地下水分析篇1
关键词：水下地形测量技术；GpS；光学定位；测深杆
水下地形测量即在对水下地质地貌进行测量的基础上，用图形和数据进行水下地形还原和描述的过程。在过去较长的一段时间内，我国水下地形测量只能通过测深锤和测深杆实现，难以保证测量的精准性，无法结合测量数据绘制地形图、断面图，严重抑制了水下工程的开展，所以，在相关技术发展的过程中，对水下地形测量技术进行优化具有重要的现实意义。
1水下地形测量特点分析
水下地形测量的结果既可以用水下地形图、断面图等图形形式展现，又可以利用存储器数字存储或表格的形式直接展示。但需要注意的是，水下地形图与常规的海图并不完全一致，在水下地形图中需要利用水下等高线、高程等对水下地形的变化进行描述，而非等深线。在水下地形测量进行的过程中，需要直接在水上完成，所以，测量的难度比陆地地形测量大得多。在水下地形测量中，选用的测量方法要结合水体的流速、深度、水域的宽度等实际情况确定。通常情况下，如果对水域宽度和流速相对较小的河流湖塘进行水下地形测量，应选用经纬仪、标尺、标杆等测量工具，利用极坐标法、断面法等对所获取的数据进行处理，完成定位过程；情况相反时，则需要利用断面角度交会法等进行相关参数的计算。在实际选择测量方法的过程中，也要考虑测量标准，比如测量任务对精度要求非常高，可选择微波测距交会定位系统或电磁波测距极坐标定位系统等；而在测量任务对精度要求较低的情况下，可直接通过无线电双曲线测定法等进行测量。
2常见的水下地形测量技术
为了提升水下地形测量技术使用的灵活性和合理性，笔者针对现阶段较常见的几种水下地形测量技术展开了研究。
2.1无线电定位测量技术
通常情况下，该技术需要利用雷达台站、通讯卫星、接收仪等设备对空间三维位置进行分析和信号处理，获取水下地形的相关数据。在具体应用中，可以结合实际需要选用有源或无源定位方式，不同的定位方式使用的定位方法也存在差异。比如，前者可通过直接定位法、三角定位法、时差定位法实现，而后者通常只能通过辐射源辐射性能获取相关数据。将此技术应用于水下地形测量中，如果用于测距定位，则会受到作用距离和接收船数量的影响，只能保证近程定位的准确性；如果应用于测距差定位，则不仅可以降低对接收船数量的依赖程度，且可增大测程，但测量的精准性会严重下降。因此，在使用过程中要结合测量任务标准进行具体方法的选择。
2.2光学定位测量技术
受技术测量理论的影响，目前，该技术只能在视线可达到的地域进行测距。在具体测量的过程中，经纬仪、测距仪等均可以灵活选用。在获取测量数据后，通常情况下要结合前、后方交会法实现对地形的判断。但在实际应用中，后方交会工作要在陆地上布置大量的测量标志，且作用距离会直接影响测量效果，测量数据难以实现直接读取，所以，即使该技术的可操作性较强、测量仪器造价较低，但应用范围仍相对较小。
2.3GpS定位测量技术
该技术分为控制、空间、用户三个部分，前者包括接收监控站数据并对数据进行处理，确定卫星轨道参数的主控站、纠正卫星轨道错误信息，向卫星轨道提供有效指令的注入站、主控站提供数据。由此可见，该技术在应用过程中不仅可以获取水下地形测量的相关数据，而且可以对数据的准确性进行判断，所以，其测量的准确性和可靠性较为理想。
2.4深度定位测量技术
该技术利用水声换能器先垂直向水下发送声波，然后对水底反射的声波进行接收和整理，进而判断水下地形。相比探测锤、探测杆等深度测量工具，该技术在操作可行性和数据获取效率方面具有明显优势。但需要注意的是，此项技术的应用受水下环境的影响较大，所以，在条件允许的情况下，要尽可能与其他水下地形测量技术结合应用。
3水下地形测量技术的应用
