第四纪松散沉积层地区地下水资源评价.pptx

一、第四纪松散沉积层的特点二、地下水资源评价历史三、地下水资源评价现状四、地下水资源评价发展趋势一、第四纪松散沉积层的特点 1 1 厚度变化大，一般为厚度变化大，一般为50m50m350m350m不等，不等，地下水丰富，但富聚不均匀；地下水丰富，但富聚不均匀；2 2 岩性结构复杂：岩性结构复杂：具上细下粗多旋回的沉积韵律特征，具上细下粗多旋回的沉积韵律特征，从上从上到下分别划分为全新世孔隙潜水含水层，晚更新到下分别划分为全新世孔隙潜水含水层，晚更新世第世第承压含水层，中更新世第承压含水层，中更新世第承压含水层，承压含水层，早更新世第早更新世第承压含水层和中、上新世第承压含水层和中、上新世第承压承压含水层，其间以弱含水的粘性土层相分隔、局部含水层，其间以弱含水的粘性土层相分隔、局部地段各含水层又相互连通。地段各含水层又相互连通。水力性质和土力学性质在空间上相差悬殊；垂向渗透系数与水平方向渗透系数相差较大，且不同空间坐标位置垂向渗透系数与水平方向渗透系数的比值相差悬殊，一般土层的经验值为0.1，但有些地方远远偏离这一数值，高达0.7。二、地下水资源评价历史 1开采试验法（50、60年代）2相关外推法（50、60年代）3水均衡法（50、60年代）4解析法（70年代）5数值法（平面二维流）（80年代）6数值法（准三维流）（90年代）1开采试验法（50、60年代）在选定的水源地范围内，根据水文地质条件，选择合适的布井方案，打探采结合孔。最好在旱季，尽可能地按开采条件（开采降深和开采量）进行较长时间的抽水试验。根据抽水试验的结果来确定允许开采量。抽水试验可能出现二种情况：稳定状态和非稳定状态。稳定开采试验状态动水位历时曲线图稳定开采试验状态动水位历时曲线图非稳定开采试验状态动水位历时曲线图非稳定开采试验状态动水位历时曲线图三、地下水资源评价现状 1 1准三维流数值模型准三维流数值模型 2 2真三维流数值模型真三维流数值模型 考虑地下水在考虑地下水在X X、Y Y、Z Z三个方向上的流动三个方向上的流动 状态，状态，可将整个第四纪松散沉积层作为一个完整的三维水文可将整个第四纪松散沉积层作为一个完整的三维水文地质体进行计算，即将各含水沙层之间的粘性土层作地质体进行计算，即将各含水沙层之间的粘性土层作为弱含水层和含水层一起直接参与计算，把各含水层为弱含水层和含水层一起直接参与计算，把各含水层之间的水力联系，作为含水系统内部的水文地质机制之间的水力联系，作为含水系统内部的水文地质机制加以刻划，彻底克服了准三维（或二维）数值模型在加以刻划，彻底克服了准三维（或二维）数值模型在对各含水层逐一评价时，将各含水层之间的水力联系对各含水层逐一评价时，将各含水层之间的水力联系作为外部边界条件处理的不确定性，避免了地下水量作为外部边界条件处理的不确定性，避免了地下水量的重复计算或缺失，大大提高了计算的精度。的重复计算或缺失，大大提高了计算的精度。地下水剖面预测流场图地下水剖面预测流场图地层剖面与模型垂向分层关系图地层剖面与模型垂向分层关系图 计算模型有限单元网格图计算模型有限单元网格图 空间离散空间离散 数学模型的建立数学模型的建立 抽水30天后第承压含水层上段平面水位等值线图抽水30天后剖面水位等值线图 空间离散空间离散地层剖面与模型垂向分层关系图地层剖面与模型垂向分层关系图 计算模型有限单元网格图计算模型有限单元网格图 抽水抽水30天后第天后第4层平面水位等值线图层平面水位等值线图 x=480mx=580mx=630m 抽水30天后剖面水位等值线图四、地下水资源评价发展趋势 1 1完全实现真三维流数值模型评价完全实现真三维流数值模型评价 2 2实现地下水渗流与地面沉降三维耦合模型实现地下水渗流与地面沉降三维耦合模型评价评价 抽水引起地下水位的变化抽水引起地下水位的变化过程实际上是渗流过程实际上是渗流场和应力场相互影响、相互作用的过程。