岩溶管道结构影响泉流量变化的数值模拟研究

采用MODFLOW-CFP建立管道流数值模型,模拟岩溶含水系统在暴雨期的响应过程,以泉口流量峰值作为因变量,分别对控制管道结构的4个参数以及落水洞集中补给比例进行调整,研究管道结构如何控制泉流量变化过程。结果表明:管道直径、管壁渗透系数和落水洞补给比例对泉口流量峰值均表现为正相关,其中管壁渗透系数影响最大;管道弯曲度值较小时其增大促进出口流量峰值变大,当径流途径变长引起的流量减小幅度超过管壁面积变大引起的流量增大幅度时,流量峰值逐渐变小;管壁粗糙度在达到两个相对应的雷诺数临界值时水流状态发生突变,导致流量峰值也表现为两次突变。      

基于泉流量过程线的管道流与裂隙流识别

??根据岩溶含水系统的双重特性,岩溶含水系统出口处泉流量可分为三个组成部分—前期蓄水量,快速径流和慢速径流,将快速径流和慢速径流视为两线性并联水库,经过系统的调蓄作用,得到一个单位降雨脉冲下快速流和慢速流的响应函数,建立了前期降雨和瞬时单位线之间的识别函数,识别降雨在岩溶不同空隙类型中的水量分配系数。将该函数模型应用到后寨河岩溶小流域,通过参数识别,结果表明从上游到下游前期蓄水量呈现增加的趋势,而水量进入到管道中的分配系数呈现递减的趋势,说明岩溶裂隙结构越往下游越发育,这一研究结果和实际情况相符,说明该模型有一定的适应性,但由于模型假设岩溶系统是线性变化的,所以该模型不适用于大流域以及长期的泉流量预测。      

利用SWMM模型模拟岩溶峰丛洼地系统降雨径流过程——以桂林丫吉试验场为例

文章以桂林丫吉试验场为例,验证是否可以利用SWMM模型模拟以管道为主的岩溶峰丛洼地系统降雨径流过程。以洼地为单元,把研究区概化为由管道相连的6个次级汇水流域,选择Green-Amp入渗计算方法,同时考虑包气带裂隙水对管道的补给,运行SWMM模型计算出研究区管道总出口S31泉的流量曲线。结果显示：模拟流量变化过程与实测流量变化过程基本一致。说明该模型可以用来模拟岩溶峰丛洼地地区降雨径流过程。经验证,模拟时段内S31泉总量相对误差为19.1%。     

不同类型表层岩溶泉水源划分及对降雨的响应

表层岩溶泉的水文水化学特征是认识岩溶含水介质结构的重要手段。基于泉域水文地质调查,2018年对广西环江木连小流域内降水和泉水流量及电导率进行监测,利用端元模型与电导率频率分布分析方法,解析表层岩溶泉径流来源及对降雨的响应特征。结果表明：（1）年尺度上,受驱替作用排泄的水流分别占季节泉、常流泉总径流的32.3%和23%;(2)次降雨过程季节泉和常流泉径流均以驱替含水层中未联通的“旧水”为主,强降雨条件下存在的雨水稀释现象仅约占3.6%;(3)季节泉在次降雨过程中受多重水流补给且对降雨响应敏感,其中管道流和壤中流分别占23%、34.2%,以基质或岩溶裂隙释放的重力水流仅占10.5%,导致持续供水能力较差;（4）常流泉补给来源单一,次降雨过程中主要受到以基质或岩溶裂隙排泄的重力水补给（77%）,具有较高的有效涵养地下水资源功能及供水可持续性能力。     

岩溶泉域降雨径流水文过程的模拟——以重庆金佛山水房泉为例

通过地貌、水文地质、土壤、植被、地下洞穴管道等实地调查,以及示踪试验确定水房泉泉域范围和地下水文系统特征,并通过代表性点的土壤入渗试验、降雨和流量监测以及DEM数据等获得泉域水文模型所需的面积、结点高程、入渗率、糙率、管道长度、含水层孔隙度、出流系数等参数。选择SCS径流曲线模型估算地表产流,利用SWMM模型模拟泉域对场降雨的径流响应过程。通过运行模型,与实测流量比较,结果显示模拟曲线与观测流量曲线吻合较好,用于校正和验证的两场降雨产流的模拟误差分别为9.5%和12%,表明SWMM可应用于岩溶区以管道流为主要排水系统的含水介质的模拟。     

