ISSN 1000-3665 CN 11-2202/P
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2023年 第50卷  第1期

2023 年 1 期目录
2023, 50(1)
摘要:
主编观点
对地表水资源与地下水资源重复量的认识与水资源开发利用理念探讨
李文鹏
2023, 50(1): 1-2. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209031
摘要:
水文地质与水资源
基岩海岛地下水与海水相互作用研究
张康, 韩冬梅, 曹天正, 宋献方, 王威, 曹艳玲
2023, 50(1): 3-12. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112011
摘要:
中国北方基岩海岛水文地质条件独特,气候变化和人类活动不同程度地影响着海岛地下水与海水相互作用过程,然而对包括海水入侵(SWI)和海底地下水排泄(SGD)的水文过程的定量认识比较缺乏。本研究基于2012—2016年我国北方某基岩群岛降水、地下水水位、水质动态监测数据,运用数理统计、空间插值和水力学方法,分析了基岩海岛地下水与海水相互作用的特征和影响因素。结果表明,降水和开采是影响地下水、海水相互作用的主要因素,地下水水位变化滞后于降水事件约10 d;南岛东北岸、南岸的大部分地区没有发生海水入侵,地下水向海排泄过程较稳定,2012—2016年SGD速率均值为0.2 m/d,向海NO3-N通量均值为81.8 mmol/(m2·d);北岛东南地区是海水入侵的严重区域,地下水水位长期低于海平面且逐年下降,2012—2016年SWI速率均值为0.3 m/d,向陆NO3-N通量均值为69.6 mmol/(m2·d)。分别计算南、北两岛枯水季(2014年4月)、丰水季(2013年9月)SGD水量,北岛SGD水量为3.5×104~4.5×104 m3/d,南岛SGD水量为0.4×104~1.1×104 m3/d。相关结果可为基岩海岛地下水资源管理和生态环境保护提供重要参考。
基于表面能量平衡模型的张承地区蒸散发研究
董祥旺, 金晓媚, 张绪财, 殷秀兰, 金爱芳, 郎捷, 罗绪富, 马靖宣
2023, 50(1): 13-20. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204007
摘要:
张家口承德地区是京津冀城市群生态安全的重要屏障,针对该地区长时间序列实际蒸散的时空变化研究较少,以张家口承德地区为研究区,基于表面能量平衡模型(SEBS)结合MODIS和GLDAS数据反演了研究区2001年1月—2020年12月逐月的蒸散量,将反演结果与MOD16A2数据在趋势上进行了对比,并用2021年7月的野外实测数据在像元尺度上对其进行验证,利用Sen+MannKendall显著性检验方法对其时空趋势变化进行了分析,用相关性分析研究了其影响因素。结果表明:模型蒸散量反演结果与MOD16A2数据在月尺度上相关性良好,与野外实测数据的相对误差小于15%,具有较高的可靠性;研究区的年蒸散量在20 a间呈现波动上升趋势,最大值为2013年的545 mm,最小值为2002年的348 mm,且承德地区的蒸散量明显高于张家口地区;20 a间研究区75.41%的区域蒸散量基本稳定不变,5.13%的区域蒸散量增加,1.11%的区域蒸散量显著降低,18.35%的区域蒸散量轻微降低;气温、植被对蒸散量的影响具有显著的正相关性,不同土地用地类型下蒸散量由高到低的顺序为:林地>水体>草地>耕地>建设用地>未利用土地。
基于不同开采方式的煤矿涌水量预测及其环境影响分析
韦华鹏, 罗奇斌, 康卫东, 张子琛
