郑州市2005—2020年地下水埋深变化分析

分析郑州市浅层地下水埋深统测数据、长观孔数据以及历年降落漏斗面积变化数据,利用ArcGIS空间插值、衬度系数分析、描述性统计分析以及ARIMA模型,研究郑州市浅层地下水埋深空间分布特征和时间变化特征。分析结果表明,空间上,研究区浅层地下水埋深分区呈带状分布,水位埋深由西南向东北方向逐渐减小,其中10~20 m水位埋深区所占面积最大;时间上,年内,研究区埋深分布特征大致相同,各埋深分区面积有所变化;年际间,2014—2019年,年平均埋深下降2.87 m,下降速率0.5 m/a。2014年以前降落漏斗逐年增大,2014年以后,由于南水北调水入郑,供水结构发生改变,降落漏斗逐年减小。研究区地下水动态类型主要有开采型和开采—气象型,影响因素主要有降雨入渗补给、越流排泄和人工开采。最后基于DPS数据分析平台,利用ARIMA模型建立了数值模型,对2021年12个月的埋深进行了预测。     

煤炭矿区地下水变化对生态环境的影响研究

以毛乌素沙地梅林庙煤矿为研究区,采用Landsat8和地下水观测资料为研究数据,通过地表温度、地下水埋深、归一化差分植被指数(NDVI)的计算,建立空间数据集,开展地下水埋深与NDVI和地表温度相关性分析。研究发现地下水埋深在小于1m时,NDVI与地下水埋深为弱正相关,与地表温度呈负相关。地下水埋深在1~2m时,NDVI与地下水位为弱的负相关,与地表温度为负相关,当地下水埋深2~5m时,NDVI与地下水位不相关,而与地表温度继续为负相关。由此判断地下水埋深在1~2m是毛乌素沙地植被的最佳生态水位,也是生态环境影响的重要水位指标,当水位变化超过这个范围,生态环境将发生明显变化。     

地下水位动态序列分析与预报研究

根据地下水水位动态资料的特点,将地下水位非平稳时间序列分解为趋势项函数、周期项函数和随机项3部分,并叠加后建立组合数学模型,对地下水水位动态进行预测。最后通过实例检验,此种建模和预报理论取得了较好的效果。     

榆神矿区地下水埋深上限阈值

减少矿产资源开发过程中水资源损失是生态脆弱矿区水资源管理的重点,量化地下水位埋深与潜水蒸发速率关系,可为西部干旱矿区水资源保护提供科学思路。以隔水岩组厚度与导水裂隙带高度之差,划分了榆神矿区煤层开采地下水位变化趋势分区;以水位埋深变浅区覆盖的风积沙为试样开展潜水蒸发试验,分析蒸发过程及不同水位条件下潜水蒸发规律;通过在水分特征曲线的转折点处构建双切线,推导求取地下水埋深上限阈值的解析公式;采用漏斗法测定榆神矿区风积沙的水土特征曲线,利用最小二乘法求取特征参数,求取榆神矿区煤层开采区地下水埋深上限阈值。结果表明:榆神矿区地下水位变化趋势可分为3个区,即水位埋深变浅区、过渡区和水位埋深增加区。水位埋深变浅区多位于榆神三、四期规划区,此区域水位埋深4 m的面积占矿区面积的59.1%,开采沉陷极易造成地下水浅埋或出露;榆神矿区风积沙蒸发过程可分为2个阶段,即稳定蒸发阶段和水汽扩散阶段,地下水位埋深0.5 m左右时蒸发过程中的水分传输机制发生了转变,蒸发进入水汽扩散阶段;在稳定蒸发条件下建立了土壤水分运移方程,推求了地下水埋深上限阈值计算公式,地下埋深上限阈值与毛细上升高度和进气压力值有关,在数值上等于表层土与地下水之间毛管水力联系中断时表层土的基质势;地下埋深上限阈值可以通过van Genuchten方程的拟合参数α,n来求解;利用实测风积沙水土特征曲线的参数,确定榆神矿区地下水埋深上限阈值为50 cm,与蒸发试验结果一致。水位埋深变浅是中深部煤层开采遇到的普遍问题,对于干旱半干旱地区的榆神矿区而言,控制合理的水位埋深上限已成为煤层开采中需要面临的新的科学问题。     

