库水位变化与降雨作用下库岸斜坡稳定性分析

三峡水库正常蓄水后,库水位在175-145m之间周期性波动,库岸斜坡地下水渗流状态将会发生较大的改变.可能导致斜坡失稳.本文采用数值模拟方法,以巴东县西壤坡为例,分析了在库水位升降与降雨联合作用下斜坡体内地下水渗流场的变化过程,通过渗流场与应力场的耦合模拟分析,探讨了库岸斜坡在水位变化及降雨作用下稳定性的变化特征.     

某电站溢洪道边坡运行期地下水渗流场特征数值模拟

西南某电站位于岷江上游河段,水库蓄水后库水位将抬升130余米,改变了边坡地下水原有渗流场特征及其排泄补给条件,使地下水位以下岩体的物理力学性质产生一定程度的变化,并将由此产生的孔隙水压力叠加于边坡上,库水位的升降也将引起动水压力的变化,所有这些必然对溢洪道边坡长期稳定性产生一定程度的影响,因此研究边坡运行期间地下水渗流场特征具有重要意义。文章在大量现场调查和室内分析的基础上,利用三维数值模拟技术,对溢洪道边坡在蓄水前、蓄水后以及库水位骤降后的地下水渗流场特征展开了详细的分析研究,取得了较为科学、合理、可信的研究成果。     

基于BP神经网络的岩溶水库渗漏评估——以贵州林歹迎燕水库为例

岩溶地区修建水库的渗漏问题是水库能否正常运行的瓶颈。岩溶区水库渗漏的影响因素复杂繁多,难以用具体的数学模型建立各参数之间的非线性关系,以定量评估水库的渗漏量。以贵州岩溶地区林歹迎燕水库为例,通过收集57个同类水库渗漏实例,在详细分析库区水文地质条件的基础上,构建了BP神经网络模型,利用其反向传递并自我修正误差的功能优势,定量预测评估迎燕水库的渗漏量。结果表明:迎燕水库的渗漏量约为0.003m3/s,与库区实际监测结果基本一致,表明BP神经网络模型可以有效地应用于岩溶地区水库渗漏量的评估,可为岩溶水库渗漏评价提供一种新思路,对我国岩溶地区水库修建的选址以及对邻近矿区地下开采的影响评估具有重要的参考价值。     

马官喀斯特地下水库的渗漏分析

通过对马官地下水库渗漏的大量野外勘测、观测、水化学资料的分析及库区喀斯特发育规律的研究,基本查清了马官地下水库渗漏的原因、渗漏的具体方位、渗漏量,探讨了库盆渗漏与蓄水年限、以及与地下水流的侵蚀、溶蚀的关系;根据研究结果,提出了马官地下水库防渗处理的几点措施。     

武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟

地表水-地下水交互带是地表水与地下水混合交换的重要区域，该混合特性也是识别其范围的难点。为确定地表水-地下水交互带的识别方法与变化特征，选取地表水-地下水相互作用明显的武汉市汉江-府河河间地块冲湖积平原为研究区，构建了研究区内的地下水数值模型，得到了研究区内地下水流场轨迹，分析了研究区区域和局部的水流系统，总结了地表水-地下水交互作用模式，并结合MODPATH模块追踪地下水流运动轨迹，识别地表水-地下水交互带及其变化特征。结果表明：研究区地表水-地下水完全混合交互带的范围在汉江顺流方向由40 m不断拓宽至180 m,沿长江流向地表水-地下水交互带范围整体缩小但保持在70～100 m范围内；粒子运动轨迹分析结果显示，影响地表水-地下水交互带范围与交互作用强度的因素主要有地形、地表水形态、含水层水文地质条件。该研究结果可为确认地表水-地下水交互带范围及其动态变化特征提供依据。     

填埋场井筒效应及其对污染监测井监测效果的影响

构建了填埋场渗漏条件下,含水层-监测井系统水流和污染物运移的代表性概念模型.利用等效渗透系数法描述双重介质系统中的水流运动和水头分布,而多孔介质溶质运移的ADE方程和管流的一维溶质运移方程被分别用来模拟污染物在含水层和井孔中的迁移和分布,最终形成了描述渗滤液渗漏条件下监测井-含水层系统中污染物迁移分布的控制方程.基于Fortan平台,编制了该方程的有限差分求解程序,应用该程序模拟分析了填埋场渗漏条件下,地下水监测井内部及周边水流和溶质的运动、井筒存在对水流和溶质运移的影响.结果表明：井筒效应影响井孔周边的局部地下水流场和浓度场,导致井孔内下部区域污染物浓度增大,井筒外一定区域浓度减小;井筒效应的影响随着径距增加而减小,当径距大于2倍含水层厚度时,井筒效应导致的监测误差最大不超过20%.井径对井筒效应的影响较为复杂,并非单调增加.在本案例中,井径小于0.1m时,井筒效应随着井径增大而增大;反之,当井径大于0.1m后,井筒效应导致的监测误差随着井径增大而减小.含水层渗透系数和比单位弹性贮水系数越大,井筒效应的影响越小.因此具有强渗透性且孔隙度更大的卵、砾石含水层中,井筒效应的影响更小;而对于弱渗透性或中等渗透性的砂土、砂黏土含水层,井筒效应对监测效果的影响更大.     

