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。     

南方季节性河流河道内生态需水研究——以长江荆南三口为例

考虑南方季节性河流年内径流分布严重不均的问题,依据1951—2015年长江荆南三口5站实测原型年径流量序列,采用Mann-Kendall等方法检测其径流序列的突变年份,通过GEV概率密度最大流量、汛期最小输沙量等方法分别计算了荆南三口河道内生态需水量、输沙需水量和水质净化需水量。结果表明:(1)水文序列的突变年份判别为1970年,由此将水文序列划分为变异前(1951—1970年)和变异后(1971—2015年)两段。(2)水文变异前,河道内年生态需水量、输沙需水量和水质净化需水量分别为1239.27×10~8m~3、910.01×10~8m~3、425.70×10~8m~3;水文变异后,河道内年生态需水量、输沙需水量和水质净化需水量分别为563.32×10~8m~3、501.13×10~8m~3、111.54×10~8m~3。(3)在季节上,为保障季节性河流河道内全年均满足生态流量,1、2、3、4、11、12月份应满足的生态需水量为1647.28m~3/s,5—10月份应满足的生态需水量分别为873.87m~3/s、2499.59m~3/s、5812.76m~3/s、4346.89m~3/s、3901.18m~3/s、1721.70m~3/s。(4)从综合角度考虑,水文变异下长江荆南三口季节性河流河道内年生态需水量为752.71×10~8m~3,年输沙需水量为910.01×10~8m~3,年水质净化需水量为425.70×10~8m~3。     

塔里木河下游第五次应急输水后地下水恢复量的计算

依据塔里木河下游应急输水前与第五次第一阶段输水后地下水的监测资料,分析了输水前后地下水位的响应特征:地下水位在应急输水前持续下降,呈近似水平状态;输水后则由于接受了河道渗漏的补给,地下水位表现出逐次回升的趋势且受输水的影响,宽度(距离河道)也随之加大。在此基础上,逐断面拟合了第五(I)次输水后地下水位与离河距离的二次多项式方程,同时运用地下水水均衡的原理,推导了计算地下水净恢复量的数学公式,并以此为工具对第五(I)次输水后地下水的净恢复量进行了计算。     

四川雅砻江官地水库岩溶渗漏研究

官地水库的库首由雅砻江自身河弯形成了一个近东西向的单薄分水岭,该分水岭南北方向上长仅1 880m,沿南北向展布的石炭系-二叠系碳酸盐岩贯穿了水库内外,构成了潜在的库水外渗通道.笔者在现场地质、水文地质调查和观测资料综合分析的基础上,构建了该地区的水文地质概念模型,运用数值模拟方法对天然和水库正常蓄水条件下的地下水流场特征进行了模拟,通过对不同条件下地下水流场特征的分析研究,认为天然条件下地下水分水岭已经消失,水库正常蓄水条件下存在水库渗漏问题.水库正常蓄水条件下地下水渗流场的模拟结果表明,其水库渗漏量约3 670 m3/d,其中通过平川组上段、马坪组中段和阳新组上段地层渗漏的水量约占总渗漏量的77%,因此防渗的关键是封堵这三套地层.     

基于GIS的泾惠渠灌区地下水储存量分析

为了分析泾惠渠灌区地下水储存量消耗情况,探讨GIS在地下水动态研究中的作用,通过1978年和2014年地下水动态观测资料,利用GIS空间分析工具和地下水储存量分析模型对灌区浅层地下水储存量进行计算,对不同时期地下水流场空间分布特征进行可视化展示和统计分析。结果表明:1978年,泾惠渠灌区浅层地下水平均水位为390.35 m,至2014年,浅层地下水平均水位为382.00 m,最低水位下降了7.90 m,最高水位下降了16.08 m,平均水位下降了8.35 m;1978—2014年,灌区潜水储存量减少了8.27×10~8 m~3,年均减少0.23×10~8 m~3。灌区西南部形成了经"燕王—崇皇—张卜—北田"等地,长约45 km、平均宽度约10 km的大型疏干区域,局部储存量约减少了5.60×10~8 m~3,占整个灌区减少量的67.69%。GIS能较好地应用于地下水储存量计算、空间分布特征获取、信息可视化和统计分析。     

