淮北闸河矿区闭坑矿井水害评价及其防控技术体系

随着我国浅部煤炭资源枯竭及国家去产能政策实施,闭坑矿井数量逐年增加,矿井闭坑后,停止抽排地下水,会对邻近生产矿井产生水害威胁。以淮北闸河矿区闭坑矿井为研究对象,对闭坑矿井水位回升进行了预测,对矿区主采煤层抗拉强度进行了综合评价,最后对矿界煤柱安全性进行了评价。研究结果表明,目前矿界煤柱宽度不能满足安全需求,为此建立了闭坑矿井水害综合防控技术体系,主要包括:闭坑矿井积水过程监测、井下钻孔探查预疏、泄水巷道超前排水、过水巷道挡水闸墙设置、井下明渠流量动态监测、闭坑矿井井筒充填与加固、老窑边界综合探查与治理等技术,最终实现了受闭坑矿井水害威胁的相邻矿井的安全生产,取得了显著经济效益和社会效益,研究结果能为国内类似闭坑矿井水害防治提供依据和方法。     

徐州东部废弃矿井地下水流场演化模拟初探

以徐州东部废弃矿井为例,太原组灰岩含水层为研究对象,通过建立废弃矿井地区地下水流系统模型,运用数值模拟技术对区域地下水流场演变过程进行研究,揭示矿井废弃地区地下水流场演化的一般规律为:煤矿关闭前,为满足生产生活需要,矿井进行大量排水、抽水工作,矿区形成若干降落漏斗,如位于矿区西部的青山泉煤矿和北部的韩桥煤矿内均存在大面积降落漏斗,中心水位低于-25 m。受水力梯度影响,地下水向低洼的矿坑处汇集,原生地下水流系统遭到破坏。矿井闭坑后,原有排水系统全部停止工作,地下水位缓慢回升,降落漏斗逐渐减小,根据模型模拟结果,发现水位回升速度随矿井关闭时间的增加而减慢:在矿井关闭第1年内,水位回升速度较大,为1.14 m/a;关闭第3年时,水位回升速度减少至0.165 m/a;矿井关闭10年时,地下水最高水位为-16.55 m,从关闭第3年至第10年的7年时间内,水位回升速度仅0.039 m/a,矿区地下水流系统得到恢复,模拟区最终形成自北向南的近似稳定的地下水径流场。     

徐州东部废弃矿井地下水流场演化模拟研究

以徐州东部废弃矿井为例,太原组灰岩含水层为研究对象,通过建立废弃矿井地区地下水流系统模型,运用数值模拟技术对区域地下水流场演变过程进行研究,揭示矿井废弃地区地下水流场演化的一般规律为:煤矿关闭前,为满足生产生活需要,矿井进行大量排水、抽水工作,矿区形成若干降落漏斗,如位于矿区西部的青山泉煤矿和北部的韩桥煤矿内均存在大面积降落漏斗,中心水位低于-25 m。受水力梯度影响,地下水向低洼的矿坑处汇集,原生地下水流系统遭到破坏。矿井闭坑后,原有排水系统全部停止工作,地下水位缓慢回升,降落漏斗逐渐减小,根据模型模拟结果,发现水位回升速度随矿井关闭时间的增加而减慢:在矿井关闭第1年内,水位回升速度较大,为1.14 m/a;关闭第3年时,水位回升速度减少至0.165 m/a;矿井关闭10年时,地下水最高水位为-16.55 m,从关闭第3年至第10年的7年时间内,水位回升速度仅0.039 m/a,矿区地下水流系统得到恢复,模拟区最终形成自北向南的近似稳定的地下水径流场。     

晋城矿区凤凰山矿周边闭坑矿井水害分析及治理

针对闭坑矿井涌水对生产矿井安全带来的极大水患威胁问题,以晋城矿区凤凰山矿及其周边闭坑矿井为研究对象,结合各矿井地质与水文地质资料,分析了周边闭坑矿井采空区积水对凤凰山矿的水患威胁,并提出了治理方案。研究表明:地统计法得知研究区整体为一倾向NW的单斜构造,王台铺矿五盘区、古书院矿三盘区及610主水仓附近为采空区积水汇聚区。周边闭坑矿井采空区积水开始对凤凰山矿构成威胁时水位标高为625m,古书院矿625m标高下储水空间累计为2 608 976 m3,水位回升至625 m时约需217 d;王台铺矿闭坑625 m标高以下储水空间累计为1 281 288 m3,水位回升至625 m时约需64 d。通过在闭坑矿井采空区积水汇聚区地面建立直排系统,将水位控制在特定标高以下,确保了凤凰山矿安全生产。     