为了对水下地形测量技术有更加深入的了解，笔者以GpS定位测量技术为例，对水下地形测量技术的应用进行了分析。水下地形测量技术的应用需要将GpS与测深仪结合。GpS能实现精确定位，测深仪更加适合于水下作业，二者之间的有机结合能有效满足水下地形测量的需要。在应用过程中，首先要完成测量准备工作，比如准备相应的地图、测量工具，包括GpS仪器、水下测深仪等，并聘请熟悉测量水域的相关人员等；要在测量天线上安装GpS，调试测深仪，通过基准站和流动站的建设形成差分记录模式。在水下地形纵面和横断面图的测量过程中，测量船要保证在测量中心线移动，且移动的速度要一直低于10km/h；在记录测量数据时，要保证纵断面数据每隔20m保存一次，横断面测量数据每2m保存一次；记录航道标志，具体的坐标、水深等可以通过与GpS连接的计算机直接获取；完成内业整理工作，即水深的编辑、水位的调整等，在此过程中，主要工作通常由软件直接完成，从而保证数据计算结果的准确性和整理效率。除此之外，要进行测量结果的验证，如果测量结果与已有的大比例尺测量图的相关数据误差在10m以上，则说明测量结果不可信，需要利用其他方法复测。
4结束语
通过上述分析可以发现，现阶段我国水下地形测量技术已经呈现出多样化发展的特点，且测量的精度、可操作性等方面都得到了优化。在具体测量项目中，可以结合项目的实际需要灵活选择，这是我国测绘水平提升的具体体现，为我国水下工程的开展提供了强大的技术支持。
参考文献
［1］何广源，吴迪军，李剑坤.GpS无验潮多波束水下地形测量技术的分析与应用［J］.地理空间信息，2013（02）.
［2］杨玉光.关于水下地形测量中GpS—RtK技术的应用探讨［J］.江西测绘，2013（03）.
地下水分析篇2
关键词煤矿矿区；地下水；水质化验
中图分类号tD742文献标识码a文章编号1674-6708（2011）56-0085-02
0引言
煤矿矿区地下水水质化验对预防煤矿透水事故具有重要的作用，目前煤矿透水事故已经成为了继瓦斯爆炸之后最容易发生的事故之一。2004年，内蒙古某煤矿发生了11854m3/h的特大透水淹井事故，该事故造成13人死亡，2人失踪，直接经济损失达287.5万元。为了判断矿区透水事故的地下水来源和避免同样事故的发生，本文对该矿矿区地下水水质进行了化验分析研究。
为研究该矿区地下水系统的水化学特征，笔者在充分收集区内现有有关资料和研究前人工作成果内容的基础上，开展了坑道和地表水文地质试验、水文地质测绘、同位素测定、水质化验等水质研究工作。
1煤矿矿区地下水化验研究的方法
矿物离子的含量在地下水化学特征及其分析指标中占有非常重要的地位，地下水研究工作者把岩石圈中容易迁移且含量丰度较高的元素离子或分子称为标准型组分，并且根据标准型地下水组分(离子、分子等)的含量对地下水系统进行分类。同时，地下水中各类阳离子和阴离子的浓度总和也表明了该地区的地下水的矿化程度，通常地下水系统中含有HCo3-、Ca2+、mg2+浓度较高的为低矿化水，含So42-较高的为中矿化水，含Cl-较高的为高矿化水，其具体研究方法如下。
2.1地下水硬度的计算方法
一般情况下，采用Ca2+和mg2+浓度的总和表示地下水的硬度，因此，水的硬度主要与水中的Ca2+和mg2+含量有关，故采用状态方程式对水的总硬度与Ca2+和mg2+进行关联分析，找出引起水硬度变化的主要因素。经计算mg2+对总硬度的关联度为r1=0.959，Ca2+对总硬度的关联度为r2=0.894，可见此地区地下水中，引起总硬度变化的主要因素是mg2+，相关曲线如图1所示。可见随着mg2+含量增加，水的硬度也随之提高，两者相关系数R=0.728，经相关性检验，当a=0.01时R0.01（n-2）=0.342，R>R0.01（n-2）=0.342，两者线性相关性较好，故采用对地下水中Ca2+、mg2+浓度进行计算就可得出其总硬度。
2.2地下水矿化度的计算方法
