新型地下水流速流向测量技术及其在岩溶区调查中的应用

我国南方岩溶区往往水文地质条件复杂,含水层的渗透性具有较强的非均一性。为探究岩溶含水层矢量渗透系数的分布规律,识别多级次岩溶水流系统的特征,利用新型地下水流速流向测量技术,在鄂西香溪河流域的典型水文地质钻孔进行了试验研究。结合地面调查、抽水试验和压水试验等方法,对流速流向测试与分析结果进行了水文地质解释及探讨。结果表明:所选典型钻孔岩溶含水层的垂向渗透系数不均一性较强,新型流速流向测量方法计算得出的渗透系数与抽水试验的计算结果相差5%;与压水试验相比,在钻孔2个不同深度的含水段,2种方法计算的渗透系数分别相差44%和2%;不同深度的地下水流向测量结果表明,钻孔在垂向上揭示了2个不同层次的岩溶水流系统。新型地下水流速流向测量与分析方法能够较准确地识别岩溶水的优势径流方向和径流层位,对于岩溶含水层渗透性非均一性的定量刻画具有良好的应用前景。     

确定含水层渗透系数的微水试验法

本文介绍了确定承压与非承压含水层渗透系数的简便实用方法——微水试验法,本方法有较大推广价值。     

含水层的一种普遍规律:渗透系数随深度衰减

国内外多个含水层的研究都发现渗透系数具有随深度衰减的规律。给出了多孔介质和裂隙介质中渗透系数随深度衰减的一般模型及简化模型,并用该简化模型分析了多个含水层的渗透系数随深度衰减的规律。研究发现,随着渗透系数测试深度的增大,衰减系数明显变小;渗透系数测试深度相近的含水层,岩性对衰减系数有一定程度影响。渗透系数随深度衰减的规律应该在地下水科学的相关研究中引起重视。     

基于MODFLOW的含水层间水力联系分析研究

为了探查桃园煤矿Ⅱ2采区太原组灰岩含水层与深部奥灰含水层之间的水力联系,开展了井下太灰含水层的放水试验。基于放水试验成果资料,利用Visual MODFLOW三维有限差分软件,经过多次模型调整,最终确定了符合采区水文地质条件的数值模型,查明了两含水层间的水力联系。结果表明:Ⅱ2采区太灰含水层与奥灰含水层间存在宽度为50~60 m,长度约为300 m的垂向直接补给带,其垂向渗透系数为5 m/d,侧向渗透系数为3 m/d,具有明显的各向异性,该方法可作为判定含水层间水力联系的一种新方法,研究结果可为采区下一步防治水措施提供依据。     

双重孔隙介质微水试验模型在倾斜裂隙含水层中的应用

试验场地内现场调查发现固结致密砂岩层中存在一个倾角47°的倾斜裂隙含水层。为了研究倾角所产生的影响,通过建立倾斜裂隙微水试验的双重孔隙介质理论模型,利用理论和现场试验数据分析方法,讨论倾角对水文地质参数推估的影响。结果表明:低渗透条件下,倾角越大非振荡水位恢复速度越快;高渗透条件下,倾角越大振荡水位振幅越大。裂隙渗透系数越小,母岩贮水率越大,双重孔隙介质特征参数越大时,倾角上限越小,倾角影响越明显。根据该结论确定出模型适用于倾角大于30°的裂隙含水层。忽略倾角会导致裂隙渗透系数估值偏高,母岩贮水率估值偏低,双重孔隙介质特征参数估值偏低。     

基于微水试验倾斜承压含水层水文地质参数的推估

为了准确的推估出倾斜承压含水层的水文地质参数,有必要考虑倾角对于参数推估的影响.通过建立倾斜承压含水层微水试验的数学模型,利用理论和现场试验数据分析方法,得出倾角对导水系数等水文地质参数推估的影响.结果表明:低渗透条件下,倾角越大非振荡水位恢复速度越快;高渗透条件下,倾角越大振荡水位振幅越大.储水系数越大倾角上限越小,倾角影响越明显,而倾角上限对于导水系数的变化不敏感.根据该结论建立了无因次储水系数和倾角界限之间的经验方程,用于预测倾角是否会影响水文地质参数的推估.当实测倾角大于倾角上限时,倾角影响不可以被忽略,忽略倾角会导致导水系数估值偏高,储水系数估值偏低.      

