亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于數(shù)值模擬技術(shù)的地下水流場(chǎng)變化特征分析

        2016-10-21 08:46:14譚廷靜曹振東
        地下水 2016年5期
        關(guān)鍵詞:含水層流場(chǎng)礦區(qū)

        譚廷靜,曹振東,3

        (1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì),貴州 貴陽(yáng) 550008;2.貴州地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽(yáng) 550008;3.吉林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130021)

        ?

        基于數(shù)值模擬技術(shù)的地下水流場(chǎng)變化特征分析

        譚廷靜1,2,曹振東1,2,3

        (1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì),貴州 貴陽(yáng) 550008;2.貴州地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽(yáng) 550008;3.吉林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130021)

        礦山的開(kāi)采大多需要進(jìn)行疏干排水,而在疏干排水時(shí)持續(xù)的地下抽水勢(shì)必導(dǎo)致區(qū)內(nèi)含水層中地下水流場(chǎng)的變化,對(duì)周邊地下水的開(kāi)發(fā)利用造成影響。為了分析礦山開(kāi)采中地下水流場(chǎng)的變化特征,本文通過(guò)對(duì)興隆縣某金、鐵礦水文地質(zhì)條件分析建立研究區(qū)地下水系統(tǒng)的數(shù)值模擬模型,并通過(guò)對(duì)已知地下水動(dòng)態(tài)水位的擬合與檢驗(yàn),確定模型的可靠性,然后利用識(shí)別后的模型預(yù)測(cè)興隆縣某金、鐵礦運(yùn)行投產(chǎn)含水層水位的變化特征,探討礦山開(kāi)采對(duì)地下水系統(tǒng)的影響。

        數(shù)值模擬技術(shù);礦山開(kāi)采;地下水流場(chǎng)

        地球上蘊(yùn)藏著的種類(lèi)繁多的礦產(chǎn)資源,而礦產(chǎn)資源對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步有無(wú)可替代的作用,不斷促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,但礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)地下水環(huán)境有著較大的影響作用。為了預(yù)防在礦山開(kāi)采中的突水事故,大多數(shù)礦山開(kāi)采時(shí)需要進(jìn)行疏干排水,疏干排水可能導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞、地下水位持續(xù)下降和水資源枯竭等[1]。隨著礦產(chǎn)資源開(kāi)采深度、開(kāi)采強(qiáng)度、開(kāi)采速度、開(kāi)采規(guī)模的增大,礦井突水事故頻繁發(fā)生,給人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失[2]。礦山排水、礦井突水和水資源保護(hù)之間的矛盾突出,因而基于礦山排水下的地下水流場(chǎng)模擬預(yù)測(cè)較為重要。

        國(guó)內(nèi)外很多研究者對(duì)地下水?dāng)?shù)值模擬方法進(jìn)行了大量探索,薛禹群等人建立露天礦排水疏干的二維水流模型,對(duì)疏干引起的地下水位變化情況進(jìn)行了分析[3];張鳳娥等人利用地下水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)對(duì)礦山開(kāi)采過(guò)程中地下水相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行研究[4];周念清等人建立了地下水流三維數(shù)學(xué)模型,對(duì)地下水流場(chǎng)分布和礦坑涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)[5];楊彪等人在Visual Modflow中建立了地下水?dāng)?shù)值模擬模型,對(duì)金嶺南凡口鉛鋅礦鉛鋅礦地下水位動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行了研究[6];陳社明等人建立了地下水?dāng)?shù)值模擬模型,分析了河北某擴(kuò)建煤礦地下水流場(chǎng)變化特征[7]。日趨成熟的地下水模型軟件,如Visual Modflow、GMS等,也為這些模擬計(jì)算成果的準(zhǔn)確性提供了強(qiáng)有力的保證,使得地下水?dāng)?shù)值模擬已經(jīng)成為當(dāng)前地下水研究中最常用的手段之一。

        本文采用數(shù)值模擬技術(shù),在分析研究區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,利用Visual Modflow軟件建立興隆縣某金、鐵礦的地下水?dāng)?shù)值模擬模型,并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行識(shí)別、驗(yàn)證,然后利用識(shí)別后的模型預(yù)報(bào)未來(lái)礦山開(kāi)采過(guò)程中含水層水位的變化特征,探討礦山開(kāi)采對(duì)地下水系統(tǒng)的影響。