昌吉市地下水水位动态变化特征研究

昌吉市属新疆地下水超采严重的区域,随着昌吉市地表水供水工程的完善和用水总量控制方案的落实,昌吉市抽水机井按照计划逐年关停,地下水水位加速下降的趋势逐渐得到一定程度遏制。通过对昌吉市14眼国控监测井、3眼州控监测井和6眼市控监测井2010-2020年地下水位资料进行整理计算,分析昌吉市地下水位动态变化趋势,并探讨了地下水位下降原因和对环境的影响,结果显示:昌吉市近十年地下水水位总体趋势呈现下降趋势。但在2019年,州控井年平均地下水水位开始出现反弹呈上升趋势,主要得益昌吉市地下水水资源管理措施的加强、昌吉州用水总量控制方案的落实和地下水开采量严格控制。2020年地下水水位比2019年出现下降,主要原因是地下水降水入渗补给量的减少和地下水开采量的增加。应针对地下水水位动态变化特征提出合理建议,保证区域地下水位逐步回升,防止昌吉市生态环境受地下水位埋深影响而恶化。     

地下水系统对水资源开发利用方案的时空响应

为科学研究北方典型地下水超采城市水资源开发利用模式对地下水系统的时空影响,设计了集中开采方案、逐步减采方案和广义地表水(地表水和中水等)-地下水联合调度方案3种不同的地下水开采、限采方案;结合济宁市,利用数值模型,对不同设计方案下地下水水位的时空变化规律及区域水均衡变化规律进行了研究.与基准方案对比结果显示:集中开采方案使地下水位在局部出现了缓慢回升,而水源地附近水位下降明显,最大中心降幅达到9 m,地表水补给的增加势必提高了污染的风险;逐步减产方案使局部地下水位恢复程度较前一方案偏小,而城北水源地漏斗中心水位下降超过12 m,城南水源地亦下降达8 m,诱发的地表水体和侧向补给量变化的减少使研究区含水层存量反而减少;联合调度方案使区域地下水位普遍回升,最大地下水位恢复幅度超过4 m;而水源地地下水降落漏斗最大的仅增加4 m,区域地下水系统得到了一定程度的涵养.     

大同市地下水超采区地下水位回升线性预测分析

地下水是大同市城镇生活及工农业生产的主要供水水源。长期以来,由于大量集中开采地下水,造成大同市地下水位超采严重,形成多处地下水降落漏斗,超采面积506 km2,其中严重地下水超采区达163 km2。对大同市城郊浅层孔隙水中型超采区长系列年动态资料分析计算,建立地下水开采量、超采量、超采区净补给量和水位回升线性关系,在考虑地下水补、径、排基础上,对超采区水位回升变化趋势进行预测,确定大同市地下水超采区漏斗中心水位恢复年限为2017年,通过圆锥模型分析,预测地下水位恢复后能实现地下水良性循环状态。     

煤矿井地下水系统与矿井涌水

遵循空间守恒,采煤空间转化为新增地下含(透)水空间和地面沉降空间。裂隙带、冒落带叠置而成的二元结构体构成矿井地下水含水系统,其中的地下水弹性释放和重力释放是矿井涌水的最初、最直接来源和重要组成。该系统空间为原生地下水系统新的排泄区(汇),并以此为中心形成矿井地下水流动系统。随着工作面关闭,地下水位(压)回升,矿井地下水系统与原生地下水系统不断叠加、耦合,直至矿井关闭,形成新的区域地下水系统。矿井地下水系统作为局部地下水系统,其非均质性及流线折射规律为矿井污染的扩散提供了水动力条件。矿井地下水系统特性,决定了工作面接替方向对矿井涌水量的重要影响。     

南京市深层地下水开发及水位动态变化特征

选用南京地区近5年来的地下水水资源量和月地下水埋深,通过开采系数法分析南京地区地下水可开采潜力,研究地下水埋深动态变化趋势并分析变化原因。研究结果表明:(1)南京地区地下水可开采潜力较大,在不大幅度影响开采潜力的前提下可以适当放宽区域总开采量;(2)南京市63.2%深层地下水监测井代表区域地下水位随时间呈逐渐下降趋势,部分区域水位2014年有所回升;(3)提出了监测方式改革、监测站网调整等建议,为南京地区深层地下水资源优化管理提供参考。     

徐州东部废弃矿井地下水化学及其时空演化特征分析

矿区闭坑后,区域地下水动力条件的改变以及引起的地下水污染可能对环境影响较大。本文以徐州东部废弃矿井为 研究对象,在进行水文地质调查分析的基础上,采集地下水样,进行水化学分析,结果表明研究区内太原组灰岩含水层的 水化学类型具有明显分带性,从西北向东南由HCO3·SO4-Ca型、SO4-Ca·Mg型向HCO3·SO4-Ca·Mg型、HCO3-Ca·Mg型依次 过渡。矿井关闭后,地下水位抬升,水文地质条件发生改变,地下水水化学组分相应有所变化。对研究区水化学特征的演 化特点进行分析,发现地下水受阳离子交替吸附作用影响,呈现出Ca2+、Mg2+、SO42-增大,Na+、K+减小的趋势。     