基于EnKF融合地球物理数据刻画含水层非均质性

含水层非均质性的刻画是模拟地下水中污染物运移的关键。以渗透系数为研究对象,构建了综合集合卡尔曼滤波方法、有效电阻率模型与地下水运移模型的同化框架,通过融合地球物理观测数据与污染物浓度观测数据来推估渗透系数的空间分布。基于理想算例,验证了该同化框架刻画含水层非均质渗透系数场的有效性,并针对不同初始参数信息与观测类型对比了耦合与非耦合水文地球物理方法的适用性。研究结果表明:基于集合卡尔曼滤波方法同化多种类型的观测数据,可有效地推估非均质参数空间分布。当初始信息较准确时,耦合方法的参数推估精度更高;初始信息存在偏差时,非耦合方法有更好的同化效果。由于非耦合方法计算成本较低且对初始信息缺失时适用性更强,在实际应用中可先基于非耦合方法初步估计参数,再利用耦合方法进一步提高参数推估精度。融合多种类型观测数据可有效提高参数推估效果。     

基于多点地质统计与集合平滑数据同化方法识别非高斯渗透系数场

在冲积含水层中，由于岩相的非均质分布，渗透系数一般呈现出明显的非高斯特性（例如砂和黏土两种岩相），非高斯特性给地下水模型参数的推估带来了困难与挑战。目前广泛使用的集合平滑数据同化方法（ESMDA）虽然有效且计算成本较低，但仅适用于高斯场。多点地质统计方法虽已广泛用于模拟非高斯场，但其无法融入动态观测数据推估参数。基于多点地质统计方法中的直接采样法（DS）与集合平滑数据同化方法，构建一种新的数据同化框架（ESMDA-DS），既可保持参数场的非高斯特性，又可融合多源数据精确推估非高斯场。构建三个理想算例验证ESMDA-DS对非高斯参数场的推估效果，并探讨了不同类型观测数据对推估效果、水位与浓度预测精度的影响。三个理想算例包括仅融合水位数据（Case 1），同时融合水位与浓度数据（Case 2），同时融合水位、浓度与对数渗透系数数据（Case 3）。结果表明:ESMDA-DS方法结合了ESMDA与DS的各自优势，能有效融合观测数据推估渗透系数场，并保持参数场的非高斯特性。通过对比三个算例推估结果，Case 3的参数场推估效果最好，水位与浓度预测精度最高，Case 2次之，Case 1最差，表明融合多源数据可改善推估效果，提高预测精度。     

注水试验与放水试验求取渗透系数的差异

基于矿井涌水量计算及水资源评价需要,本文运用注水试验代替抽水试验,求取了太原组灰岩含水层的渗透系数。根据后期同一含水层井下放水试验资料,利用VISUAL MODFLOW建立了水文地质三维非稳定流数值模型,通过分区拟合调参,获得了含水层分区水文地质参数。通过对这两种试验求得的渗透系数进行比较,得出在裂隙介质中注水试验是放水试验所得渗透系数值的35.6%~50.8%。建议在不具备进行抽（放）水试验的条件下,可使用注水试验代替,所得渗透系数值乘以校正系数,用校正后的渗透系数来计算矿井涌水量。     

江汉平原典型含水层水文地质参数反演

含水层参数对于定性分析区域地下水资源评价、数值模拟及预报、开发利用与保护及科学管理具有重要意义,而江汉平原水文地质参数求解的研究却相对较少.2015年江汉平原1:50 000水文地质调查项目完成杨林尾图幅与陆溪口图幅,选择杨林尾图幅和陆溪口图幅中的4个代表性钻孔,分别做了3组抽水试验和一组压水试验.对抽水数据使用Dupuit公式法结合抽水稳定阶段数据求解含水层参数,同时利用Aquifer Test软件中Theis标准曲线法、直线图解法对抽水试验中非稳定条件下抽水数据对含水层参数求解,得到孔隙水含水层渗透系数及弹性给水度;利用压水试验工程规范求解基岩裂隙含水层的渗透系数.探讨了利用非稳定抽水试验条件下求解含水层参数方法的可行性及该方法的优势.计算结果表明:杨林尾镇浅层(20.2~64.55 m)含水层渗透系数为0.075 m/d,弹性给水度为5.8×10-2;深层(138~160 m)含水层渗透系数为9.89 m/d,弹性给水度为2.3×10-5;陆溪口镇浅层(19.4~36.4 m)含水层渗透系数1.26 m/d,弹性给水度为1.1×10-1;基岩渗透系数为0.012 m/d.通过结果对比分析发现对于单孔非稳定抽水试验,对前期水位降深数据筛选分析,同样可以利用非稳定井流理论反演含水层参数,结果比较可靠.