湿法烟气脱硫喷淋塔的阻力特性研究

以装配有自行设计的湍流装置的冷态喷淋塔为研究对象,考察了气速、喷淋量、液气比(L/G)、湍流装置垂直和水平间距对其阻力特性的影响。结果表明,当湍流装置结构形式一定时,喷淋塔的湍流层阻力(ΔP)均随气速、喷淋量和L/G的增大而增大;当气速、喷淋量、L/G一定时,湍流层阻力均随湍流装置垂直与水平间距的增大而减小。当气速、喷淋量、L/G、湍流装置垂直与水平间距分别为2.0 m/s、100 m~3/h、10 L/m~3、120 mm、120 mm时,湍流层的最小阻力为0.14 kP a;而当气速、喷淋量、L/G、湍流装置垂直与水平间距分别为3.6 m/s、240 m~3/h、25 L/m~3、90 mm、100 mm时,湍流层的最大阻力为0.62 kP a。对实验数据进行多元线性回归分析,得出该喷淋塔湍流层阻力的经验公式为ΔP=0.000 46V ~(0.724)Q~(0.930)D~(-1.860)f~(-5.480),其拟合优度与显著性良好,对工业应用具有一定的理论指导意义和实际参考价值。     

贵州乌江渡水库沉积速率及碳氮埋藏通量估算

我国西南地区峡谷型梯级水库沉积物的碳汇效应对全球碳循环有着重要意义。为了探明该区域水库的碳汇强度,本研究选择乌江流域的乌江渡水库作为研究对象,于2015年5月对水库沉积物进行采样,并利用210Pbex核素计年技术,结合沉积物碳氮分析,估算乌江渡水库的碳埋藏量。结果表明:乌江渡水库沉积物平均沉积速率为0.155g/(cm~2·a),TOC沉降通量为70.85g/(m~2·a),堆积通量为29.14g/(m~2·a);TN沉降通量为8.22g/(m~2·a),堆积通量为2.79g/(m~2·a)。乌江渡水库沉积物年均TOC总埋藏通量为1.39×10~9g/a,其中82%来自水库内部光合作用形成的有机质。因此,依据保守的估算,乌江渡水库沉积物的净碳汇通量为23.9g/(m~2·a),保存的净碳汇量为1.1×10~9g/a。研究结果表明水库沉积物是一个重要的碳汇。     

无为县环城河活水工程引水规模研究

以无为县环城河及周边水系为研究对象,在合理布局工程措施及确定水质改善目标的基础上,采用MIKE21水动力水质模型模拟不同工况下环城河水质达标需水量,并结合环城河生态需水和景观需水量的计算,确定环城河常年引水和应急引水条件下的流量规模。结果表明,环城河在常年引水流量为2m~3/s的情况下,可保证丰、平、枯水年引水时水质均达到Ⅳ类水水质目标;应急引水为4m~3/s的情况下,可保证环城河水质在6d内从劣V类水改善为Ⅳ类水。通过闸站的调蓄,丰、平、枯水年可以保证引水流量达到2m~3/s的时间分别为94.5%、81.4%和59.2%,引水量占水源来水量的比例分别为58.6%、68.8%和71.7%。     

离子风对ESP气流分布和除尘效率影响的数值模拟

针对离子风对静电除尘器内气流分布均匀性和除尘效率影响的问题,基于计算流体力学,以ANSYS软件中的FLUENT模块为平台,应用动力风模拟离子风,以数值模拟的方式进行研究。研究表明离子风会在静电除尘器内形成涡流,严重影响气流分布的均匀性;并且离子风会通过冲刷收尘极板造成二次扬尘,进一步降低除尘效率。研究还发现,在不同的烟气流速、粉尘直径、烟气含尘浓度和电晕极电压条件下,离子风对除尘效率的影响程度不同:烟气流速由0.1 m/s增加0.5 m/s,影响程度由24%降到1%;粉尘直径由1μm增加5μm、电晕极电压由35 k V增加到55 k V,影响程度分别由4%增加到18%、由0增加到27%;烟气含尘浓度由1 g/m~3增加到5 g/m~3,影响程度由18%降低到7%;超过5 g/m~3影响程度开始上升,由5 g/m~3增加到8 g/m~3,影响程度由7%增加到17%。     