2023, 50(1): 21-31. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201025
摘要:
煤矿开采不当会对水资源与水环境造成破坏,尤其在生态环境相对脆弱地区更是如此。针对目前矿井涌水量预测大多以单一工作面或煤矿为评价单元,对沟域内煤矿群同时长期开采的地下水环境影响重视不够。选择头道河则沟域为研究区,以地下水勘查、井田勘探资料为依据,构建了头道河则完整沟域的地下水三维非稳定流数值模型,根据地下水、地表水监测数据和煤矿群开采涌水量的长观资料进行模型的识别与验证,以9#煤矿为典型矿区,分析综采和条带充填2种不同开采方式下矿井涌水量及其对水环境的影响。研究结果表明:(1)综采状态下,矿井涌水量增加0.70×104 m3/d,导致地下水溢出量减少0.20×104 m3/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.21~17.92 m;条带充填开采状态下,矿井涌水量增加0.11×104 m3/d,导致地下水溢出量减少0.04×104 m3/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.01~0.44 m。(2)煤矿按综采方式开采,导水裂隙带高度大,将大面积导通第四系潜水含水层,矿井涌水对水环境影响较大;若按条带充填方式开采,导水裂隙带高度大幅变小,不会导通第四系潜水含水层,矿井涌水对水环境影响较小。煤矿企业在煤层上覆岩层厚度较薄的地段采煤时,宜采取条带充填开采的方式。研究结果可为研究区或类似煤田开采方案制定、科学处理好煤炭资源开采与生态环境保护关系等提供依据或参考。
非饱和渗流模拟中非均匀空间网格的改进方法
朱帅润, 何博, 吴礼舟, 李绍红, 卿毅伟
2023, 50(1): 32-40. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202110013
摘要:
Richards方程在非饱和渗流模拟及其他相关领域应用广泛。在数值求解过程中,可以采用有限差分方法进行数值离散并迭代求解,为了获得较可靠的数值解,常规的均匀网格空间步长往往是较小的。在一些不利数值条件下,如入渗于干燥土壤,迭代计算费时甚至精度也不能得到很好改善。因此,文章提出Chebyshev空间网格改进方法,结合有限差分方法对Richards方程进行数值离散以获得线性方程组,并通过经典的Picard迭代方法进行迭代求解线性方程组以得到Richards方程的数值解。通过均质土和分层土2个不利情况下的非饱和渗流算例,又结合模型解析解和软件Hydrus-1D,对比研究了改进网格方法与均匀网格方法获得数值解的精度。结果表明,提出的Chebyshev网格方法相较于传统的均匀网格,可以在较少的节点数下获得较高的数值精度,又具有较小的计算开销,有较好的应用前景。
江汉平原过渡带黏性层状土弥散试验与模拟研究
刘泳佚, 史婷婷, 王清, 刘添文, 刘亚磊, 李梦茹
2023, 50(1): 41-50. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201036
摘要:
为研究江汉平原—大别山区过渡带黏性层状土中溶质迁移的规律,以保守性阴离子Br为示踪剂,通过等温吸附试验、一维弥散试验、HYDRUS-1D软件模拟反演手段,研究了Br在黏性层状土中的吸附参数、迁移规律,模拟反演其弥散参数。