底泥盐分释放对北塘水库水质咸化的影响

为研究南水北调通水后,水源改变及水库调度对底泥盐分释放的影响,2005年7月,取0～60 cm深度的北塘水库原状底泥样品,在实验室内模拟分析不同底泥含盐量、不同蓄水水质及水位变动和扰动条件下底泥氯化物释放规律.结果表明,底泥中Cl-含量为0.043%,释放强度为0.12g/m2·d,Cl-含量越高,释放强度越大.在底泥含盐量相同的条件下,蓄去离子水的底泥Cl-释放强度是蓄水库水的1.87倍.扰动状态下,底泥中的Cl-有5.0%～9.5%释放出来,高于静止状态的3.2%～5.6%.水库运行水位发生变化,将影响底泥盐分的释放.1.0m水深条件下Cl-的释放量是1.5m水深的5.8倍.水库四周地下水中Cl-浓度为8.0×103～4.2×104mg/L,远高于目前水库水的Cl-,浓度.因此,一定要避免水库在低于设计低水位和周边地下水水位的条件下运行,防止底泥盐分释放及地下水反向补给造成水库水质的咸化.     

GMS在焦化厂地下水环境影响预测中的应用研究

通过对焦化厂酚氰废水来源、主要污染因子及污染景象分析,确定酚氰废水池为主要污染源,给出污染因子排放源强;根据某焦化厂水文地质条件和地下水特征,采用GMS模拟软件对地下水环境影响进行预测,模拟区地下水流场采用Modflow进行模拟,污染物运移采用MT3D模拟.预测结果表明,污染物泄漏到潜水含水层后,污染物检出面积和超标面积随着时间增长逐渐扩大,在预测期30年时略微超出厂界,但影响范围较小.     

某气田石油类污染物运移数值模拟研究

为研究气田建设项目对地下水产生的石油类污染,以西北某气田开发区地下水为研究对象,在水文地质条件调查和地下水污染源与污染途径分析的基础上,采用GMS软件建立研究区地下水流模型和溶质运移模型,模拟预测了凝析油储罐破裂泄漏情景下石油类污染物在地下水中的迁移规律及自然净化过程。结果表明:模拟期内地下水中的石油类浓度小于标准值,地下水未超标但受到轻微污染;污染晕中心浓度随时间减小,污染场地及下游位置污染物浓度先增大后减小,距离污染源越远的位置峰值浓度越小。     

喀斯特地区灰场场址的水文地质条件适宜性评估

喀斯特地区的地下水环境相对脆弱,实际工作中通过详细的水文地质调查合理地选择建设项目位置是促进该地区经济和环境协调发展的关键问题。本文以贵州中部地区某燃煤电厂灰场选址为例,根据拟选场址地区的地层岩性分布特征,并结合水文地质钻探、野外饱和土壤入渗试验和抽水试验等试验结果,对喀斯特地区拟选灰场场址水文地质条件的适宜性进行了评估。结果表明:三叠系关岭组三段(T2g3)地层分布区的岩溶不发育,属于相对弱含水层或弱透水层,可作为建设项目选址优先考虑的地段;相反,三叠系关岭组二段(T2g2)地层分布区的岩溶发育程度较高,地下水极易遭受污染,因此建设项目选址应该避开该地层分布区。     