        1 研究區(qū)概況

        興隆縣茅山鎮(zhèn)某金、鐵礦項(xiàng)目位于興隆縣青松嶺鎮(zhèn)螞蟻溝村及掛蘭峪鎮(zhèn)四拔子村一帶,礦區(qū)總面積為5.966 5 km2,中心坐標(biāo)為北緯40°15′2.25″,東經(jīng)117°32′51.79″。擬建工程礦區(qū)邊界西北緊鄰螞蟻溝村、距跑馬場(chǎng)村1 080 m,西側(cè)緊鄰道槽溝、距鐵爐子溝80 m,南側(cè)緊鄰?fù)跗綔衔?、壩尺溝,東側(cè)緊鄰四拔子村、大陰司溝、小陰司溝,距五拔子790 m,北側(cè)緊鄰黃砬棚、黃松峪。該礦山屬于“探轉(zhuǎn)采”新建礦山。

        興隆縣茅山鎮(zhèn)螞蟻溝礦區(qū)位于六里坪山(1 442.8 m)南麓泃河與淋河之間的分水嶺上,處于北部花市花崗巖巖體(主峰1 007.2 m)與南部分布的長(zhǎng)城系分布區(qū)(高峰985.3 m)中間的片麻巖系中。礦區(qū)為中低山區(qū),沿次級(jí)羽毛斷裂形成的次級(jí)溝谷很發(fā)育。礦區(qū)出露巖層有上太古界跑馬場(chǎng)組變質(zhì)巖系和第四系全新統(tǒng)松散堆積層。第四系坡洪積孔隙水巖組(Q4dl+pl):主要分布在螞蟻溝內(nèi)的谷地及東部淋河的支溝中,其巖性為主溝中心為塊碎石夾砂,呈現(xiàn)棱角狀或半棱角狀,無(wú)分選性。第四系沖洪積孔隙含水層(Q4al+pl):主要分布于泃河和淋河的主河道中,其巖性為礫卵石、漂石夾中粗砂,因?qū)偕絽^(qū)河谷,分選性不好,也無(wú)分帶性,厚一般7~10 m,局部可達(dá)13 m。透水不含水層:在山麓斜坡的緩坡處、山洼、山脊鞍部、溝谷上源都有坡殘積形成的亞粘土夾碎石,厚度1~3 m,最厚達(dá)5.0 m,其僅透水而不含水。

        圖1 邊界條件概化

        2 地下水?dāng)?shù)值模擬模型的建立

        2.1水文地質(zhì)概念模型

        含水層結(jié)構(gòu):根據(jù)水文地質(zhì)資料,本次模擬主要考慮淺層的裂隙水和孔隙水。對(duì)于裂隙水采用等效介質(zhì)原理,按孔隙水進(jìn)行模擬。模型在垂向上按一層處理,含水層類(lèi)型按照巖性進(jìn)行參數(shù)分區(qū)。

        邊界條件:潛水含水層自由水面為系統(tǒng)上邊界,通過(guò)該邊界,潛水與系統(tǒng)外發(fā)生垂向水量交換(入滲補(bǔ)給、蒸發(fā)等)。模擬區(qū)的下部為基巖區(qū),概化為隔水邊界。側(cè)向邊界的概化:根據(jù)模擬區(qū)地形條件,模擬區(qū)的西南側(cè)和東北側(cè)均為分水嶺,因此概化為隔水邊界;西北和東南側(cè)分布有泃河與淋河的河床,是區(qū)域內(nèi)地下水的流出通道,因此概化為流量邊界。

        水力特征概化:評(píng)價(jià)區(qū)地下水系統(tǒng)符合質(zhì)量守恒定律;含水層分布廣,在常溫常壓下地下水運(yùn)動(dòng)符合達(dá)西定律。參數(shù)隨空間變化,體現(xiàn)了系統(tǒng)的非均質(zhì)性,但沒(méi)有明顯的方向性,所以參數(shù)概化成各向同性。由于地下水系統(tǒng)滲流運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)空變化,故地下水含水系統(tǒng)概化為非穩(wěn)定流。

