江苏松散沉积层地区地下水资源评价模型发展趋势

江苏松散沉积层厚度大、结构复杂、容易发生固结压缩,地下水可采资源量评价具有较大的不确定性,容易造成重复或缺失,地下水的过量开采又容易引发地面沉降地质灾害。针对以上问题,提出了地下水资源评价的地下水渗流三维数学模型及其地下水渗流与地面沉降耦合模型。地下水渗流三维数学模型可以将整个松散沉积层作为一个统一的水文地质体进行计算,对不同水力性质的含水层同时进行刻画描述,克服了以往二维或准三维模型将各含水层之间的粘性土层概化为越流层给评价结果带来的重复或缺失。地下水渗流与地面沉降耦合模型可以结合地面沉降环境控制,评价出地下水的可采资源量,尤其是以比奥固结理论为基础,考虑了土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化的全耦合模型,使评价结果更趋科学、合理。     

基于地面控制的江阴市浅层地下水资源评价

根据江阴市地下水系统的水文地质机理,采用真三维流,将其概化为三度空间上的非均质各向异性,在对模型进行识别验证和针对江阴市主含水层水位和地面沉降控制的基础上,以乡镇为单位,给出了各乡镇浅层的最大可开采量,为合理开采江阴市地下水资源提供科学依据。     

地下水开采与地面沉降控制三维全耦合模型研究

针对第四纪松散沉积层中地下水开采所引起的地面沉降问题,以比奥固结理论为基础,考虑到土体的非线性特征及土体的渗透性随应力状态的动态变化,引入邓肯-张非线性模型和渗透率动态模型,将地下水渗流场和土体应力场耦合起来,并以吴江市浅层地下水开采为例,建立了浅层地下水开采与地面沉降三维全耦合数值模型。在对模型进行校正、识别的基础上,以微承压含水层未来10 a内地下水位埋深不低于含水层顶板、地面沉降量不超过50 mm为约束条件,预测了吴江市各镇的地下水可采资源量合计为1 203.59×10⁴m³/a。     

南京河西地区地面沉降成因分析

为了查明南京河西地区地面沉降的成因,笔者等在系统研究水文地质与工程地质条件的基础上,研究了地面沉降的分布特征和发展规律,以及地面沉降与地下水位、软土分布及建筑荷载之间的关系,进而揭示了南京河西地区地面沉降的成因。研究结果表明：南京河西地区不开采地下水,地面沉降与软土层厚度和建筑荷载分布关系密切,地面沉降主要受建筑工程影响,即建筑荷载和深基坑降水的作用。     

南京汤泉地下热水补给来源与成因模式

南京汤泉地区地下热水资源丰富,阐明其补给来源及成因模式,对于地下热水的科学开发意义重大。采用水化学及同位素地球化学分析方法对其进行了系统研究。结果表明,研究区地下热水与浅层冷水水化学组成差异明显,热储温度为63~75℃,循环深度为1.8~2.3 km。大气降水入渗是地下热水的补给来源,补给高程范围为321~539 m;循环周期为2046~6474 a;地下热水上涌过程中会混入比例为4%~26%的浅部岩溶冷水。经分析,该地热系统成因上属于中低温对流型,补给区主要为老山复背斜构造内的碳酸盐岩裸露区,依靠区域大地热流供热,热储层主要为上震旦统白云岩,盖层为寒武系、白垩系及第四系,地下热水经深循环沿NEE向与NW向断裂交会通道向上运移,并与浅部冷水发生混合,形成本区的地热异常。     

地下水源热泵系统热平衡预测三维数值模拟

为了准确模拟预测地下水源热泵系统运行期间的地下水渗流场与温度场的变化规律,避免未来地下水源热泵系统运行期间出现的冷热贯通现象与堆积问题,科学合理地设计地下水源热泵系统。以江苏南通益兴集团地下水源热泵示范工程为例,建立了地下水渗流与热量运移三维耦合数值模型,并结合地下水源热泵系统的设计运行方案,预测分析了未来地下水源热泵系统的热平衡发展趋势。结果表明,该工程按设计方案运行,整个区域地下水温度逐渐升高,出现热堆积问题。采用春秋季与冬季多加热生活用水增加制热负荷量的方法,可有效缓解热堆积问题。     

用聚类分析模糊综合评判评价地质环境质量

讨论了应用聚类分析、模糊综合评判进行地质环境质量评价的原理、方法和步骤,并将其应用于陕西省地质环境质量评价。根据陕西省地质环境复杂多变,受多因素制约的特征,将全省剖分成350个样品单元,选取地下水资源、地表水资源、水质、土地资源、地形地貌、岩土体特征、植被、气候、地震、滑坡、泥石流、地方病、水土流失、沙漠化、地面沉降、地裂缝、盐碱化、沼泽化等15个变量作为评价因子,采用Q型聚类分析方法,将全省分成37个地质环境质量分区,并通过模糊综合评判,将其划分成7个地质环境质量等级,客观地反映了陕西省地质环境质量的宏观分布特征。     

地下水渗流与地面沉降耦合模拟

为了准确模拟由地下水开采导致渗流场和应力场发生变化而引起的地面沉降问题,根据Terzaghi有效应力原理,建立了地下水三维渗流与一维垂向固结的地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型和以比奥固结理论为基础,并结合土体非线性流变理论,将土体本构关系推广到粘弹塑性,同时考虑土体力学参数及水力参数的动态变化关系的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型.通过对比分析,结果表明:基于Terzaghi有效应力原理建立的地下水三维渗流与一维垂向固结地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型模拟所得地面沉降与地下水位呈现出同步变化的趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降也逐步回升到初始的零沉降状态.而以比奥固结为基础建立的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型模拟所得的地面沉降变化趋势滞后于地下水位的变化趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降虽也逐步得到回升,但回不到初始的零沉降状态,存在一个永久的残余沉降量.在土体参数变化方面,土体的孔隙度、渗透系数及泊松比均呈现先减小后增大的变化趋势,而弹性模量则呈现先增大后减小的变化趋势,与地面沉降的变化相对应.      

沁水盆地3#煤层气井三维数值模拟

在建立沁水盆地3#煤层气井煤层气运移产出地质概念模型的基础上，采用Langmuir等温吸附定律，Fick第一定律和多相渗流理论建立了与之相适应的三维数学模型，并通过历史拟合计算，校正、识别了模型中的有关重要参数，预测了3#煤层气井单井开采及井网优化开采时的气、水产量。     

非饱和带水气二相渗流动力学模型

非饱和带地下水运动实质上是一个水气二相渗流过程。本文以多相渗流理论为基础,从水气二相渗流的连续性方程和达西定律出发,推导了非饱和带水气二相渗流的耦合动力学模型,讨论了模型的IMPES和全隐式联立求解方法的原理和步骤,认为IMPES求解方法由于达西系数项的处理,饱和度的计算均采用显式,因此该解法具有稳定性差、精度低且要求计算时间步长小的局限性;而全隐式联立求解方法是联立求解气相、水相方程,同时求出压力和饱和度值,因此压力和饱和度值都是隐式求出,具有较高精度,且无条件稳定,应是今后模型求解的重点研究内容