结果表明:(1)Freundlich模型和Langmuir模型均能较好的拟合吸附试验结果,随着土壤中黏粒比例的增大,土壤对Br的饱和吸附量有所增加;(2)层状土中土壤质地与结构均会影响穿透曲线的形状,但一维饱和土柱中的弥散过程主要取决于含水介质系统中黏性颗粒的占比,黏粒的增加会对溶质运移产生阻碍作用;(3)通过HYDRUS-1D软件构建模型反演弥散参数,R2均大于0.991,拟合效果较好,分析发现层状土中无论土壤组成类型还是层厚及排序的影响,其本质都是改变了土壤的平均孔隙流速从而影响弥散作用,平均孔隙流速越小其弥散系数越小;(4)试验中粉质黏土弥散系数约为0.005~0.048 cm2/d,远远小于下部砂土弥散系数0.524~7.477 cm2/d,差值达到了至少两个数量级,表明研究区内厚层黏土为控制地层,会较大程度阻碍地下水中溶质运移,上部含水层中的污染物或有机质很难穿透该层向下迁移,具有良好的截污性能。研究结果对江汉平原过渡带地下水环境保护、水质治理具有重要应用价值。
基于电阻率法的充填裂隙-基质中盐热运移试验研究
丁瑞, 邓亚平, 钱家忠, 杨賾, 马雷
2023, 50(1): 51-59. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111055
摘要:
为探究盐、热示踪剂在裂隙-基质中示踪的有效性,设计了充填裂隙-基质试验模型,开展了不同示踪剂下的试验,结合不同测点的实时动态电阻率监测数据,研究充填裂隙-基质中示踪剂运移过程,并讨论基于电阻率法的盐、热示踪的有效性结果表明:(1)电阻率法可以揭示 3 种不同示踪剂注入充填裂隙-基质系统的过程以及裂隙-基质系统中裂隙的存在;(2)盐热示踪剂下裂隙与基质内的体积电导率变化率差异最为显著;(3)质量浓度与体积电导率拟合效果要优于温度与体积电导率拟合效果。这说明了基于电阻率法的示踪剂对刻画裂隙-基质中裂隙与基质位置的有效性,且盐热联合示踪剂效果最好。数据成果对野外电法勘探裂隙位置及其他非均质地层构造研究具有一定的参考价值。
工程地质与地质灾害
流态地聚物固化土强度特性及其强度预测
易富, 姜珊, 慕德慧, 管茂成
2023, 50(1): 60-68. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205038
摘要:
地聚物胶凝材料能够替代水泥基胶凝材料作为固化剂应用于狭窄肥槽回填等工程问题中,有效降低水泥生产过程中的污染及能耗,但目前对于流态地聚物固化土胶凝材料的研究较少。采用3种新型绿色胶凝材料联合碱激发剂固化工程渣土形成流态地聚物固化土,通过对比其无侧限抗压强度,探究每种胶凝材料对于固化土强度特性的影响,同时建立强度预测模型,分析不同因素对于强度的影响程度。研究结果表明:固化土的强度随着碱激发剂模数的增加先提高后降低;固化土强度随着高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰、稻壳灰掺量的增加均呈上升趋势,随着稻壳灰粒径的增长呈下降趋势;碱激发剂模数增至1.2、GGBS掺量增至10%、粉煤灰掺量增至8%和稻壳灰掺量增至11%时,固化土强度提升最为显著;强度预测模型预测结果的平均相对误差仅为5.57%,预测结果较为精准;预测模型中各层权值的计算结果表明养护龄期对于固化土强度影响最大,稻壳灰粒径影响程度最小。研究结果可以为固化土在实际工程的应用提供理论支持。
大尺寸三维电动-水力渗透协同固结淤泥能耗特性
郑若璇, 孙秀丽, 王渝, 金勋, 郁秦杰, 刘文化
2023, 50(1): 69-77. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112040
摘要:
为解决目前电渗应用的高能耗困境及大尺寸模拟困难等问题,提出针对低渗透性、高含水率土体的电动-水力渗流协同作用的三维固结方法。自行研制了一套阴极-集水-排水协同作用的多功能集排水系统,采用间歇式抽水代替连续抽水。采用三维电动-水力渗流固结系统对取自贡湖湾湿地和白旄堆场的2种不同太湖底泥进行了电渗试验研究,同时对白旄堆场太湖底泥进行了传统一维电渗固结试验,并对2种试验条件下的单位体积排水能耗和单位体积单位排水量能耗等关键指标进行了对比。结果表明:三维集水井设计可大大降低土体阴极附近电阻,间断性提高系统电流,提高排水效率,降低电渗总能耗;间歇式抽水可间歇性降低系统内总电流,利用电动-水力协同作用,保持系统渗流的连续性;三维电动-水力渗流固结系统的电流呈周期性减小—增大模式,并且降低速率较慢,尤其对于有机质含量较高的土体,电渗过程电流始终保持在一个较高的水平,提高了排水固结效率。三维电动-水力渗流固结系统的单位体积排水能耗和单位体积单位排水量能耗分别约为一维电渗系统的2/3和1/30。在高含水量软土固结排水中具有显著的节能效果。三维电动-水力渗流固结系统可以提高排水固结效率、大幅度降低能耗,为实际工程应用提供了可靠的理论、设计依据和数据支持,具有很好的推广价值。
线-面结合的结构面粗糙系数经验计算方法
范祥, 安宏磊, 包含, 任贤达, 邓志颖, 吴睿
2023, 50(1): 78-86. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205027
摘要:
岩体结构面的剪切力学特性主要取决于其表面粗糙特征,结构面粗糙系数是表征该粗糙特征的主要方法。目前对结构面粗糙系数的研究局限于单一维度,多角度且定量化计算结构面粗糙系数能避免单一维度分析导致计算精度不准的局限性。采用立方体花岗岩,通过巴西劈裂的方式制备含结构面的试样;利用高精度三维扫描仪对试样结构面进行扫描,得到结构面的点云数据,同时借助逆向软件对点云数据进行三维重构。研究了点云数据Z方向上的分布频率,剖面线剖面比与节理粗糙系数(JRC)值的关系,结构面面积比与JRC均值的关系。研究表明:点云数据Z方向上的分布频率可以作为初步评估结构面粗糙度的手段;剖面线剖面比与JRC数值、结构面面积比与JRC均值有二次函数的关系。通过数值分析建立了结构面JRC均值与剖面比、面积比的二元函数关系,并得到结构面JRC均值的经验计算公式。本次研究为结构面粗糙度提供了一种“点-线-面”逐渐深入的多角度评估思路,得到的经验公式为计算结构面JRC均值提供了一种新的计算方法。
基于随机森林回归分析的岩体结构面粗糙度研究
李文斌, 冯文凯, 胡云鹏, 周永健, 陈凯, 刘云
2023, 50(1): 87-93. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202110048
摘要:
岩体结构面粗糙度系数是快速估算结构面峰值抗剪强度的重要参数。但是结构面轮廓曲线复杂,单一统计参数无法量化表征粗糙度。为解决这一问题,收集了112条结构面轮廓曲线起伏角、起伏度、迹线长度3方面的8项统计参数,利用随机森林回归模型交叉验证的方法评估统计参数的重要性。结果表明:最大起伏度、起伏高度标准偏差、平均起伏角、起伏角标准差、平均相对起伏度及粗糙度剖面指数等6项统计参数重要性占比达到93.2%,且回归拟合系数趋于平稳,基于重要性评估结果建立最优超参数决策树数目(ntree)为400、参与节点分割的数目(mtry)为2的随机森林回归模型,模型预测结果拟合优度高达98.1%。与基于坡度均方根、结构函数及粗糙度剖面指数等传统线性回归结果对比,随机森林回归模型结果精度更高,误差更小,拟合优度提高6%以上,表明随机森林回归模型更适用于结构面粗糙度反演。
爆破扰动下TBM隧洞时滞型岩爆特征及影响机制研究
全永威, 王军, 熊永润, 姚志宾, 张宇, 胡磊
2023, 50(1): 94-103. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202042
摘要:
时滞型岩爆的发生通常具有很强的随机性,会对施工安全造成巨大的威胁,而开挖扰动、爆破扰动等均会对潜在时滞型岩爆区产生不同程度的影响。依托某隧道掘进机(TBM)引水隧洞,采用理论分析和对比分析法研究了拆机洞爆破开挖期间K54+000—K54+700段发生的5次时滞型岩爆,发现:(1)强烈岩爆和中等岩爆区位于缓倾断层附近,围岩发育短小隐节理和含充填的细密节理,轻微岩爆距断层远或位于正断层附近,除含充填的细密节理外,均至少发育1条含充填物的倾向SW的陡倾结构面;(2)TBM法开挖隧洞时滞型岩爆滞后爆破时间更长,滞后工作面距离更远,且爆破对TBM隧洞的扰动作用相对较小;(3)爆破扰动使得潜在时滞型岩爆区围岩失稳变得容易,从而加速了时滞型岩爆的进程。研究成果可为TBM隧洞时滞型岩爆的预警与防控提供参考。
降雨诱发堆积体滑坡水土响应与稳定性时空演化试验研究
孟生勇, 江兴元, 杨义, 孙乾征, 史文兵
2023, 50(1): 104-112. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204014
摘要:
降雨在松散堆积土中入渗引起内部水土力学的变化是影响稳定性的关键。目前研究多侧重考虑颗粒粒径、含量等因素对斜坡破坏的影响,但是针对斜坡体内部水土响应及稳定性时空演化方面的研究存在不足。基于野外滑坡案例,通过室内降雨滑坡模型试验、土力学试验和理论分析手段,研究了降雨触发松散堆积体斜坡变形破坏过程及模式,采用Van Genuchten模型(VG模型)重构了土体的土-水特征曲线,重点探究了斜坡内部水土力学变化以及稳定性时空演化规律。结果表明:(1)堆积体斜坡破坏经历了微裂隙发育-局部破坏-整体破坏3个阶段,呈现出“初期拉裂-坡面坍塌-塑性滑动”的破坏模式;(2)入渗过程斜坡体积含水率以及孔隙水压力急速增加,而土颗粒之间基质吸力下降甚至消散,促进了斜坡破坏发展;(3)土体力学强度随体积含水率升高呈指数下降,体积含水率为36.3%时,有效黏聚力和有效内摩擦角仅为0.27 kPa、3.39°;(4)基于极限平衡理论和斜坡土水特征监测数据,构建了斜坡稳定性时空演化图谱,与模型试验破坏特征有较好的一致性。研究结果对降雨作用下的堆积层斜坡监测预警与防灾减灾提供理论支撑。
基于Midas-GTS的三峡库区金鸡岭滑坡成因机制与稳定性分析
谭银龙, 许万忠, 曹家菊, 罗丹, 王本栋, 谯立家, 周谊
2023, 50(1): 113-121. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204054
摘要:
金鸡岭滑坡在暴雨后发生明显变形,通过现场勘察、钻探、物探、深部位移监测以及水平位移监测得出初步结论。为进一步查明该滑坡成因机制,通过解译现有勘察监测资料,结合Midas-GTS软件分析不同工况下滑坡的渗流场、位移场、稳定性计算,综合评价其成因机制。结果如下:(1)物探解译得出金鸡岭滑坡为岩土混合、含水滑坡,滑动面位于T2b1泥灰岩和T2b2泥岩分界线;(2)深部位移监测揭示该滑坡为浅表层土体在发生滑移,滑动面与物探解译得出的滑动面位置一致;(3)水平位移监测表明浅表分布的后梆滑坡和潘家岭滑坡变形速率较快,变形强烈;(4)数值模拟结果显示金鸡岭滑坡在现状工况下处于基本稳定状态;在排干地下水工况下处于基本稳定状态;在暴雨工况下处于欠稳定状态,可能产生整体滑移,其上的潘家岭滑坡及后梆滑坡产生土体次级滑移。(5)金鸡岭滑坡的地形地貌、地质构造、地层岩性、为滑坡的形成和发展提供了物源和场地条件,暴雨和人类工程活动作为诱发因素,进一步加剧滑坡变形。该研究成果将为三峡库区类似滑坡的成因机制与稳定性分析提供理论依据,对后期防治措施具有重要指导意义。
川藏寒区道路边坡涎流冰防治措施试验研究
赵文, 刘亚雄, 吉安娜, 高文杰, 王国生
2023, 50(1): 122-131. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202203034
摘要:
涎流冰是川藏寒区道路工程常见病害,严重威胁道路建设及运营安全。防止地下水出露地表或者地下水位过高可减缓或消除涎流冰病害。野外调查和卫图判识表明川藏寒区涎流冰以溢流型为主。通过室内物理模拟试验研究采用含砾粗砂或卵石换填疏导地下水以及铺设防水土工布隔水对涎流冰的防治效果。试验表明:当冻结深度大于地下水位埋深时会逐渐形成涎流冰;采用含砾粗砂或卵石作为换填渗流层,加快地下水排泄,可有效减少孔隙水压力,相对于未处治边坡,涎流冰体积分别减少85.4%和93.9%,孔隙水压力分别减少46.2%和58.1%;采用防水土工布阻隔地下水,涎流冰面积减少97.5%,但孔隙压力会增加。考虑到川藏交通廊道区卵(碎)石材料充足,推荐采用渗透性良好的卵(碎)石作为换填层,加强地下水疏导,并在换填层上铺设防水土工布隔水。研究成果可为川藏地区交通道路涎流冰防治提供参考。
郑西高铁地面振动实测分析及隔振沟效果研究
宋玉兰, 杨立中
2023, 50(1): 132-143. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205041
摘要:
高铁列车动载会引起环境振动问题。为研究高速列车运行在高架段和路堤段引起的环境振动差异,文章对郑西线高速铁路展开现场测试,对比分析高架段和路堤段地面振动特征及其衰减规律。测试结果表明,路基段的振动响应大于高架段,高架段近场区衰减作用高于路堤段近场区域。振动传播过程中存在多次反弹增大现象,路堤段地面振动反弹增大位置滞后于高架段。高架段和路堤段的二次反弹增大率均明显大于一次反弹增大率。Z振级随距离的衰减符合对数衰减规律,拟合得到黄土地区Z振级衰减公式,最大偏差均出现在反弹增大区。引入无限元-黏弹性耦合边界条件,建立路堤段三维轨道-土体-隔振沟数值模型分析高速铁路隔振沟对减隔振的影响。研究发现空沟对中高频(30~60 Hz)振动波的隔振效果较低频(1~20 Hz)振动波明显,其具有低通滤波作用。空沟比填充沟隔振效果好,但是考虑到沟壁的稳定性,可在空沟中填入软质材料。研究成果可为高速铁路的设计及其环境振动的评价和控制提供参考。
生态地质与环境地质
地表基质综合调查:内涵、分层、填图与支撑目标
殷志强, 陈自然, 李霞, 卫晓锋, 邵海
2023, 50(1): 144-151. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205004
摘要:
地表基质综合调查评价是支撑自然资源管理和服务宜林宜草、宜耕宜荒的基础性工作。关于地表基质综合调查的理论基础、目标定位、科学内涵、填图方法及分类分层等是目前探索的焦点与热点。文章在近年来承德生态文明示范区地表基质综合调查与多尺度填图的基础上,结合全国不同典型地区地表基质调查研究试点工作,进一步厘清了地表基质的科学内涵与支撑服务目标,建立了地表基质第三级分类方案和填图单元及命名方式,提出了地表基质调查中生产层、生态层和生活层的深度范围,最后从支撑塞罕坝地区植树造林和坝上地区狼毒草生态防治两个案例揭示了地表基质对植被群落的约束作用。研究成果可为深入理解地表基质的科学意义和开展全国范围的地表基质调查、监测、评价、区划提供基础参考。
实验室尺度高地温梯度模拟地层的实现方法研究
张德谦, 雷海燕, 戴传山
2023, 50(1): 152-157. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201050
摘要:
地热井与周围热储层的传热过程对地热井产热性能研究有重要意义。由于实际工程中在地热井周边布置测点较难,无法获取地热井周围热储层的参数变化,进而为地热热储模拟结果提供验证,故以往大多地热热储模拟仅将地热井作为源项处理,未考虑地热流体和储层的耦合流动换热。实验室条件下的模拟试验方便布置测点,可为热储-井筒耦合流动传热模型提供试验验证,其中如何实现实验室尺度下有温度梯度的模拟地层是试验研究的关键,目前尚未有类似研究。基于传热学基本原理,研究了实验室条件下有较高温度梯度多孔地层的快速实现方法,通过确定模拟热储层和热储盖层几何尺寸、优选填充多孔介质和实现恒定温度的模拟热储层,设计了一套实验室尺度下有高温度梯度的模拟地层系统,通过分层加热与边界动态热补偿方法,较快实现了热储层温度分别为60 ,65,70 °C下模拟地层的线性温度分布,采用有限体积法得到的数值模拟与试验结果的相对误差在±2.5%范围内,二者吻合较好。文章设计搭建的模拟地层系统可为开展地热井筒-热储耦合模拟试验提供条件,进而为开发的地热热储-井筒耦合传热数值软件提供试验验证。
福建盐田海水补给型地热系统地球化学特征及其成因
刘春雷, 李亚松, 洪炳义, 曹胜伟, 王婉丽, 李剑锋
2023, 50(1): 158-167. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205017
摘要:
海水补给型地热系统具有补给资源量大,但温度低、水质咸化等特点,查明沿海地热水循环补给条件和成因机制,对东南沿海地热资源的合理开发利用和保护具有重要意义。在泉州官桥盐田地热区分别采集了地热水、地下水和海水样品14个,利用水化学同位素特征分析和地球化学温标法,揭示了官桥盐田地热水循环补给和地热资源成因机制。结果表明:地热水水化学类型为Cl—Na型水,与海水水化学类型一致;H01和H02的溶解性固体总量(TDS)分别为2610 mg/L和3 090 mg/L,地下水以TDS小于400 mg/L的$ {\rm{HCO}}_3$—Na型水为主;地热水富集Br,地下水中Br未检测,表明盐田地热水存在现代海水或者海相沉积层古海水补给。根据盐田地热田H01和H02地热水Cl混合模型计算,地热水H01海水混入比为9.13%,H02海水混入比为10.76%,显示H01在出露于第四系地层后混入了更多的地下水。综合分析认为,海水是盐田地热水的重要补给资源,地热水化学组分受海水混合作用影响明显,深层热水上升过程中存在两次或者多次地下水或者海水混入从而形成浅层热储,采用SiO2 地热温标和多矿物平衡法估算的浅层热储温度在89~121 °C之间。
张掖盆地地热资源赋存特征及成因分析
尹政, 柳永刚, 张旭儒, 李玉山, 冯嘉兴
2023, 50(1): 168-178. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202050
摘要:
张掖盆地地处甘肃省河西走廊黑河流域中游地区,地势南东高北西低。已有勘探资料显示,张掖盆地赋存丰富的水热型地热资源。通过研究该区域地球物理勘探、钻探、地温测量及水文地球化学等成果资料,分析了张掖盆地地热资源赋存特征,探讨了其成因模式。张掖盆地地热田属沉积盆地型中低温地热田,热储为呈层状分布的新近系白杨河组砂岩、砂砾岩,选择钾镁地球化学温标计算热储温度为47~82 °C,盖层为新近系上新统疏勒河组泥岩及第四系松散地层;地热水类型主要为碎屑岩类孔隙水,根据氢氧同位素特征推断其主要补给来源为南部祁连山区大气降水;祁连山北缘深大断裂和盆地内NNW向基底断裂是地热流体深循环良好的导水通道,地下水接受补给后沿导水断裂带或岩层孔隙裂隙运移,在深部热传导的增温作用下,赋存于碎屑岩类孔隙之中形成了本区的地热资源。水质分析结果表明:本区地热水属于溶滤型的陆相沉积水,水化学类型为Cl·SO4—Na型,F、SiO2、溶解性总固体、总硬度含量随水温的升高而增大;区内地热水3H值普遍小于2.0 TU,说明形成年代较早;14C分析结果进一步证实,区域地热水形成年龄超过20 ka,反映出地热流体补给路径长、径流缓慢的特点。研究成果可为张掖盆地地热资源勘查和开发利用提供重要参考。
基于主动加热型分布式温度感测光缆的土体导热系数测量方法
姚俊成, 刘洁, 王金路, 孙梦雅, 方可, 施斌