江汉平原冷浸田地区地下水特征研究

冷浸田地区因土壤发生层长期遭到地下水浸渍而导致作物减产明显。为研究冷浸田的成因及其地下水特征，选取江汉平原为研究区，以遥感影像、气象和近30年的典型冷浸田地区地下水水位监测数据为基础，采用空间分析和相关性分析等方法，研究江汉平原冷浸田的分布特征及影响因素、地下水水位埋深的时空变化规律和地下水环境特征。结果表明，2021年江汉平原冷浸田主要分布在监利、汉川、洪湖、仙桃、潜江等地区，分布范围相比20世纪80年代呈减少趋势；冷浸田的分布与潜水位埋深有着十分密切的联系，水位埋深较浅的地区容易诱发冷浸田；年内主汛期潜水水位埋深较浅，更易发生冷浸田现象；近30年来，冷浸田地区地下水水位埋深整体呈增大趋势；降雨是诱发冷浸田的重要影响因素；冷浸田分布地区的地下水处于强还原环境，铁、锰和硫化物等还原性物质易大量积累。     

唐山沿海地区地面沉降科学计算与预测

通过分析唐山沿海地区水文地质与工程地质条件,对唐山沿海地区地面沉降形成机理有了新的认识。建立区内地下水降落漏斗发展趋势数学模型,并且进行模型识别;引入贮水系数概念,结合地下水降落漏斗中心水位埋深值,建立区内地下水位变化趋势数学模型;将区内年地面沉降率和地下水位埋深数学模型有机结合,建立唐山沿海地区地面沉降数值计算模型,计算结果符合区内地面沉降变形实际。 海     

应用定位通量法计算某区潜水垂向入渗补给量的适宜性分析

依据新疆地勘局昌吉地下水均衡试验场不同水位埋深条件下的地渗仪、负压计和中子仪组合观测资料，分析了定位通量法计算内陆干旱区潜水垂向入渗补给量的适宜性；结果表明：定位通量法不能用于计算内陆干旱区降水入渗补给量，可应用于水位埋深4～7m，包气带岩性为粘土的潜水田间灌溉入渗补给量。     

榆神矿区煤炭开采的地下水动态演化规律

榆神矿区浅表层水资源短缺,生态脆弱,在划分主采煤层上覆含、隔水层组合类型的基础上,采用Visual Modflow软件构建煤层开采的地下水流数值模型,研究地下水流场演化规律,统计区内地下水位观测网(56个水文观测孔)近3年的有效观测数据,掌握首采煤层开采地下水位动态变化。结果表明:2020年第四系萨拉乌苏组潜水流场与2005年统测地下水流场形态基本一致,地下水位降深值在西南部达10 m;近3年的地下水位未发生明显变化,仅YS22钻孔处受村民井取水引起水位下降。研究成果对榆神矿区地下水资源保护与利用具有重要的指导意义。     

榆神矿区煤炭开采的地下水动态演化规律

榆神矿区浅表层水资源短缺,生态脆弱,在划分主采煤层上覆含、隔水层组合类型的基础上,采用Visual Modflow软件构建煤层开采的地下水流数值模型,研究地下水流场演化规律,统计区内地下水位观测网(56个水文观测孔)近3年的有效观测数据,掌握首采煤层开采地下水位动态变化。结果表明:2020年第四系萨拉乌苏组潜水流场与2005年统测地下水流场形态基本一致,地下水位降深值在西南部达10 m;近3年的地下水位未发生明显变化,仅YS22钻孔处受村民井取水引起水位下降。研究成果对榆神矿区地下水资源保护与利用具有重要的指导意义。     

基于植被地下水关系的保水采煤研究

为研究我国西部生态脆弱矿区植被与地下水关系及其对煤层开采的约束,采用路线穿越法剖析了典型区植被随潜水埋深变化的演替规律,利用遥感获取煤层开大规模采前(2000年)植被指数,并与同期地下水位埋深建立了统计关系。结果表明:研究区天然状态下植被随地下水位埋深的增加呈现明显的分带特征,潜水埋深0~4.0 m时植被对地下水依赖性较强;综合考虑水文地质条件和植被与地下水关系,榆神矿区可划分为植被约束区、地下水约束区和无约束区3个区;矿区开采15 a后,2014年矿区地下水位明显下降和植被盖度普遍升高现象并存,这与煤炭资源高强度开采区集中在无约束区有关。生态脆弱矿区井田规划和煤层开采必须重视植被和地下水约束研究,因地制宜地制定保水采煤技术预案。     