近40年来华北平原地下水位演变研究及其超采治理建议

华北平原是中国三大平原之一,同时也是粮食主产区之一,京津冀协同发展区,雄安新区皆位于区内,地理位置极其重要。地下水是华北平原主要的供水水源,占总供水量70%左右,自20世纪70年代末以来地下水开采强度不断增大,长期处于严重超采状态,形成规模巨大地下水位降落漏斗,进而引发地面沉降、地裂缝、湿地退化、海水入侵等一系列环境地质问题,制约社会经济可持续发展。研究地下水位演变可以为地下水超采治理及降落漏斗修复提供支撑,本文基于华北平原2019—2020年高密度地下水位统测数据及历史水位资料,研究了2020年现状地下水位流场及漏斗分布状况,系统分析了近40年来地下水位变化特征。研究发现:华北平原东西部浅层地下水位呈现差异化发展,20世纪80年代至2014年平原西部浅层地下水位持续快速下降,累计降幅达20～60 m,太行山前冲洪积扇缘一带水位降幅最大,2014年南水北调工程供水后,西部山前主要城市水位止跌回升;中东部地区水位呈现自然波动状态。深层地下水位20世纪80年代至2014年,总体呈下降趋势,中东部地区水位降幅度最大,累计达到40～90 m;2014年后城市区与农业区深层地下水位呈差异化发展,城区水位回升明显,周边农业区仍呈快速下降趋势。此外,在地下水演变分析基础上,以地下水采补平衡及水位恢复为目标,提出了开展超采区防控目标水位阈值研究、制定地下水减采和回补精准治理方案、优化地下水位监测网以及南水北调农业水源置换可行性研究等建议。研究成果对支撑华北平原地下水超采精准治理,地下水位降落漏斗修复和地下水资源合理开发与管理都具有重要意义。     

真空预压条件下地下水位和出水量现场测试研究

为研究真空预压期间地下水位和出水量的变化规律,采用研发的新方法对地下水位和出水量开展了现场监测,并对测试结果进行了分析。分析结果表明,真空预压初期加固区内地下水位下降较快,之后处于相对稳定下降状态,停止抽真空后地下水位快速回升。在此期间,加固区外的地下水不断向加固区内渗流补给,形成了一个以加固区为中心一定范围的降水漏斗,直至加固区内外水位趋于动平衡为止。塑料排水板对真空预压条件下地下水位的变化影响显著。真空预压初期平均出水量较大,随后迅速减少并趋于稳定,加固区中央区域出水量要大于边缘区域出水量。     

富平县地下水位动态变化分析

根据富平县水文地质单元分区、地下水监测井分布状况和长系列埋深资料,采用典型站法,对区域主要地貌单元40年间地下水位动态变化进行分析。结果表明:富平县属资源型缺水区,地下水是当地主要供水水源。尤其阶地区为富平县主要开采区,负均衡状态长期存在,导致阶地区及周边地下水位长期持续下降。近年来,开展超采区治理工作,其水位有所回升,但由于地下水含水层疏干面积和疏干厚度大,恢复所需历时较长,回升不明显。要从根本上解决水资源短缺局面,必须尽早落实调水方案,实施地下水人工调蓄,进而有效涵养地下水资源。     

地下水水位管理研究进展综述

地下水位变化是地下水资源量多寡最直接的表现形式,是地下水管理最重要的控制性指标。对地下水水位进行管理,可实现对地下水资源的量化管理。通过对地下水位与生态及地质环境的关系、地下水位阈值、地下水管理水位划定等几个方面进行综述,力图从相对全面的角度认识当前地下水水位管理的发展。在回顾地下水水位管理以上研究进展的基础上,对我国地下水水位管理面临的问题、地下水管理策略、复合型地区地下水水位管理等发展趋势进行了探讨,为相关研究人员提供一定的参考。     