矿化度表示水中各种盐类总和，即水中全部阳离子和阴离子总和。地下水中，随着矿化度变化，主要离子成分也随之发生变化，通常情况下低矿化水常以HCo3-及mg2+、Ca2+为主;高矿化水则以Cl-为主；中等矿化水中阴离子以So42-为主。这主要由于各种盐类在水中溶解度不同，氯盐溶解度最大，硫酸盐次之，碳酸盐较小。分析地下水中So42-、HCo3-、Cl-、mg2+、Ca2+对矿化度指标的关联程度，得到关联度分别为r1=0.959，r2=0.946，r3=0.956，r4=0.950，r5=0.934，由于r1>r3>r4>r2>r5，可知对矿化度变化起主要影响的是So42-与Cl-，矿化度与Cl-和So42-相关系数R分别为0.95和0.91，表现出了良好的线性相关关系好。
3矿区地下水系统的组成和水化学特征
该矿区属内蒙古煤矿的重要组成部分，常年降雨稀少，干旱多风。深入调查研究发现，本矿标准型组分定为Ca2+、mg2+、na+、HCo3-、Cl-、So42-等六种阴阳离子，且含有HCo3-、Ca2+、mg2+等离子浓度较高，为低矿化水。根据本矿地下水标准型组分、各矿矿井充水之间的关系以及地下含水层特征，将本区地下水系统分为以下三个含水层子系统。
3.1松散孔隙含水层
一般情况下，松散孔隙含水层属于被新生界松散层覆盖得煤矿地层，该层特点是比较松散，一般厚度在200m~250m。该层自上而下包括三个隔水层和四个含水层，其中第三个隔水层厚度较大，占据整个松散空隙含水层得1/3左右，具有较好的隔水性能，将地表水与一、二、三含水层与第四含水层以及基岩地下水层隔开。其中，第四含水层直接覆盖在煤层上，水可以通过基岩裂隙渗透到浅部煤层上，是开采时矿井的主要水源之一，需要不断进行疏干处理，它对松散孔隙含水层有着直接的决定作用。
在本矿区中，第四含水层含有较高的Cl-，含有较低的So42-和HCo-，三种阳离子占有比较相近的比例，均在30%左右。表现为较高的硬度和较高的矿化程度特征，其水的pH在7.5~7.7之间，稍微偏碱性。另外，该层反映天然径流条件较差，对其水质起到主要的过滤作用。
3.2砂岩裂隙含水层
砂岩裂隙含水层富水性较弱，不能明显的将其分割成含、隔水层，但自上而下也可将其划分为四个隔水段和三个含水段。在这整个砂岩裂隙含水系统中主采煤层顶底板砂岩裂隙渗透出来的地下水是矿井充水的直接来源。
在本矿区整个含水层的水表现了大致相同化学特征，三种矿物阳离子中K+、na+占据了非常高的比例，大约在92.5%~94.6%之间，阴离子中HCo3-占了较高的比例，其次是Cl-，So42-含量较低。其水pH在8.4~8.7之间，水质偏碱性，表现出了较高的矿化度和较低的水硬度。
3.3石灰岩岩溶裂隙含水层
在正常煤层开采情况下，石灰岩岩溶裂隙含水层距开采操作层较远，其充水对煤矿矿层影响较小。但是当井巷工程遇到导水性断层或岩溶陷落柱时，就有可能造成灰岩与煤层的间距缩短，隔水层变薄弱，此时，灰岩水很容易通过导水性断层或岩溶陷落对矿坑直接充水或发生底鼓突水。而且这种情况下的灰岩透水具有水量丰富、水压大、透水破坏性大等特点。因此，石灰岩岩溶裂隙含水层也是矿井安全生产的重要隐患之一。
在本矿区中，K+、na+、Ca2+和mg2+四种阳离子占有比较相近的比例，阴离子中Cl-占着主要的比例，约在56.44%。其pH在7.9左右，呈现出稍微的碱性。其水质表现为较高的硬度和较高的矿化程度，硬度在57.76德国度左右，矿化度为2.425g/L。
4结论
煤矿矿区地下水水质化验分析研究工作的目的是查清矿区内的水文地质条件，分析矿床的充水条件，预测各矿体在开采过程中的矿坑涌水量，减少或避免突水对矿山生产造成的危害，为保证煤矿开采提供理论依据，为保证煤矿安全生产提供基础。本文在对本矿各层地下水化学特征分析研究的基础上，考察了各含水层的水质特点，对今后井下涌水来源的分析判断有着一定的参考价值，有利于矿井防治水患，安全生产。相信，随着人们安全意识的不断加强和我国科学技术的发展，人们会越来越重视煤矿矿区地下水水质化验工作，地下水质化验工作也会更好的为煤矿开采工作服务。