填埋场环境下HDPE膜老化特性及其对周边地下水污染风险的影响

为研究危险废物填埋场环境下防渗系统HDPE膜（高密度聚乙烯膜）材料老化规律及其对渗滤液产生、渗漏和区域地下水环境的影响,通过HDPE膜缺陷现场检测及室内老化性能测试,获取了HDPE膜初始缺陷特征参数（漏洞密度）和缺陷演化特征参数（老化起始时间和半衰期）,并以上述参数作为输入,综合运用HELP模型（填埋场水文过程评估模型）与Landsim模型（填埋场地下水污染风险模拟模型）对HDPE膜老化条件下的渗滤液产生、渗漏和地下水污染过程进行模拟预测.结果表明:①现场条件下HDPE膜在第2年开始老化,第8年达到半衰期.②HDPE膜老化导致漏洞数量和渗透系数增加,进而导致渗滤液渗漏量增加,地下水污染风险逐渐增加.短期（0~5 a）内,地下水超标概率为0,污染风险较小;中期（5~10 a）内,距离填埋场200 m内污染超标概率污染≥ 80%,污染风险较大,但400 m外的污染概率为0,污染风险较小;就长期（>10 a）而言,距离填埋场1 000 m处,污染超标概率达100%,地下水污染风险极大.填埋场现场条件下,防渗材料劣化及老化过程较实验室条件更为迅速,导致渗滤液长期渗漏、地下水污染风险加剧,因此建议加强填埋场设计和运行中HDPE膜抗老化研究,保障危险废物填埋场长期安全运行.      

黄土塬地区CO2驱油封存泄漏地下水监测体系研究

针对鄂尔多斯黄土塬地区CO₂驱油封存项目的监测需求,在综合辨识黄土塬地区地下水潜在的CO₂泄漏特征,剖析CO₂泄漏进入地下含水层后的空间运移及时间响应特征的基础上,结合CO₂驱油封存过程,建立了1套面向黄土塬地区CO₂驱油封存CO₂泄漏的全时空立体化地下水监测体系。研究表明:受地形地貌及土壤特点影响,黄土塬地区驱油封存的CO₂具有盖层突破、井筒侧漏、降雨反渗和地表径流补给的多源泄漏特征;CO₂泄漏进入地下含水层后具有纵向快速运移扩散、横向四周缓慢扩散并随地下水向下游运移的空间运移特征和CO₂浓度、电导率等指标上升,pH值下降以及Ca2+、Mg2+离子浓度先上升后下降的时间响应特征。基于上述特征所建立的监测体系可为该区域CO₂驱油封存示范项目的监测提供参考。     

深部储层中CO2沿断层泄漏量的影响因素

CGS（CO₂地质储存）是CO₂减排的重要手段之一,天然裂隙的存在则是CGS的潜在风险.CO₂地质储存过程中储层上覆盖层及其浅部含水层是防止CO₂泄漏的天然屏障,为了探究深部咸水层中CO₂沿断层的泄漏过程并获得断层渗透率及储层中超临界CO₂流体初始条件（初始饱和度、初始泄漏压力）对CO₂沿断层泄漏速率和泄漏量的影响程度,依据鄂尔多斯CO₂灌注工程示范区资料,使用多相、多组分溶质运移数值模拟软件TOUGH2建立了2D概念模型.结果表明,深部咸水层中的CO₂在压力差和浓度差的作用下沿断层发生泄漏,到达浅部含水层后开始发生侧向运移,100 a内运移了约200 m的水平距离;由于浮力的作用,CO₂集中在含水层顶板处,有效地防止了CO₂向外泄漏.影响因素分析表明,100 a内断层渗透性能为低渗、中渗和高渗条件时,CO₂累积泄漏量分别为0、1 050和3 000 t;CO₂初始饱和度分别为0.20、0.50和0.99时,CO₂累积泄漏量分别为550、1 050和1 650 t;初始泄漏压力分别为17.3、17.6和18.1 MPa时,CO₂累积泄漏量则分别为900、1 050和1 400 t.除此之外,断层渗透性、CO₂初始气体饱和度和初始泄漏压力对CO₂泄漏的影响还体现在泄漏发生时间和平均泄漏速率上.研究显示,各因素对CO₂沿断层泄漏过程的影响程度表现为断层渗透性能> CO₂初始饱和度> CO₂初始泄漏压力.      

青海省格尔木地区地下水位上升机理研究

青海省格尔木地区地下水位六年来平均上升了6.203m,造成了国内外罕见的严重灾害。本文以实际资料为依据,用水均衡方法研究地下水位上升机理。以水库蓄水为界限,划分两个均衡期,分别建立方程并求出使地下水位上升的储存量的增加量为4.84m~3/s。分解后得水库岸边渗漏量及水库调蓄、控水引发的河水渗漏量为10.51m~3/s,其储存量的增加量是4.31m~3/s,占总量的88.8％。     