2023, 50(1): 179-188. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111076
摘要:
主动加热型分布式温度感测技术(AH-DTS)可通过植入土体中的光缆实现不同层位土体导热系数的分布式连续测量,但AH-DTS光缆导热系数测量方法的准确性和敏感性有待进一步研究。通过室内试验,对比了碳纤维加热感测光缆(CFHC)和铜网加热感测光缆(CMHC)的热响应过程,通过数值模拟验证了光缆结构对导热系数测量结果的影响。研究结果表明:(1)CFHC和CMHC的热响应过程可通过微分法分为光缆内部传热、纤-土过渡以及土体稳定传热3个阶段,光缆结构差异导致传热速率不同,使得CFHC导热系数测量初始时刻比CMHC提前100 s;(2)光缆尺寸与比热容差异下CFHC的升温值更高,相同测温精度CFHC的导热系数测量结果较CMHC更加稳定准确;(3)增大加热功率或延长加热时间均会提高CFHC和CMHC测量土体导热系数的准确性。研究成果为该技术的进一步完善和推广提供了重要依据。
药物和个人护理用品对地下水污染的风险评价
吴林, 石国伟, 刘雅慈, 李亚松, 李青生
2023, 50(1): 189-196. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202028
摘要:
为进一步明确污泥土地利用过程中新型有机污染物——药物和个人护理用品(PPCPs)对地下水污染的风险,采用数学模型初步预测和评价了29种PPCPs在砂土和壤土2种介质条件下对地下水污染的风险。结果表明:砂土条件下,环丙沙星、氧氟沙星、土霉素、诺氟沙星和咖啡因等5种PPCPs的风险指数大于1,具有高地下水污染风险,其中,除咖啡因外,其余4种PPCPs均为抗生素类药物,应加强其在地下水中的监测和防控。壤土条件下,29种PPCPs对地下水均表现为低污染风险。吸附强度是影响PPCPs对地下水污染风险的最主要因素。PPCPs在包气带中的半衰期、有机碳-水分配系数、土壤密度、有机碳含量、含有机质的上层土壤层厚度是模型主要的敏感参数。不确定性分析显示,PPCPs的有机碳-水分配系数和其在包气带中的半衰期的改变对地下水污染风险评价结果影响较大。验证表明,地下水污染风险指数越大的PPCPs在地下水中的检出率也越高,说明评价结果具有一定的合理性。今后应加强对PPCPs降解产物、地下水中安全浓度值、共存PPCPs相互作用及介质非均质性影响等方面的研究,以便更加精确地评价PPCPs对地下水污染的风险。
贵州贞丰—关岭花江喀斯特石漠化地区土壤厚度的空间分布特征
邓大鹏, 刘琦, 卢耀如, 闫钇全
2023, 50(1): 197-206. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111005
摘要:
土壤厚度与石漠化发展程度有着密切的关系,土壤也是石漠化地区生态恢复以及农业生产的基础。为了研究典型高原峡谷中-强度石漠化地区的土壤厚度空间分布规律,在土壤厚度野外调查的基础上,利用地统计学方法分析了贵州典型石漠化地区——贞丰—关岭花江小流域土壤厚度空间分布特征及主要影响因素。结果表明:(1)研究区土壤平均厚度仅为26 cm,土壤平均厚度表现为坡耕地>荒地>林地;(2)土壤厚度空间变异性以强度为主,荒地的土壤厚度空间分布连续程度优于林地和坡耕地,林地的土壤厚度空间分布有明显突变性,坡耕地的土壤厚度具有点状分布特征,有耕作物附近土壤厚度较大;(3)土壤厚度与海拔、基岩裸露率、坡度之间均有明显负相关关系;(4)自然和人为因素综合影响下的土壤强侵蚀是研究区土壤厚度分布极为不均的主要原因,对该区域石漠化的治理可以采用工程措施与生物措施相结合的方法。研究结果对研究区石漠化因地制宜地防治及其他地区水土流失防治、生态恢复、农业合理生产具有一定的参考价值。