基于流量衰减曲线的岩溶含水层水文地质参数推求方法

分析流量衰减曲线是研究岩溶含水层水文地质参数的重要手段。在阐明流量衰减分析理论的基础上,通过连续监测一年寨底地下河出口的小时流量过程,共获取8 784组流量数据。首先选取典型的2013年9月25日3:00暴雨后至2013年10月13日17:00的446组流量数据作为研究对象,并利用MATLAB软件对该时间段的流量过程进行曲线拟合,从而确定了不同阶段流量衰减系数分别为0.642 5、0.025 8、0.001 5;然后通过流量衰减系数计算寨底不同含水介质导水系数T与给水度S的比值;最后利用裂隙率近似给水度的方法确定了寨底不同含水介质的水文地质参数。结果表明,寨底岩溶管道、裂隙、基岩介质导水系数分别为:258.87、3 865.98、40.64 m²/d。说明辅以必要的水文地质调查,确定管道分布和径流距离,流量衰减曲线可用于计算岩溶含水层不同介质的导水性能和给水度。     

贵州后寨流域岩溶地下水资源评价及干旱特征分析

岩溶泉流量时间序列蕴含大量岩溶含水系统水动力特征信息,可为岩溶地下水资源量的确定及水文干旱分析提供重要途径。本研究基于长系列泉流量时间序列,推求流量理论频率曲线,通过拟合的理论频率曲线获得后寨岩溶典型小流域在95%、80%、50%、20%保证率下的岩溶地下水流量为0.25m3/s、0.23m3/s、0.39m3/s、0.57m3/s。在概率为80%的流量截取水平下,获得岩溶含水系统1991～1997的中最严重干旱为1993年,干旱历时为195d,缺水量为2.9×106m3。泉流量时间序列的理论频率分析能很好的应用于岩溶含水系统地下水资源计算和干旱特征分析,为岩溶含水系统水资源的合理优化配置提供依据。     

广西灵水岩溶大泉水文地质条件

灵水泉为广西典型的构造型岩溶大泉,其泉域分布面积大,泉水具有出口多、流量大、动态较稳定等特点。近些年来,灵水泉出口流量呈现减少的趋势,而且水质也出现了轻微污染,引起当地政府的高度重视。为查明灵水泉含水介质特征与补给特性,综合采用地面调查、物探、钻探和地下水示踪等方法研究灵水泉岩溶管道分布特征,并圈定了灵水泉补给范围。研究成果表明: 灵水泉上游岩溶管道结构为网络状,管道规模不大,呈带状集中分布; 北部一带为该泉主要补给区,典型集中径流带长约8 km,宽200~700 m。根据同位素的高程效应,计算得出灵水泉补给高程为496 m,与圈出的补给范围高程相近,印证了调查结果。本研究可为制定灵水地下水资源的开发利用和保护方案提供依据。     

管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用

在岩溶含水系统中,作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用,而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响,前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象,进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨,而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此,本研究结合北方岩溶水系统的发育特征,借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析,而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型,对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟,并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关,而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小,且呈现出一定的波动性,尤其是当管壁粗糙度较小时,波动比较明显。经敏感性分析发现,管壁渗透系数和埋深的敏感性最高,其次为弯曲度和管道坡度,而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下,年最大泉流量为0.45 m3/s,平均泉流量为0.36 m3/s;在75%降水保证率下,年最大泉流量为0.41 m3/s,平均泉流量为0.31 m3/s,与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。     

贵州印江朗溪岩溶槽谷龙洞湾泉流量衰减分析

文章对贵州省印江县朗溪隔槽式向斜岩溶槽谷轴面南东侧的龙洞湾岩溶泉流量衰减规律进行了分析,通过在泉口设置复合堰、安放水文气象自动监测仪,获取了该泉降雨量和相对水位的高时间分辨率监测数据,并采用水力学公式计算了泉流量,分析了降雨过后岩溶泉流量的动态特征,再利用分区间指数函数衰减方程确定了该泉所在含水介质的结构特征及亚储水量,结果发现:（1）龙洞湾泉流量峰值滞后时间受降雨过程特征影响较大,当降雨量大或前期有降雨影响时,滞后时间短;当降雨量小或前期无降雨影响时,滞后时间长;（2）强降雨后,龙洞湾泉流量的衰减可分为三个亚动态,且衰减系数的差异较大,第I亚动态和第II亚动态的衰减系数分别是第III亚动态的11倍和3倍,这表明其三重岩溶含水介质的特征明显;（3）龙洞湾泉的含水介质具有不均匀性,以管道流和裂隙流为主,岩溶发育强烈。      

郭庄泉岩溶水系统研究

郭庄泉泉域内有多处泉点出漏，泉域为一完整的岩溶地下水系统，具有独立的补给、径流、排泄关系，为全排型岩溶大泉。本文通过计算分析，确定了泉域岩溶地下水的天然资源量和可开采资源量，为区域水资源的优化配置提供了科学依据。     

