日10时开始到22日2时结束。总降雨量达228mm,是北京60年一遇暴雨。暴雨后,黑龙关泉域岩溶水系统内的各种水资源要素都对其形成积极响应。依据岩溶地下水位统测、区域地质构造以及地貌条件综合分析黑龙关泉地下水系统补、径、排。研究黑龙关泉地下水系统对7.21洪水响应。从地下水位、地表河流、泉水水量、岩溶地下水化学分析7.21洪水前后变化情况。降水后,大石河流量最大达221m^3/s,水化学类型中带硫酸根离子的样品数显著增加。7月15日,实测黑龙关泉水流量为0.31m^3/s,7月21日上午实测为0.30m^3/s,25日分别对大石河的黑龙关泉口上、下游进行实测,获得泉水流量为3.47m^3/s,到29日降至2.34m^3/s,流量变化较为剧烈,与大石河水对岩溶水的补给密切相关。为进一步研究北京黑龙关泉域岩溶水的变化规律和岩溶水资源评价及合理开发利用提供了科学依据。

新乡市百泉泉水流量动态预测与资源评价

运用BP神经网络理论和方法,建立了河南省新乡市百泉泉水流量动态的BP神经网络模型,并与逐步回归模型和灰色模型进行了比较,结果表明:BP神经网络模型的预测值与实测值最为接近,拟合效果明显优于逐步回归模型和灰色模型的拟合效果,三者的相对误差分别为0.961%、10.734%、5.664%。根据三种模型的预测结果,利用周期分析法和补偿开采的观点评价百泉泉域裂隙岩溶地下水可开采资源为3.25 m3/s。

关于龙门石窟景区泉水间歇性断流影响因素的分析

景区内大部分泉水受东西向断裂控制,东西向断裂是常村煤矿、龙门煤矿与泉水联系的重要通道,矿井中的地下水大部分为煤层底板的石炭系灰岩及寒武系白云岩中的岩溶水,在采矿过程中遇到导水断裂造成矿井突水,引起地下水位下降,泉水动态主要决定于煤矿排水量的大小;在双层结构水文地质区,供水井开采地下水可引起浅层水与深层水发生补排关系,是泉水动态变化的间接影响因素。煤矿排水占全区总排水量的80.2%,供水井抽水占全区总排水量的19.8%,因此,影响龙门石窟景区泉水断流的主要因素为矿井排水,供水井开采是泉水断流的次要因素。

胶东半岛温泉的地热特征

胶东半岛位于欧亚板块与太平洋板块边缘内侧 ,是地壳长期稳定缓慢隆起地段 ,区内地质构造发育 ,大部分温泉出露在背斜核部 ,NE、NNE向与NW、NNW向断裂交汇处。地热系统属中低温深循环对流型 ,略为偏高的大地热流是其主要热源 ,地表水是地下热水的补给水源 ,地下水通过发育在花岗岩和变质岩中的断层或断裂破碎带 ,下渗和深循环对流 ,在径流过程中不断吸取围岩热量成为热水 ,沿断裂上升过程中 ,与地下浅部裂隙水混合而成为化学成分各异 。

应用SPSS分析降水年际年内变化对泉水动态影响——以济南明水泉域百脉泉群为例

该文以济南明水泉域百脉泉群为例,运用SPSS软件,采用皮尔逊(pearson)相关系数法,分析了大气降水年际变化、年内变化对泉水流量及水位的影响。分析表明:前一年降水及前二年降水量与泉水流量呈强相关关系,当年降水对泉水流量影响相对较小,呈中等相关关系;当年降水与前一年降水与泉水水位为强相关关系,前二年降水影响略小,为中等相关关系;泉水月流量与前2、3个月降水有较强的相关性,泉水水位则与前2个月大气降水具有中等相关性。丰水年及平水年泉流量、水位高峰值在时间上较降水的高峰值推迟1~3个月,泉水水位最大日升幅一般滞后某一次大的降水过程之后1~2天。

基于偏最小二乘法的泉流量预报模型

偏最小二乘回归能较好地解决自变量之间的相关性问题,克服了变量多重相关性在系统建模中的不良作用.同时用这一方法建立的泉流量模型,可进行流量预报.且以黑龙洞泉为例,通过计算、拟合、分析,说明建立的泉流量模型具有较好拟合性和稳定性.

三姑泉流量动态特征及衰减原因研究

为确保三姑泉域岩溶水资源的可持续开发利用,开展三姑泉流量研究是非常必要的。在充分分析三姑泉多年泉流量、降水量及岩溶水开采量等的基础上,对三姑泉流量动态特征和衰减原因进行了研究。结果表明,三姑泉流量动态特征整体上呈下降趋势,导致三姑泉流量衰减的主要因素为大气降水减少、人工岩溶水开采和采煤排水。

基于管道流模型的岩溶含水系统降雨泉流量响应规律——以贵州后寨典型小流域为例

为深入研究高度非均质岩溶含水系统的补给、运动机理,以贵州后寨岩溶典型小流域为例,运用管道流程序(conduit flow process),基于后寨岩溶典型小流域实际的降雨流量资料,建立降雨泉流量响应理想模型,对不同落水洞补给位置、不同渗透系数和给水度组合情况下的降雨泉流量互相关系数曲线陡缓程度和峰值特征进行研究。研究结果表明:含水介质参数的改变远没有补给位置不同对互相关系数曲线的改变程度高;在不同渗透系数和给水度组合情况下,短距离排水互相关系数峰值可接近1,而远距离排水互相关系数峰值最高仅为0.4。野外实际研究区分析也表明,短径流路径下降雨流量互相关系数峰值高达0.7,而长径流路径下降雨流量互相关系数最大为0.4。辅以必要的水文地质调查,降雨泉流量互相关曲线可用来分析管道径流路径等岩溶含水系统水动力特征。