场和应力场相互影响、相互作用的过程。抽水引抽水引起孔隙水压力的降低将会引起含水岩（土）体骨起孔隙水压力的降低将会引起含水岩（土）体骨架有效应力的增加，从而导致含水岩（土）体骨架有效应力的增加，从而导致含水岩（土）体骨架的压缩变形，进而引发地面沉降。架的压缩变形，进而引发地面沉降。（2 2）地面沉降数学模型：）地面沉降数学模型：由地下水位下降引起的含水层压缩量的计算模型为：由地下水位下降引起的含水层压缩量的计算模型为：承压含水层的弹性变形量：承压含水层的弹性变形量：b=-b=-h h S Sskeske b b0 0=-=-h h S Sfefe 承压含水层的非弹性变形量：承压含水层的非弹性变形量：b b*=-=-h h S Sskvskv b b0 0=-=-h h S Sfvfv 潜水含水层的弹性变形量：潜水含水层的弹性变形量：b=-b=-h h (1-n+n(1-n+nw w)S Sskeske b b0 0=-=-h h S Sfe fe 潜水含水层的非弹性变形量：潜水含水层的非弹性变形量：b b*=-=-h h(1-n+n(1-n+nw w)S Sskvskv b b0 0=-=-h h S Sfv fv 第第承压含水层地下水位预测等值线承压含水层地下水位预测等值线第承压含水层地下水位预测等值线 第承压含水层地下水位预测等值线图 地面沉降预测等值线图 上述模型并未考虑土体的变形参数和渗透性随土体中应力场改变的动态变化。实际上随着土体应力场的改变，土体的变形参数和孔隙率以及渗透性也必然发生改变，因此在预测由抽水引起的地面沉降时，不仅要考虑土体变形参数随有效应力状态的变化，还要考虑渗透性的相应动态变化。实践证明，该模型更加贴近实际，进一步提高了计算的精度。地层剖面与模型分层对比图 三维网格剖分图抽水井周围局部放大网格图 地下水渗流与地面沉降三维全耦合数学模型：抽水30天后第4层地下水位等值线图抽水30天后第6层地下水位等值线图抽水30天后剖面地下水位等值线图(y=0)抽水30天后地面沉降量等值线图抽水30天后剖面沉降量等值线图(y=0)地地层层剖剖面面与与模模型型分分层层对对比比图图计算模型有限元网格图抽水井周围局部放大网格图抽水30天后第3层平面水位等值线图x=480mx=630mx=580m抽水30天后剖面水位等值线图 抽水30天后第3层地面沉降量等值线图x=480mx=630mx=580m抽水30天后剖面沉降量等值线图 结 论 1 1 地下水资源评价是一个由粗到细、由简单地下水资源评价是一个由粗到细、由简单到复杂的动态过程，尤其在第四纪松散沉积层地到复杂的动态过程，尤其在第四纪松散沉积层地区，随着地下水的开采，含水岩（土）体的水力区，随着地下水的开采，含水岩（土）体的水力性质和力学性质均将发生变化，进而导致含水岩性质和力学性质均将发生变化，进而导致含水岩（土）体的导水能力和储水能力发生变化。因此，（土）体的导水能力和储水能力发生变化。因此，地下水资源评价必须按一定的周期循序进行；地下水资源评价必须按一定的周期循序进行；2 2 高速度大容量电子计算机的诞生、计算技高速度大容量电子计算机的诞生、计算技术的飞速发展，地下水动态和含水岩（土）体应术的飞速发展，地下水动态和含水岩（土）体应力力应变资料的不断积累，为实现地下水资源的应变资料的不断积累，为实现地下水资源的高精度评价提供了可能。高精度评价提供了可能。