植被对矿区地下水位变化响应研究

依据地下水浅埋区植被蒸腾对地下水位变化十分敏感的特征,构建沙柳根系吸水条件下的水流方程,分析生态脆弱矿区植生长对地下水位下降幅度的阈限。通过原位监测获取气象要素、土壤水、地下水与沙柳蒸腾量的动态变化规律,建立地下水变化与植被蒸散发关系数值仿真模型并对模型进行求解,模拟沙柳蒸腾对煤炭开采区地下水位变化的响应。研究发现:沙柳的日蒸腾量有受气象要素控制的特点,并在正午12时前后出现2次极值,水位越浅变化越显著。地下水对沙柳蒸腾的贡献值随着地下水位埋深的增加而减少,当地下水位埋深15 cm时,贡献率为100%;地下水埋深215 cm时,贡献率为0。在地下水浅埋区,地下水是沙柳蒸腾的主要水源,潜水埋深超过215 cm后地下水不再对沙柳生长提供水源,这也是沙柳对煤层开采地下水位下降的阈限。     

山西寿阳超深水位岩溶区供水勘查方法及开发利用——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,奥灰岩界面埋深在400～600m,岩溶水位埋深440～500m.采用遥感、地震、钻探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迳排条件.特别是针对峰峰组的角砾状泥灰岩容易坍塌、掉块、缩径等特性,进行地层的稳定性研究和泥浆新工艺研究,利用地层特性和以往施工资料进行"事故多发段"的地层地质预报,结合利用岩屑准确鉴定奥灰岩的方法,大大减少了钻探过程出现的各种事故,在缺水地区找到了丰富优质的岩溶地下水,拟建了超深水位岩溶水源地,取得了良好的经济效益和社会效益.     

近50年太行山前平原地下水演变的时代标志性特征

针对太行山前平原浅层地下水超采日趋严峻问题,以滹沱河流域为例,采用MapGIS空间分析技术,探讨了近50年来该区地下水位埋深及分布面积演变的时代标志性特征。研究表明,该平原区浅层地下水呈现区域疏干加剧的态势;1963年,地下水以小于5m埋深的分布区为主,其面积占全区面积的96.8%,尚未出现大于10m埋深的分布区;1975年,5~10m埋深的分布面积迅速扩大,占全区面积的67.3%,大于10m埋深的分布区面积达23.1%;1985年,10~20m埋深的分布面积占69.4%,出现大于20m埋深的分布区,面积340km2;1995年,20~30m埋深的分布面积占全区面积的51.7%,为4238km2,大于30m埋深的分布区面积达4.7%;2005年,大于30m埋深的分布面积占全区面积的49.9%,出现大于40m埋深的分布区,面积达330km2。目前,局部出现了大于50m埋深的分布区。气候旱化,加剧地下水补给量减少和开采量不断增大,加之河道长期干涸,是主导成因。因此,适时调控开采量,使其与气候变化规律相适应,将有利于遏制该区地下水超采疏干态势。     

煤层底板厚层砂岩含水层可疏性综合评价

为了指导煤层底板砂岩水害的防治工作,需要对含水层的可疏性进行合理评价。结合典型矿井的水文地质条件和水害案例,对水文地质钻孔抽水试验资料进行分析,初步评价了底板砂岩含水层具有可疏性。采用大流量大降深放水试验,对观测孔水位单位时间内的变化曲线斜率进行研究,底板砂岩含水层疏降快,恢复慢,增加放水量可有效加快含水层水位的疏降,多孔大流量疏放水可以最大程度上激发地下水流场的变化,在一定范围内对底板砂岩含水层进行疏水降压,可以持续降低地下水水位;单孔放水和多孔放水过程中水位恢复时间分别占放水时间的77.92%和86.21%,而水位仅分别恢复了最大降深的39.11%和46.56%,说明了含水层水位易疏降,难恢复。根据对放水孔的水量和水压变化情况分析,长时间疏水降压会使水量逐渐减小,并产生大幅降深,证明底板砂岩含水层补给条件一般。结合井田地层和构造条件,提出底板砂岩含水层位于相对较为封闭的隔水空间有利于疏水降压。结果表明:利用抽水试验和放水试验资料,从含水层水位单位时间变化速率、抽水和恢复水位曲线、放水孔水压变化和含水层边界条件等方面,可以对底板厚层砂岩含水层可疏性进行综合评价。     