参考文献
地下水分析篇3
【关键词】岩石学；围岩分类；岩体质量类别；
引言
地下洞室围岩分类是评价地下洞室围岩稳定性的基础，也是地下工程规划选点、可行性评估、加固设计、工程造价、定额预算及工程施工的重要依据。这种分类是以工程地质条件为基础与岩石力学建立了一定关系并同支护设计相结合的一种分类，它既能客观反映各类围岩的稳定性差别，又能满足支护设计的要求。它考虑了围岩二次应力场的变化，但一般没有包含工程因素、施工因素的影响。
1地下洞石围岩分类目的及特点
1.1地下洞石围岩分类目的地下洞室围岩分类的主要目的是对地下洞室围岩稳定性进行分级，另外还有一些目的：①地下洞室规划选点、可行性评估；②地下洞室岩土体加固设计；③地下洞室工程造价定额预算；④地下洞室工程施工。当然不同的分类目的，要求的分类精度不同，采用的分类方法也不同。为规划选点、可行性评估服务的围岩分类，要求工作范围大，因此分类方案比较粗糙。为设计、定额预算服务的围岩分类，应能反映岩体的基本特征、开挖后的稳定性、围岩与支护系统的相互作用等，因而应比较细致。为施工服务的围岩分类则要考虑开挖的难易程度，具体的支护方案，因此要求分类方案更加细致、准确。可见，一种符合客观实际、正确的围岩分类是对岩体基本特性的客观反映和正确认识的结果，也是进行隧洞设计、施工的重要依据。[1]
1.2地下洞石围岩分类特点水电工程围岩分类体系有以下两个特点：①采用因素综合判别法，力求选取的分类因素信息量大，能包括主要工程地质问题；②每一个工程都会针对该工程的具体工程地质条件制定一套专用于该工程的岩体质量分类方法。
2地下洞石围岩分类的方法
2.1水电围岩分类HC法HC法以岩石强度、岩体完整程度及结构面状态为基本因素，以地下水及主要结构面产状为修正因素，以基本因素和修正因素的累计得分为基本判据、以围岩强度应力比为限定判据进行围岩类别划分。该方法在考虑高地应力对围岩类别的影响时，简单地采取降级的处理方法，影响围岩分类的精度。如某深埋隧洞围岩分类结果表明，HC分类在高地应力、硬质岩地区的分类结果与实际围岩类别的吻合率只有32%，适用性差。该方法没有考虑高外水压力对围岩类别的影响。因此，HC法在应用到深埋隧洞围岩分类时尚需修正。[2]
2.2国标BQ方法BQ法采用定量分析的时候，主要考虑岩石的强度和岩体的结构特征两个方面，而对于岩体所处的地应力环境，地下水状态以及结构面的方位等只是作为定量结果的一种修正，就是说，这种方法认为这三个方面对围岩稳定性的影响是次要的，但在高地应力、高外水压力条件下显然不对。某深埋隧洞围岩分类结果表明，BQ法在高地应力、硬质岩地区的分类结果与实际围岩类别的吻合率只有25%，适用性差。该方法也没有考虑高外水压力对围岩类别的影响。因此，BQ法在应用到深埋隧洞围岩分类时也尚需修正。[3]
2.3RmR分类RmR分类，即“岩体评分”，又称地质力学系统，是1973年由比尼奥斯基提出的，早期主要用于隧洞等地下洞室围岩分类，目前也逐渐广泛地运用于边坡、坝基等工程的岩体分类，在国内、外有广泛的应用。RmR分类通过岩石的单轴抗压强度、岩石质量指标、结构面间距、结构面状况、地下水状况、结构面方位等对岩体质量进行评分，最终把岩体质量分为五级，即i极好岩体；ii好岩体；Ⅲ一般岩体；Ⅳ不良岩体；V极不良岩体。RmR分类方法的缺点是没有考虑高地应力、高外水压力对围岩类别的影响。
3水利水电地下洞室围岩分类存在的主要问题及发展方向