柳林泉水化学特征及动态分析

柳林泉由100多个泉点组成,水质类型复杂、水温变化大。本文将其分为五个泉组,分别对各个泉组的水化学、水温及动态特征进行了分析,阐述了它们的分布规律及变化特征;对泉群流量的动态变化进行了相关分析、趋势分析和周期分析。结果表明:自东向西,泉水水质逐渐变差,水温逐渐增高,泉水动态渐趋稳定。位于三川河南岸的泉点水温低,水质好;北岸的泉点水温高,水质差。泉流量的总体变化趋势呈指数曲线形式衰减,变化周期为16年,主要影响因素是降水入渗、河流渗漏及人工开采。

泉林泉群泉流量演化与泉水景观流量研究

本文通过对泉林泉域的水文地质特点的调查,收集了泉林泉群30多年的泉流量资料,分析了泉水的成因;根据泉流量的历史演变过程,划分了泉水喷涌的历史阶段,并分析了不同阶段影响泉水流量衰减的主要因素,降雨是泉水衰减的自然因素,现状条件下深层地下水的开采是泉流量衰减的主要人为因素;在对地下水位和泉流量历年数据相关性分析的基础上,建立了地下水位与泉流量的数学模型,以泉群的出露标高为底限水位,计算出了不同预警条件下泉水喷涌的景观流量,保证四大主泉眼喷涌的地下水位为133.45m,此时泉林泉群的景观流量为8.12万m^3/d,保证泉林泉群全部泉群喷涌的地下水位是134.13m,此时泉林泉群的景观流量为10.89万m^3/d。该成果对于保障泉林泉水持续喷涌、泉群生态环境健康、泗河源头水源地供水安全具有重要的意义,为泉域地下水及泉水的管理、保护、预警等提供基础数据支持。

玉泉山泉九龙山-香峪向斜的水文地质意义

玉泉山岩溶水是北京市城市用水的主要水源。玉泉山泉水的补给,多数人认为来源于鲁家滩区、河北镇区以及军庄区岩溶水共同补给。岩溶水从军庄区(含永定河水的渗漏量)到达玉泉山要越过中间九龙山-香峪向斜。目前其向斜内钻孔所揭露的奥陶系碳酸盐岩顶板最大埋深1 669 m。就军庄区岩溶水是如何穿越九龙山-香峪向斜并补给玉泉山泉的,目前存在以下两种认识:岩溶含水层导水观点、军庄(永定河)断裂导水的观点。本文通过地质结构、地下水流场、岩溶发育机理以及水质组分含量的分析认为,军庄区岩溶水通过岩溶含水层越过深陷向斜到达玉泉山一带的径流路径存在较大的疑问,进而提出了首先通过上覆永定河松散层潜流过向斜轴部,而后在南部岩溶含水层隆起的红庙岭八大处背斜轴通过断裂破碎带二次进入岩溶含水层并向玉泉山补给的另一种可能路径。

一种水源热泵供水的理想水源——以重庆南温泉洗浴废水为例

水源热泵一般采用地下水作为水源,而长期抽取地下水将引起地面沉降、水质污染恶化,开辟新的水源热泵,具有十分重要的节能意义。温泉洗浴废水与一般的地下水相比,除水温不同外,还含有大量有机物、微生物。通过检测重庆南温泉洗浴废水水质,结果表明:废水钙镁离子含量、硫酸根离子含量超出了《浅层地热能勘查评价规范》标准,而浑浊度、矿化度、p H值、氯离子含量和二氧化硅含量均能满足水源热泵供水水质要求;有机物浓度较高,存在生物污染。如对此类废水采取相应的处理措施,水量稳定、水温高于常温的温泉洗浴废水不失为一种水源热泵供水的理想水源。

河南省龙门石窟泉群断流原因探讨

龙门石窟是我国珍贵的历史文化遗产,近年来,龙门石窟景区内的龙门泉群流量逐年变小,甚至出现断流的现象。文章通过对整个龙门泉域边界条件及性质、泉群出露条件与成因类型、泉水的形成条件、同位素与氟利昂技术及地下水开采现状等多方面分析研究,探讨了龙门泉群的形成及其间歇性断流、干枯的原因,提出龙门泉域岩溶水水资源合理发利用保护规划建议,为泉域地下水资源保护规划及治理提供科学依据。

一种太阳能热水器真空集热管爆裂阻水装置设计

太阳能热水器因其节能、环保的特点得到了广泛的使用。针对单根或多根真空玻璃集热管爆裂时,影响太阳能热水器整体系统不能正常工作的问题,设计了防太阳能热水器漏水的阻水构件——机械式弹跳装置。该装置能够在太阳能热水器真空集热管爆裂时及时阻止保温箱中的水持续外流,保证了未破损真空玻璃管的正常工作;在保温箱储水的情况下,可方便、快捷地更换真空玻璃集热管。该装置在集热管爆裂时,保证了使用者的正常生活需求;同时,减少了水资源浪费,防止了漏水对房屋结构的危害,节约了用户的生活成本;从整体上提高了使用者的用户体验。