煤矸石堆放地周边地下水环境污染特性及评价

为分析煤矸石堆放场地对当地土壤及地下水造成的污染,对煤矸石堆场周围地下水水质连续一个水文年丰水期及枯水期进行取样化验并分析评价。结果显示:地下水质量较差;各监测点21项评价因子中丰水期Cr6+、Pb、As的含量不能满足《地下水质量标准》中的Ⅲ类标准,枯水期NO-3、Cr6+、Pb、As的含量不能满足《地下水质量标准》中的Ⅲ类标准;煤矸石堆场周边地下水中Cr6+的浓度在平面上离矸石山越近含量越高,在垂向上地下水位埋深越浅含量越高。     

准东矿区邻近奇台绿洲地下水位变化趋势分析

根据准东矿区邻近奇台绿洲1983~2013年地下水位观测资料,对其变化趋势进行了分析,运用Surfer软件分析了奇台绿洲地下水埋深、地下水位和地下水流等分布特征,结果表明:近31年以来,研究区地下水位总体呈下降趋势,年均下降速率为0.51m/a,其中,西部区域下降速率为0.65m/a,东部区域下降速率为0.37m/a;在西部区域形成了多处地下水位降落漏斗,且漏斗面积不断增加;东南区域地下水位高于西北区域,地下水总体呈由南向北流动;地下水位分布和地形分布特征基本一致,局部地形起伏处,地下水流大小和方向变化亦有相应变化;由南向北地下水埋深逐渐变浅;农业灌溉用水量不断增加是造成绿洲地下水位下降的主要原因。     

内陆干旱半干旱盆地地下水生态环境指标研究

探讨了内陆干旱半干旱盆地地下水生态环境指标。内陆干旱地区主要生态环境问题是人工绿洲土壤次生盐渍化和天然绿洲植被衰败。不同区域地下水生态环境指标不完全相同，人工绿洲主要是土壤含盐量和地下水位临界埋深等指标，天然绿洲则主要是土壤含水量、土壤含盐量、潜水矿化度和地下水生态水位等指标。上述指标中最重要的地下水生态环境指标是地下水位埋深，其它指标如土壤含盐量、土壤含水量等指标可通过调节地下水位埋深来进行控制。人工绿洲临界埋深随气候和下垫面条件的变化而变化，年内不同时段指标阈值不同，天然绿洲的生态水位是适宜大多数植被生长的共同潜水埋深，为2.0-4.5m。表2，参9。     

宜昌市主城区浅层地下水的赋存特征初探

宜昌市主城区浅层赋存的松散砂卵石孔隙水、碎屑岩裂隙水、砾岩裂隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水,以潜水为主,局部弱承压。地下水位埋深0.50~29.86 m,平均埋深5.63 m。地下水位标高39.00~120.00 m,平均标高72.93 m。地下水水力梯度一般0.16~0.004,平行长江方向、地势低平地段地下水水力梯度较小,垂直长江方向、地势起伏较大地段地下水水力梯度较大。地下水位在丰水期较平水期升高0.50~8.25 m,水位变化主要受季节性大气降水影响。松散砂卵石孔隙含水层与奥陶系南津关组灰岩裂隙岩溶含水层富水性弱—中等,白垩系五龙组砂岩夹泥岩裂隙含水层与石门组砾岩裂隙含水层富水性弱,可视为相对隔水层。区内雨量充沛,浅层地下水循环强烈,地下水多为重碳酸型。     

纳林河二号煤矿首采区水文地质条件分析及涌水量预测

以纳林河二号煤矿首采区3~(-1)煤为研究对象,基于地质与水文地质资料、水化学测试及抽水试验,分析井田水文地质、充水水源及通道特征。构建研究区地下水流三维数值模型,预测地下水水位降深及矿井涌水量的动态变化,结果表明:随着首采区3~(-1)煤采掘空间的不断增大,地下水位降落漏斗面积逐渐扩大,水位降深随之增大,涌水量也呈增大趋势。研究结果可为矿井首采区防治水工作提供科学依据。     

水压传感仪在水文长期观测孔中的应用

以淄矿集团亭南煤矿水文地质补充勘探工程为例,介绍了水压传感仪在水文长期观测孔中的应用.在工程施工过程中,使用水压传感仪进行抽水过程中的水位观测;工程结束后,又将水压传感仪埋设在要求观测的层位进行地下水水位长期观测.