蜀山背斜岩溶水系统特征研究

为了岩溶水的合理利用,根据物探及水源井资料,对蜀山背斜岩溶水水文地质特征进行了研究。结果表明：蜀山背斜寒武-奥陶系碳酸盐岩岩溶发育程度主要受岩性、构造及埋藏条件等因素的控制,可溶成份含量高的地层、构造发育强烈的地段及碳酸盐岩埋藏浅的地区岩溶发育程度相对较高,相反,岩溶发育程度较低;岩溶水主要接受上覆孔隙水的垂向越流补给,其次为裸露区大气降水入渗,主要排泄途径为人工开采及侧向排泄;岩溶水水位总体上随气候与气象呈周期性变化,基本处于动态平衡状态;岩溶水水质良好,水化学类型主要为SO4·HCO3-Ca·Mg型,水质在枯水期与丰水期的变化不明显。     

东阿岩溶水源地水资源评价

本文结合工程实例,介绍了岩溶水源地勘探方法.即通过地面调查、物探、钻探、大流量单、群孔抽水试验以及地面物探等综合勘探评价手段,查清了水源地水文地质条件.获取了该区域水资源计算的有关参数,为岩溶水源地水资评价提供了有价值的借鉴.     

综合勘查方法在超深水位岩溶区供水勘查中的应用——以娘子关泉域寿阳岩溶区供水勘查为例

在阳泉矿区寿阳区超深水位岩溶区,采用遥感、地震、地下水动态综合监测、抽水试验等综合勘查方法,基本查明了岩溶含水层段的空间分布特征及补径排条件,岩溶地下水的水化学特征及变化规律.在充分利用各种水文地质信息资料的基础上,对超深水位岩溶区进行了地下水资源评价,节约了近30%的钻探工程量,缩短了勘探周期,取得了良好的经济效益和社会效益.     

激发极化方法在岩溶区找水的探讨

与常规直流电法相比,激发极化方法,具有多参数的显著特点,利用ρs、η、J、D等参数综合分析,可以确定岩溶发育程度判别岩溶连通性解决岩溶区找水问题.并运用实例加以说明,提高岩溶区找水的物探应用效果.     

邯峰矿区岩溶含水层特征及富水性分区

邯峰矿区岩溶含水层主要是寒武系、奥陶系厚层灰岩、石炭系薄层石灰岩,其中以奥陶系中统含水层富水性最为丰富,具有随埋藏深度增大而岩溶发育减弱的特性。根据岩溶水补、径、排条件,邯峰矿区岩溶水可分为黑龙洞、白龙洞、紫泉岩三个子系统,各子系统又根据岩溶发育程度、钻孔单位涌水量、水井单井出水量等富水性特征划分为四个区,研究了地下水动态特征,提出了保护岩溶地下水资源的建议。     

永寿县仪井镇地区岩溶水资源特征与潜力分析

永寿县仪并镇地区是陕西省最为严重的缺水地区之一,浅层水资源匮乏而深层岩溶水资源丰富。区内岩溶水含水介质主要由裂隙和经岩溶化作用改造后的溶蚀裂隙组成,属典型的岩溶裂隙含水介质;补给来源呈多元化特征,总体由西北向南径流,无地下水排泄点,开采甚微,均以地下径流的形式排泄出区外。根据勘探孔抽水试验资料,将区内划分为四个富水区,通过计算得知该地区天然资源量约为2597．22×10-4m3／a,开发潜力巨大。     

重庆松藻煤矿茅口灰岩岩溶水害与治理

松藻煤矿井下＋335大巷C6岩溶裂隙出水点,由于接受地表汇水洼地水源的补给,最大涌水量达3 500m3/h,对矿井安全构成极大威胁.通过物探、巷探、施工截流巷等勘查方案揭露了C6＇岩溶裂隙通道,经过高压帷幕注浆阻断下渗通道等治理措施,排除了困扰该矿20多年的水害威胁,为煤矿类似水害的治理积累了宝贵经验.     

河南荥巩矿区岩溶水发育规律研究

通过对矿区地层、构造以及水文地质条件的分析,认为寒武-奥陶系岩溶裂隙含水层是矿区的主要含水层。岩溶水受地层岩性、构造的作用明显,岩溶发育程度在矿区呈现出西弱东强,浅部强、深部弱的发育规律。岩溶水动态受大气降水和矿井排水的双重控制,大气降水是岩溶水的主要补给来源,矿井排水是主要排泄方式,水位动态属于降水-矿排型。在天然状态下,岩溶水主要接受南部露头区大气降水的补给,然后自南向北、自西向东径流,经过新中-三李一带的岩溶水强径流带,在三李一带以岩溶大泉的方式向外排泄。     

张家口市坝下山区岩溶水的富集规律研究

张家口市坝下地区位于河北省西北部,水文地质情况较复杂,区内碳酸盐岩地层分布较广,地下裂隙岩溶水资源较丰富。根据相关水文地质资料,分析总结了可溶岩地层的厚度、岩性及岩性组合、分布面积、地质构造及地形条件等因素对岩溶水富集规律的影响和控制,阐明了区内岩溶水的供水意义。