基于面积-高程积分的地下水动态分析——以泾惠渠灌区为例

为了研究泾惠渠灌区的地下水动态特征,探讨面积-高程积分在地下水动态分析中的可行性,利用ArcGIS空间分析工具计算了灌区地下水面积-高程积分数据,绘制了不同时期的地下水面积-高程积分曲线,分析了灌区地下水水位与储存量动态特征。结果显示:1978?—?2012年,泾惠渠灌区地下水面积-高程积分值为0.46、0.44、0.38、0.39,表明地下水水位与储存量整体呈下降趋势;1991?—?2012年,410.00?—?446.19 m水位区间面积由1978年的2.54下降为0,342.51?—?360.00 m水位区间面积多年持续增加,中等水位区间存在演化差异性,反映出不同时期地下水开发强度具有空间变异性;以1978年为基准,至2012年地下水储存量减少约7.08×10~8 m~3;降水、地表水引水量、人工开采是影响泾惠渠灌区地下水动态的重要因素,补排失衡是引起灌区地下水储存量下降的主要原因。研究表明:面积-高程积分曲线可以表征地下水水位空间结构特征和储存量的变化情况,利用面积-高程积分值能够近似估算地下水储存量变化量,证明了面积-高程积分在地下水动态研究中具有一定的实用性。     

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。     

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。     

底泥盐分释放对北塘水库水质成化的影响

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0～60cm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/m~2·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8.0×10~3～4.2×10~4mg/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成化。     

清河水库供水对下游河道傍河地下水水质影响评价

应用单项组分评价法和综合评价法对清河干流傍河地下水进行了水质评价,综合分析了清河水库供水对清河干流傍河地下水水质的影响,为科学优化调度水库供水,合理开发利用水库水资源,实现对清河、开原区域水资源的有效利用和管理提供依据。     

滹沱河超采区地下水回补的水化学效应研究

由于长期超采地下水,导致滹沱河冲洪积平原地下水位持续下降,水质恶化,为缓解滹沱河超采区水资源矛盾,2018年开始实施了河道回补工程,回补水源为黄壁庄水库水和“南水北调”水.为了研究回补后地下水化学效应变化,应用水文地球化学、水文学和统计学等理论方法,开展了现场动态监测、地下水化学检测工作.结果表明:①实施滹沱河补水后地下水位上升显著,滹沱河沿线地下水位平均回升5.83 m;2019年较2015年滹沱河超采区地下水位平均回升5.93 m,地下水漏斗形状发生改变,地下水向漏斗中心汇集已不明显.②滹沱河多年受上游高硫酸盐水源补给的影响,滹沱河沿岸分布HCO₃·SO₄-Ca·Mg型地下水,并在HCO₃·SO₄-Ca·Mg型水两侧形成了条带状的HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Mg型水.与2015年相比,2019年HCO₃-Ca·Mg型水的面积减少了20.6%,HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Mg型水和HCO₃·SO₄-Ca·Mg型水的面积增加了13.6%.③河道补给有效缓解了地下水环境恶化,区域地下水中硫酸盐平均含量基本持平,氯化物浓度、TDS（溶解性总固体）浓度、总硬度呈下降趋势;受上游黄壁庄水库补水影响,滹沱河沿岸附近地下水中硫酸盐的浓度升高,高浓度的硫酸盐主要分布在滹沱河、石津灌渠及黄壁庄水库副坝附近,随着补水的不断推进,水位持续回升,在水动力作用下,其有向下游扩散的趋势.研究显示,科学合理地选择补水水源与回补方式是减缓该地区地下水硫酸盐污染及保持地下水可持续利用的有效方式.      