3.1地下洞室围岩分类存在的主要问题目前，水利水电地下洞室围岩分类存在的主要问题分述如下。①没有直接考虑洞室几何形状、洞室跨度，这些因素是影响围岩应力分布的重要因素，因而也是围岩分类的主要参数。围岩分类中要考虑这些因素，还有赖于洞室围岩应力计算方法的改进，特别是对节理切割的围岩应力计算方法的改进。②没有直接考虑结构面的组合，虽然考虑了最不利于稳定的结构面状况，但结构面的组合显然比某单一结构面对围岩稳定的影响大。通过引入块体分析方法考虑结构面的组合关系，提高围岩分类的可靠度，是未来发展的方向。③目前的围岩分类多是在一维、二维内进行的，很少能扩展到三维空间。实现三维空间的围岩分类还受到CaD技术发展的制约，现有CaD软件绘制的立体展示图不够直观，开发专用的展示隧道结构面组合关系的三维CaD绘图软件，将使围岩分类变得更加准确、直观。[4]
3.2地下洞室围岩分类的发展方向地下洞室围岩分类将向以下方向发展：①建立岩爆烈度与围岩类别的关系，确定高地应力、高外水压力对围岩类别的影响判别指标，是目前水电围岩分类急需解决的问题；②采用多因素综合指标分类，考虑更多的影响围岩稳定性的主要因素，定量与定性描述相结合，定量描述的比重越来越大；③许多新理论、新方法、将在围岩分类中得到更广泛的应用和发展；④运用现代CaD绘图技术实现地下洞室结构面三维仿真，将使围岩分类变得更为直观、形象。需要说明的是，上述目标的实现，需要更多的工程实例予以支持、验证。
参考文献：
[1]王兰生.工程地质分析原理[m].北京：地质出版社，2008：383-428.
[2]刘汉超.常用围岩分类方法在某深埋隧洞适用性分析[J].中国地质灾害与防治学报，2006（2）：20-22.
[3]王明华.水利水电地下洞室围岩分类研究[R].成都：成都理工大学工程地质研究所，2007：50-60.
[4]张倬元.西南某水电站坝肩岩体质量分级方法选取探讨[J].成都理工学院学报，2008
作者简介：
地下水分析篇4
关键词：大骨节病地下水；地球化学；环境
中图分类号：p641文献标识码：a
1概述
大骨节病是四川省地方病中的主要病种，因其发病率高和致残率高，对病区人民群众生存环境构成极大威胁。对此，中央及四川省委、省政府领导极为重视，多次作出重要批示。2006年9月25日，总理作出重要批示：赞成在阿坝州推行扶贫开发和综合防治大骨节病试点工作，请四川省政府会同扶贫办在充分调查研究的基础上制定总体规划，有关部门予以支持。蒋巨峰省长明确指示“深入开展阿坝州大骨节病综合防治试点工作”。
2当地的自然地理概况
青川县位于四川盆地北部边缘，川、甘、陕交界处，白龙江下游，行政区划隶属四川省广元市，地理坐标：东经104?36′～105?38′，北纬32?12′～32?56′。东邻广元朝天区、市中区、剑阁县、陕西省，南接江油市，西连平武县，北与甘肃接壤。是川、甘、陕交界处，素有“鸡鸣三省”“金三角”之称。全县幅员面积3269km2，2005年，经四川省人民政府（川府民政[2005]号）批准的区划调整后，青川县辖9个镇、25个乡、2个民族乡共36个乡镇268个村1964个村民小组，总人口244827人。据2008年统计，全县农民人均收入3056元，是四川省重点扶贫县之一。
3区域水文地质概况
工作区内浅表层地下水呈弱酸～弱碱性。pH值为7.0～8.2的水样共32组，占总水样的89%，呈弱碱性；pH值为6.4-6.9的水样共4组，占总水样的11%，呈弱酸性。此次浅表层地下水水样采集多以目前居民饮用水源为主，根据大骨节发病区分布特点，水源酸碱性呈现为病区多弱碱性，非病区也多呈弱碱性的特点。
另外，主要理化指标含量偏低
（1）矿化度的基本特征
矿化度是水中所含无机矿物成分的总量，是评价水环境质量的一个重要指标。整个工作区浅表层地下水矿化度总体普遍较高，平均值为230.22mg/L。根据调查取样结果，，工作区矿化度普遍在100-300mg/L之间。
（2）总硬度的基本特征
4病情与地质环境因素相关性综合分析