        2.2數(shù)學(xué)模型

        對(duì)于非均質(zhì)、各向同性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng),可用如下微分方程的定解問(wèn)題來(lái)描述[8]:

        式中:h(x,y,z,t)為含水層水頭(m);h0(x,y,z)為含水層初始水頭(m);K為含水層滲透系數(shù)(m/d);μ為潛水含水層在潛水面上的重力給水度;S為自由面以下含水層的貯水率;W為源匯項(xiàng)(m/d);P為潛水面上的降水入滲和蒸發(fā)等(m/d);f1(x,y,z,t)為第二類(lèi)邊界上的水分通量(m/d);Ω為計(jì)算區(qū)范圍;Γ1為流量邊界;Kn為邊界法線方向的滲透系數(shù);n為邊界上的外法線。

        圖2 網(wǎng)格平面和垂向剖分圖

        2.3模型的離散及參數(shù)分區(qū)

        2.3.1網(wǎng)格剖分

        模擬面積為79.26 km2。根據(jù)Visual-MODFLOW的要求,在水平方向上對(duì)潛水含水層用相互垂直的平行線進(jìn)行網(wǎng)格剖分。將模擬區(qū)剖分成約500×500 m的單元格。模擬區(qū)單層總單元格為16 800個(gè),其中有效單元格8 077個(gè),剖分結(jié)果見(jiàn)圖2。剖分結(jié)果見(jiàn)圖2。

        滲透系數(shù)及給水度通過(guò)收集以往的資料和本次水文地質(zhì)試驗(yàn)的成果獲取。考慮模擬區(qū)內(nèi)不同含水介質(zhì)類(lèi)型的,將模擬區(qū)淺層含水層根據(jù)滲透性分為4個(gè)區(qū)。其中:1和3分區(qū)為松散巖類(lèi)孔隙水;2分區(qū)為構(gòu)造和風(fēng)化裂隙水;4分區(qū)為透水而不含水區(qū)域。滲透系數(shù)及給水度分區(qū)及編號(hào)見(jiàn)圖3。

        2.4模型的識(shí)別和驗(yàn)證

        根據(jù)模擬區(qū)地下水統(tǒng)測(cè)資料,以2013年1月1日到2013年6月30日作為模型識(shí)別期,共計(jì)181 d。根據(jù)前期調(diào)查資料,識(shí)別期的補(bǔ)給量和排泄量根據(jù)實(shí)測(cè)值計(jì)算,以2013年1月1日水位為模型識(shí)別過(guò)程的初始水位。本次共選取5口觀測(cè)井作為識(shí)別和檢驗(yàn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn),觀察孔主要位于礦區(qū)附近,5口井的分布位置如圖4所示。

        圖3 模擬區(qū)滲透系數(shù)及給水度分區(qū)圖

        圖4 觀察點(diǎn)分布位置

        圖5 識(shí)別期含水層地下水位擬合曲線

        以觀測(cè)孔NO.1、NO.5的水位擬合情況為例(圖5、圖6)。觀測(cè)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)段的模擬水位與觀測(cè)水位擬合程度較好,水位擬合差小于2 m。由于模擬區(qū)位于山區(qū),地下水隨地形坡度變化幅度較大,因此該模擬精度能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需求,模型反應(yīng)了實(shí)際情況下水位隨時(shí)間的變化特征。

        表1 含水層滲透系數(shù)識(shí)別結(jié)果

        以2012年7月1日地下水位作為模型驗(yàn)證期初始水位,對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。圖5-7反映了觀測(cè)孔NO.1和NO.5淺層和深層含水層的水位擬合情況。通過(guò)模擬水位與觀察水位的對(duì)比看出,模擬效果也比較好,觀測(cè)井中最大誤差在允許范圍內(nèi)。擬合結(jié)果較好,能夠滿(mǎn)足預(yù)測(cè)要求。