Shallow groundwater nitrogen responses to di erent land use managements in the riparian zone of Yuqiao Reservoir in North China

This field study investigated the nitrogen concentrations in the shallow groundwater from an ephemeral stream and four land uses： cropland, two-year restored （2yr） and five-years restored （Syr） woodlands, fishponds, and the nitrogen flux in the riparian zone of Yuqiao Reservoir. The groundwater nitrate-N concentrations in cropland were the highest among the four land uses. Total dissolved nitrogen （TDN） and nitrate-N concentrations in the 2yr woodland were significantly （p 〈 0.05） higher than in 5yr woodland. The lowest nitrogen concentrations were detected in fishponds. Nitrate-N was the main form in cropland and 2yr woodland, whereas both nitrate-N and dissolved organic nitrogen （DON） were the main species in 5yr woodland and fishponds. But, ammonium-N was the main form in the ephemeral stream. During the rainy season, the groundwater flow with dissolved nitrogen drains from upland into the reservoir along the hydraulic gradient. The woodland between the cropland and reservoir could act as a buffer to retain shallow groundwater nitrogen. The dominant form of ammonium-N in the groundwater TDN pool in ephemeral stream indicated that nitrogen from the village and orchard in upland flowed into the reservoir via subsurface flow. The fishpond was not an important pollution source for nitrogen transfer via shallow groundwater.     

Shallow groundwater nitrogen responses to different land use managements in the riparian zone of Yuqiao Reservoir in North China

This field study investigated the nitrogen concentrations in the shallow groundwater from an ephemeral stream and four land uses:cropland,two-year restored (2yr) and five-years restored (5yr) woodlands,fishponds,and the nitrogen flux in the riparian zone of Yuqiao Reservoir.The groundwater nitrate-N concentrations in cropland were the highest among the four land uses.Total dissolved nitrogen (TDN) and nitrate-N concentrations in the 2yr woodland were significantly (p<0.05) higher than in 5yr woodland.The lowest nitrogen concentrations were detected in fishponds.Nitrate-N was the main form in cropland and 2yr woodland,whereas both nitrate-N and diSSolved organic nitrogen (DON) were the main species in 5yr woodland and fishponds.But,ammonium-N was the main form in the ephemeral stream.During the rainy season,the groundwater flow wim dissolved nitrogen drains from upland into the reservoir along the hydraulic gradient.The woodland between the cropland and reservoir could act as a buffer to retain shallow groundwater nitrogen.The dominant form of ammonium-N in the groundwater TDN pool in ephemeral stream indicated that nitrogen from the village and orchard in upland flowed into the reservoir via subsurface flow.The fishpond Was not an important pollution source for nitrogen transfer via shallow groundwater.     

岩石掘进机(TBM)穿越板岩和碳酸盐岩接触带引发的环境工程地质问题分析

在穿越隔水板岩和透水碳酸盐岩间接触带时,隧道施工将遇到一系列工程地质问题,这对地质条件适应性较传统钻爆法差的TBM掘进来说尤为突出。结合TBM施工的云南上公山隧道工程,通过对该接触带工程地质条件评价和问题分析,讨论了该洞段的泥石流、库水位下降、泉水断流等一系列环境工程地质问题的发生机理。     

两种不同的地下水污染风险评价体系对比分析:以北京市平原区为例

地下水污染风险评价对地下水的污染防治区划及合理开采利用地下水资源具有重要意义.目前国际上最具代表性的评价体系包括UN体系和WP体系.两种体系基础要素均包括地下水固有防污性能、含水层富水性、地下水水质、地下水源保护区和污染负荷,但是5个基础要素的组合方式不同.为探讨两种体系评价结果的差异性及造成差异性的原因,对北京市平原区地下水分别采用UN体系和WP体系进行污染风险评价,将评价结果进行对比分析.结果表明,UN体系和WP体系存在明显差异,2种体系的评价等级空间分布趋势相似,均符合实际情况,但是同等级覆盖范围差异较大;并且评价体系构成的层次问题、评价要素的叠加规则及评价过程中运用的分级方法都可能对UN体系和WP体系的地下水污染风险评价结果造成影响.UN体系和WP体系评价方法都适用于平原区的地下水污染风险评价,但是2种评价体系考虑的侧重点不同.