华南地区典型花岗岩海岛地下水资源综合评价

海岛水资源供需矛盾日益显著。综合运用地球物理勘探、水文地质钻探及同位素示踪分析对广东省珠海市万山岛的推船湾库区开展地下水资源可调蓄性和可再生性评价工作。通过高密度电阻率法和水文地质钻探法揭示库区地层结构,发现松散沉积物含水层在空间上分布不连续,与裂隙含水层共同构成该区地下水主要含水层,基岩层构成隔水底板;松散沉积含水层的渗透系数为8.30×10-3 cm/s,给水度为0.32;裂隙含水层的渗透系数为2.52×10-5 cm/s,给水度为0.10;推船湾库区含水层的地下水储存量约为14873 m3,储水空间较大。利用同位素示踪确定降水是地下水的主要来源,通过径流分割确定地下水补给量为145065 m3/a,地下水更新周期约为37 d,表明库区地下水补给条件较好,具有可再生性。研究结果为解决花岗岩海岛地下水资源勘探和管理提供了技术参考。     

九龙江流域生态环境需水量计算

九龙江流域降雨量和径流量在流域空间和年内分配上明显不均,使枯水季节生态环境用水量在局部河段无法得到满足,导致局部河段水体出现富营养化。根据研究需要,将流域分为12个计算区域。将生态环境需水量分为湿地生态环境需水量和旱地环境生态需水量进行计算,分别为60.431×108m3和84.622×108m3,流域生态环境需水总量合计145.053×108m3。流域多年平均降水量为235.856×108m3,盈余量为90.803×108m3,总体可以满足流域经济社会发展和维护生态系统平衡的需要。但是,生态环境用水量保证程度不但与天然径流量有直接关系,也在很大程度上受人为因素的影响。     

平原井灌区土壤水库调蓄能力分析

20世纪80年代以来,由于干旱少雨,北方井灌地区农田地下水位普遍下降,由此使得农田土壤的蓄水能力发生变化。论文根据北京市水利科学研究所在北京市东南郊水资源试验区取得的试验资料,以0～3m土层作为土壤水库的界定深度,分析其对降雨的调蓄能力;经计算,1991～1995年间,春末夏初雨季前,土壤水库的有效调节能力,多年平均值为137.4mm(0～2m)和188.8mm(0～3m)。分析表明,0～3m层土壤有很好的蓄雨调节能力,雨季平均有近85%的降水量滞蓄在3m土层内,其余蒸腾、蒸发散失或补给地下水。研究认为,在田间采取一定的拦蓄水措施,即使遇到10年一遇24小时p=200mm这样的大暴雨,是可以做到农田地表不产流或少产流,从而最大限度地拦蓄汛期降水,增加土壤水资源量的。     

长白山区地下水资源评价与合理利用

美丽富饶的长白山是一座巨大的自然资源宝库,是自然环境和生态系统都比较完整的自然综合体,1980年加入了国际生物圈保护网,被列为世界自然保留地,但至今长白山区还是一个半开发区,合理开发利用长白山区地下水资源,对长白山区经济建设和自然资源保护,将产生重要作用和影响。     

基于数值模拟的某污染区地下水风险管控值确定

针对地下水风险管控目标值确定较难的问题,以某废弃铁合金厂为研究对象,讨论地下水中Cr （Ⅵ）污染对下游敏感目标河流的环境影响,采用数值模拟方法,确定水力截获条件下该污染区地下水风险管控目标值。结果表明:天然条件下,2500 d后,Cr （Ⅵ）浓度>0.5 mg/L的污染羽将迁移至河流处;在水力截获条件下,当水力截获Cr （Ⅵ）浓度为10 mg/L以上的污染羽范围时,排泄至河流处Cr （Ⅵ）最高浓度为0.46 mg/L,可达到地下水风险管控的目的。最终确定本场地地下水风险管控值为10 mg/L,使地下水风险管控的面积减少了约9.45万m2,节约了污水处理的成本。该成果可为地下水风险管控目标值的确定提供方法支撑,为我国污染地块地下水修复方案编制提供设计支撑。     

油藏封存CO_2后扩散逃逸数学模型及实例应用

利用油藏封存CO_2是缓解温室效应的重要途径,CO_2扩散逃逸在整个封存体内广泛存在,因此有必要研究扩散逃逸对封存效果的破坏强度。通过理论分析,建立了能够描述油藏封存CO_2后扩散逃逸行为的物理模型和数学模型。结果表明:示范区在1万年累计逃逸量为0.178×104t,1万年累计逃逸量和封存量比值为0.067%,需要1470万年CO_2才能全部逃逸,扩散逃逸对封存破坏甚微。研究结果为CO_2封存效果评价提供了新指标,也为盆地级封存体扩散逃逸量计算提供了方法。