        圖6 驗(yàn)證期含水層地下水位擬合曲線

        圖7 礦區(qū)開(kāi)采2 a、5 a、10 a后含水層地下水水位等值線

        3 礦區(qū)開(kāi)采對(duì)地下水流場(chǎng)的影響分析

        以識(shí)別和校正后的模型為基礎(chǔ),源匯項(xiàng)的處理方法同識(shí)別期一致。其中降水量以多年平均降水量進(jìn)行計(jì)算。預(yù)測(cè)模型的初始水位取2014年1月1日統(tǒng)測(cè)水位。預(yù)測(cè)時(shí)段根據(jù)礦區(qū)服務(wù)年限進(jìn)行預(yù)報(bào)。依據(jù)某金、鐵礦項(xiàng)目設(shè)計(jì),鐵礦的服務(wù)年限為8.39 a,金礦的服務(wù)年限為2.11年。本次模擬時(shí)段以鐵礦服務(wù)年限為準(zhǔn),并考慮建設(shè)期等因素適當(dāng)延長(zhǎng)至10 a,即2014年到2024年。由于礦區(qū)13條鐵礦體零散賦存于堅(jiān)硬的片麻巖中,與其同步生成,礦體頂?shù)装逋暾?、穩(wěn)固,頂?shù)装辶严恫话l(fā)育,因此開(kāi)采過(guò)程中與淺層地下水受其影響有限。因此,在預(yù)報(bào)期僅對(duì)部分礦體的開(kāi)采增加新的地下水開(kāi)采。

        通過(guò)2 a(2016年)、5 a(2019年)和10 a(2024年)后含水層地下水流場(chǎng)圖可以看出,2年 a(2016年),按礦山建成后的開(kāi)采條件下,研究區(qū)淺層地下水流場(chǎng)與初始流場(chǎng)相比,在高海拔山區(qū)地下水位有所下降,在溝谷地區(qū)水位變化幅度不大,整個(gè)流場(chǎng)相比于初始流場(chǎng)更趨于平滑。在礦區(qū)所在位置,由于處于中間地下水分水嶺位置,一部分區(qū)域透水但不含水,其他區(qū)域則受礦井開(kāi)采影響地下水位出現(xiàn)一定幅度的下降,最大水位下降幅度在6~10 m左右。通過(guò)5年后(2019年)的流場(chǎng)圖可以看出,模擬區(qū)地下水流場(chǎng)與初始流場(chǎng)相比仍然未發(fā)生明顯變化。在礦區(qū)所在位置,最大水位下降幅度在13~18 m左右。通過(guò)10 a后(2024年)的流場(chǎng)圖可以看出,地下水等值線雖然與初始流場(chǎng)分布一致,但山區(qū)水位持續(xù)下降,水利坡度減小。但在溝谷地區(qū),地下水位相比于初始流場(chǎng)仍未見(jiàn)明顯變化。在礦區(qū)所在位置,最大水位下降幅度在25~32 m左右。

        4 結(jié)語(yǔ)

        (1) 在充分了解模擬區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,利用數(shù)值模擬技術(shù)分析礦山開(kāi)采過(guò)程中地下水流場(chǎng)的變化特征,具有精度高,效果好,簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)。識(shí)別驗(yàn)證后的地下水?dāng)?shù)值模型能再現(xiàn)地下水的水位動(dòng)態(tài)、運(yùn)移規(guī)律,較好地反映了開(kāi)采條件下含水層地下水流場(chǎng)的狀況。

        (2) 模擬區(qū)內(nèi)金礦、鐵礦開(kāi)采后,由于礦山排水,礦山附近地下水位出現(xiàn)下降,但地下水等值線雖然與初始流場(chǎng)分布一致。其中,山區(qū)水位持續(xù)下降,水利坡度減小;在溝谷地區(qū),地下水位相比于初始流場(chǎng)仍未見(jiàn)明顯變化;在礦區(qū)所在位置,最大水位下降幅度在25~32 m左右。

        (3) 建議在礦山期間中,注重礦山排水的再利用。由于裂隙含水層內(nèi)水質(zhì)較好,考慮將礦山排水達(dá)標(biāo)處理后,作為周邊工業(yè)和農(nóng)業(yè)的供水水源,從而減少地下水的開(kāi)采。

        [1]王天平,解建倉(cāng),張建龍,等.基于突變理論的西王寨礦區(qū)礦井疏干水開(kāi)發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào).2010(4):417-423.