南水北调地下水回补对潮白河冲洪积扇中上部地表形变响应及控制因素

2014年南水进京后,持续开展地下水回补对于遏制和减缓地面沉降发展起到重要作用,但地下水回升由此带来的不同区域、不同层位的地面沉降与回弹机制及其控制因素尚不明确。深入探讨和研究回补时间、回补量、回补地点与水位及地表形变之间的关系,了解地表形变发生机理和识别主控因素,为后续如何科学回补,发挥最大化水资源回补效益、对地面沉降防治和超采区治理具有极其重要意义。本文以潮白河冲洪积扇中上部区域为例,采用永久散射体差分干涉测量（PS InSAR）技术获取研究区地面沉降形变信息,并结合区域分层地下水位动态变化、分层沉降变化等多手段进行耦合,查明研究区地表形变与多因素之间的响应与控制因素。结果表明:南水持续回补导致区域地面沉降减缓,并在牛栏山地区出现地表抬升,抬升范围也随着水位上升逐渐向中下游扩展,2022年最大回弹速率达46.9 mm/a;地表形变具有明显的受断裂所控制的第四系沉积差异特性,以黄庄—高丽营断裂、顺义断裂和南口—孙河断裂所分割的后沙峪凹陷范围内变化明显大于其他地区;地下水位变幅与富水性差异决定水位上升范围与响应变化,而沉积构造作用所造成第四系沉积差异在地下水流向上具有一定控制作用。结果为地面沉降防控和机理研究提供理论和科学依据,同时也为后续开展地下水科学回补和方案优化提供指导和借鉴。     

关中城市群开采地下水有关环境地质问题 及其防治对策建议

关中城市群地下水自集中开采以来区域地下水位呈整体下降趋势,主要城市集中供水水源地水位降幅30~50 m,最大超过120 m。长期过量开采地下水引起了地下水位持续下降、地面沉降、地裂缝以及水质污染等环境地质问题。近年随着城市群限制开采量,地下水水位下降及其相关环境地质问题在局部地段有所缓和。本文以50年地下水动态监测数据为基础,针对关中城市群地下水动态特征及相关的环境地质问题进行研究分析,并对预防和缓解环境地质问题、合理开发地下水资源提出建议。     

关中城市群开采地下水有关环境地质问题及其防治对策建议

关中城市群地下水自集中开采以来区域地下水位呈整体下降趋势,主要城市集中供水水源地水位降幅30~50 m,最大超过120 m。长期过量开采地下水引起了地下水位持续下降、地面沉降、地裂缝以及水质污染等环境地质问题。近年随着城市群限制开采量,地下水水位下降及其相关环境地质问题在局部地段有所缓和。本文以50年地下水动态监测数据为基础,针对关中城市群地下水动态特征及相关的环境地质问题进行研究分析,并对预防和缓解环境地质问题、合理开发地下水资源提出建议。     

渭南市近30年地下水位动态变化特征分析

渭南市位于陕西省关中平原东部,为陕西省工农业重市。根据渭南市地下水位监测情况及地下水开发利用现状,收集该市近30 a地下水埋深及降雨量资料进行计算分析,按照地貌单元划分八个区域对地下水位变化特征进行具体分析,并对全市地下水位变化趋势进行研究,结果表明,渭南市地下水动态变化总体呈下降趋势。1985-2002年,由于开采量增大,地下水位呈缓慢下降趋势,年平均下降幅度为0.2 m。2003-2016年,地下水位基本平稳。通过对全市地下水位变化情况分析研究,为各级政府有关部门履行水资源管理、地质环境保护与地质灾害防治等职责提供技术支撑,防止因地下水超采或地下水位持续上升而引发生态环境问题。     

北京市平原区地下水养蓄控高水位及其约束下的地下水库调蓄空间计算

北京市平原区地下水长期的超量开采导致地下水位持续下降和储量资源大量亏损,并引发了一系列环境地质问题,南水北调工程引水入京为地下水资源蓄养提供了条件,地下水超采困境将逐步得以改善。由于地下水位下降造成的非饱和地下空间受人类干扰明显,恢复地下水位必须考虑人为因素的影响。本文论述了北京平原区（不合延庆）建[构]筑物地下基础与固体废弃物的填埋场对于地下水位上升的制约作用,提出了相应的地下水限制恢复水位,利用克里金插值法绘制出限制曲面。在此基础上,从历史上曾经存在的、由实际地下水开采结构控制的水位流场中,寻找最接近的限制水位作为地下水回升的控高目标,并计算了地下水库中能够用于水资源储存的可恢复调蓄空间。     

雷州半岛降雨历程影响地下水动态变化的特征

通过对雷州半岛逐日的降水量和地下水位进行连续测量，分析研究了该区地下水位动态的变化规律，结果表明：（1）雷州半岛地下水位存在年周期的变化规律，水位上升期大约在6-10月的雨季，其余时间为水位下降期，（2）在地下水补给区，地下水位上升期间地下水位累积增幅与逐旬累积雨量有明显的正相关关系；在水位下降期，地下水位的下降速度与地下水位也呈正相关关系；（3）在目前的开采条件下，丰水年的降雨对地下水资源进行有效的补给和恢复。