试论生态水文学主要问题及研究方法

本文给出了生态水文学的初定义和基本概念，认为生态水文学是一个集地表水文学，地下水文学，植物生理学，生态学，土壤学，气象学和自然学地理学等于一体，彼此间相互影响渗透而形成的一门新型边缘交叉学科，在此基础上，论述了生态环境水文学研究的基本内容，并提出了这个学科所要解决的目前威胁人类生存的主要生态水文问题，文章最后探讨了生态水文学的一般研究方法和手段。     

21世纪中国沿海地区相对海平面上升及其防治策略

中国沿海地区地势低平, 生态环境极其敏感和脆弱, 是中国自然灾害高风险区. 21世纪, 全球海平面上升和区域地面沉降叠加所致的相对海平面上升速率存在加快趋势, 将加剧中国沿海地区土地淹没、风暴潮和洪涝灾害、水资源短缺等矛盾, 并影响城市抗灾功能、沿海地区建筑物安全及生态资源. 为此, 根据可持续发展原理, 必须控制温室气体排放, 对地下水资源优化采灌和地面沉降系统防治, 提高沿海地区防潮和防汛工程设计标准及城市抗灾能力, 对相对海平面上升进行战略和政策研究及预报预警, 以有效实现21世纪中国沿海地区资源和环境持续利用及经济和社会可持续发展.     

地下水渗流系统灰色数值仿真模拟研究

根据灰集合、灰数及灰色运算规则, 建立了地下水渗流系统的灰色数值模型, 提出了求解这类模型的一整套灰色数值算法, 并从灰色数学的理论上证明, 普通灰色解法仅仅是灰色数值算法的一个特例. 同时, 对灰色数值算法、普通灰色解法和经典数值方法进行了全面比较, 论证了灰色数值算法较好地刻画了地下水系统的灰信息传递过程. 在理论分析基础上, 选择了矿井涌水量预测和水源地供水资源评价的两个基本地下水渗流实例, 分别就水文地质条件概化与灰化、灰色数值模型建立、模型识别和预测评价等进行了比较系统的分析研究. 提出运用灰色数值模型预测矿井涌水量时, 需保证疏降水位“灰带”的上界低于矿井安全生产的设计水位; 而在水源地可采资源评价时, 应保证地下水水位“灰带”的下界不低于临界控制水位.     

我国矿山环境地质问题类型划分研究

根据矿种类型、矿山开发阶段和矿山存在问题性质的不同,提出了我国矿山环境地质问题类型的3种划分方案。依据矿种所进行的矿山环境地质问题类型划分方案,虽然较为详细具体,但有些问题是相互重复的;依据矿山开发阶段所进行的划分方案,虽然刻画了矿山开发演变整个历史过程中所面临的不同问题,但较为宏观简单;依据矿山自身存在问题的性质的划分方案较为适用。文章最后系统分析了依据问题性质而划分的矿山环境地质问题各类型的特征。     

三维地质建模与可视化方法研究

设计了超体元实体模型、断层数学模型及褶皱几何模型, 以表达复杂地质构造的空间几何形态; 建立了面向应用的三维地质建模的体系结构, 提出以空间数据处理为基础、以实体建模技术为核心、以模型应用为目的的设计理念, 丰富和发展了三维地质建模的理论与方法. 根据这一理论方法, 提出基于特征的驾驭式可视化设计思路, 通过将数据库、图形库、知识库与三维动态模拟的系统集成, 直观、形象、准确地把握空间地质数据的局部特征与整体构架.     

有限单元法模拟地下水流的水头反常现象——对流量计算的作用

地下水流数值模拟是定量研究地下水水量和水质的重要手段。为揭示有限单元法水头反常现象形成的原因,以三维非均质模型为例,刻画了水头反常现象。储量集中法(Lumped Mass方法)是有限单元法中储释水量计算的替代算法,可以改善水头反常现象。对结点控制区域的均衡性质进行了研究,分析了使用Lumped Mass方法时的水头反常现象,结果表明:结点控制区域的对流量计算受到该结点所在层及其相邻层水力坡度的影响;在抽水初始阶段,抽水井结点水头快速下降,导致相邻层中相邻结点控制区域的侧向流入量为正值,控制区域为储水过程,结点水头上升,表现出水头反常现象。因此,有限单元法中对流量的计算是引起水头反常现象的原因。     

新近系保德组沉积薄弱区红土阻水性能及其资源开发意义

关键隔水层沉积薄弱区阻水性能的深入研究对于矿井生产安全和生态水资源保护均具有重要意义。基于区域沉积特征重新优化钻孔数据,研究榆神矿区红土沉积厚度的分布规律,并探讨与红土阻水性能相关的微观工程特性和控制因素。结果表明,红土沉积厚度从西北向东南逐渐增大,并且随着河流的演化,红土分布变得极不均匀,红土缺失区面积达到48.80%。在垂直方向上通过粒径分析和渗透试验表明,红土的阻水性能随着红土沉积深度的增加而增强;在水平方向上通过微观结构和物质组成分析表明,红土的隔水性能与其沉积厚度并非简单的线性关系,随着红土沉积厚度的减小,薄弱区红土的隔水性能急剧下降。基于稳定达西流速概念计算了非完全阻水的红土薄弱区临界厚度,通过多源数据融合,得到榆神矿区红土阻水性能的分区。榆神矿区红土工程特性及阻水性能的系统研究可为红土薄弱区内矿井查清隐蔽致灾地质因素、实现关键隔水层保护及再建以及指导煤水双资源协同共采工程实践等方面提供重要的理论依据。     

简述我国能源形势与可持续发展对策 ——地质资源与生态环境可持续发展高峰论坛报告

2019年10月14日,武强院士在北京地质学会主办的"院士讲地质——地质资源与生态环境可持续发展高峰论坛"做特邀报告报告分析了中国能源基本供给与消费的总体形势以及面临的问题,为解决能源与环境的矛盾,探索具有中国特色的能源可持续发展方案,在保护生态环境的前提下,以绿色发展为理念,提出了开源、节流等对策,打造煤炭工业升级版,保障能源的可持续发展该报告对煤炭的绿色发展、地质勘查方向具有重要的指导作用。     

大屯姚桥矿矿井水文地质条件分类与评价

矿井水文地质条件分类评价是矿井水害防治的重要工作。通过研究矿井复杂的水文地质条件、评价机理及国内外矿井水文地质条件分类评价的研究现状,给出了矿井水文地质条件的分类依据和两种方案,并进行了具体分类。阐述了各类水文地质条件的特点,在分类结果与影响因素的基础上,详细给出了矿井水文地质条件评价指标、内容、评价手段方法。对徐州大屯姚桥煤矿矿井水文地质条件进行了实例分类评价,对类似矿井的水害防治具有重要的指导作用。      

开滦东欢坨矿北二采区冒裂带高度可视化数值模拟

针对东欢坨矿区开采煤8、煤9诱发的顶板涌(突)水问题,在分析研究区内水文地质、工程地质条件的基础上,综合考虑了冒裂带发育高度的各种影响因素,确立了研究区的评价模型,并根据采面规格和开采方法设计了6种模拟方案。采用世界上先进的数值模拟评价的FLAC3D专业软件包,对开采煤8、煤9顶板冒裂带发育高度进行了可视化数值仿真模拟分析,计算出6种方案的冒裂带高度。