        [2]張立新,李長(zhǎng)洪,趙宇.礦井突水預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)礦業(yè).2009(1):88-90.

        [3]薛禹群,吳吉春,謝春紅,等.元寶山露天煤礦地下水疏干數(shù)值模擬[J].煤炭學(xué)報(bào).1996,21(3):255-260.

        [4]張鳳娥,劉文生.煤礦開(kāi)采對(duì)地下水流場(chǎng)影響的數(shù)值模擬—以神府礦區(qū)大柳塔井田為例[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào).2002,2(4):30-33.

        [5]周念清,徐小明,江思珉,等.武山銅礦地下水?dāng)?shù)值模擬與礦坑涌水量預(yù)測(cè)[J].勘察科學(xué)技術(shù).2012(2):34-38.

        [6]楊彪,羅周全,王益?zhèn)?等.基于Visual Modflow的礦山地下水流場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)[J].礦冶工程.2013,33(4):11-21.

        [7]陳社明,王威,劉宏偉,等.河北省某礦建煤礦地下水流場(chǎng)變化數(shù)值模擬[J].人民黃河.2015(10):69-73.

        [8]楊青春,盧文喜,馬洪云.Visual Modflow 在吉林省西部地下水?dāng)?shù)值模擬中的應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2005(3):67-69.

        2016-08-14

        譚廷靜(1987-),女,貴州開(kāi)陽(yáng)人,助理工程師,主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作。

        曹振東(1984-),男,甘肅會(huì)寧人,工程師,主要從事水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)和淺層地溫能研究工作。

        P641.2

        B

        1004-1184(2016)04-0214-03

        猜你喜歡
        含水層流場(chǎng)礦區(qū)
        全球多個(gè)含水層里的水正快速流失
        大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三維流場(chǎng)計(jì)算
        加納Amanforom礦區(qū)Ⅲ號(hào)隱伏金礦帶的發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)
        加納Amanforom礦區(qū)Ⅲ號(hào)隱伏金礦帶的發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)
        湖北省??悼h堰邊上礦區(qū)發(fā)現(xiàn)超大型磷礦
        廣東省蕉嶺縣作壁坑礦區(qū)探明超大型銣礦
        轉(zhuǎn)杯紡排雜區(qū)流場(chǎng)與排雜性能
        基于HYCOM的斯里蘭卡南部海域溫、鹽、流場(chǎng)統(tǒng)計(jì)分析
        美國(guó)西部奧加拉拉含水層水位下降原因初探
        基于瞬態(tài)流場(chǎng)計(jì)算的滑動(dòng)軸承靜平衡位置求解
        伊人久久大香线蕉av色婷婷| 久久99国产乱子伦精品免费| 亚洲精品亚洲人成在线下载| 国内偷拍视频一区二区| 人妻少妇不满足中文字幕| 国产真实乱对白精彩| 久久亚洲精品成人| 国产亚洲亚洲精品视频| 最新日本人妻中文字幕| 免费久久人人爽人人爽av| 国产精在线| 综合激情中文字幕一区二区| 在线观看日本一区二区三区四区| gv天堂gv无码男同在线观看| 自拍偷拍亚洲一区| 一本大道综合久久丝袜精品| 国产精品成人亚洲一区| 性一交一乱一伧国产女士spa| 国产a级精精彩大片免费看| 亚洲精品国产av成人网| 欧美性xxxxx极品老少| 国产乱人伦av在线a| 国产精品无码不卡在线播放| 激情五月天色婷婷久久| 男人边做边吃奶头视频| 18禁免费无码无遮挡网站| 国产乱老熟视频乱老熟女1| 日本一区二区三区视频网站| 欧美交换配乱吟粗大25p| 一区二区三区日本大片| 国产内射一级一片内射高清视频1 成人av一区二区三区四区 | 国产果冻豆传媒麻婆精东| 美女自卫慰黄网站| 亚洲一区二区高清在线| 91视色国内揄拍国内精品人妻 | 无码专区亚洲avl| 久久久亚洲免费视频网| 日产亚洲一区二区三区| 国产午夜亚洲精品理论片不卡 | 国产精品黑色丝袜在线播放| 国产精品一区二区久久蜜桃|