其实水源与大骨节病的关系早就引起了人们的重视。据记载，病区多引用含铁的沼泽水，前人研究说明大骨节病是因为饮用经枯枝落叶浸泡过的水，根据本次实地调查访问，发现各村庄的人群引用的水源不同，起发病有显著差异。凡是在以径流为主的补给区，或引用受严重有机污染的河水、沟水、渗泉水，发病率高。而饮用污染较轻或无污染的水源发病率低，如姚渡柳田村7社，位于支沟上部以径流为主的补给区，所饮水源以上部的支沟水为主，植被茂密，地表水源受到枯枝烂叶等腐植质的污染，病情中。根据本次专项分析，腐植酸含量达1.2mg/L，因此，用病区群众普遍反映吃沟水、渗泉水“空心水”得大骨节病，吃泉水、深井水不得病。因为泉水、深井水未受到污染，安全卫生。如病区的乔庄镇石元村、元窝社位于公路边有以泉水，终年不干，在泉水附近的几个村民饮此未受污染的泉水，不得病。又如病区姚渡镇柳田村5社、7社两处饮用泉水的村民，患病轻或不得病。
因此，大骨节病的轻重，与饮水受污染情况有非常显著的正相关关系，并与饮用水源有密切关系，饮溪沟水、河水患病率高，饮井水、深井水、泉水患病率低。
5病情与饮水的相关性分析
水是各自然因素综合作用与人体发生联系的纽带之一。一直以来，地方病的发生往往与饮水中某些元素的富集或缺乏有关，因此，本次工作将重点调查区村民日常饮用的浅表层地下水作为重点研究对象对大骨节病的致病因素进行探讨。
在重点调查区的采样主要从两个方面考虑：一、区内病区和非病区饮用水源水质的水化学对比；二、病区饮水饮用过程中水质的变化情况；三、病区和非病区饮用水卫生指标的对比。
现阶段完成了青川县大骨节病区的野外调查工作和5口探采结合示范井工程的钻探及其配套工程的施工工作，并且在地下水调查和钻探施工的基础上，结合收集的相关资料，基本查明了工作区的地质背景，水文地质背景，村民居住地浅表层地下水化学特征，初步分析了大骨节病患病情况与地质环境、饮水水质、生产生活条件的关系，同时对示范打井工程质量、取水水质和使用效果进行了统计、说明，并作出地下水利用区划，为日后地方政府开发利用地下水提供了科学依据。
结论
（1）基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙水是青川县主要的地下水类型，也是青川县村民日常生活用水的取水类型。根据青川县内的36组简分析数据分析，县域内的浅层地下水以为HCo3Ca型水为主，局部呈点状分布有HCo3・So4-Ca型水。
（2）青川县境内浅表层地下水呈弱碱性，水中阴阳离子主要为钙离子、镁离子和重碳酸根离子，且矿化度和总硬度低，以极软水为主。病区水样和绝大多少非病区水样所含的碱土金属多于碱金属，弱酸多于强酸。
（3）经过统计分析，青川县内的大骨节病患病与村民的饮水情况密切相关。
①、大骨节病的发生与病区浅表层地下水径流通过的裂隙发育、地层岩性、地层风化情况和地下水循环条件等有密切的联系。
②、病区浅表层地下水径流途径短，就近补给就近排泄。水体呈偏酸性，相比于非病区，其对基岩地层溶滤程度相对较大，易溶离子流失，矿化度含量低。
③、病区环境中腐殖酸含量高者，浅表层地下水易呈弱酸性，加速水中离子流失，造成矿化度偏低。
④、病区经济条件落后，村民居住条件、生活条件差，加大了大骨节病患病几率；大骨节病患者的增多进一步影响了病区的经济条件和村民的居住、生活条件。
（4）青川县内实施的5口探采结合示范井完全满足了病区和缺水地区的饮水需求。解决了1900人的安全饮水问题和三所学校饮水紧缺的问题。
地下水分析篇5
【关键词】：地下水；地基基础；附加应力；地面沉降
地面沉降（landsubsidence）又称为地面下沉或地陷，是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象。作为自然灾害，古代很久以前就有记载，但随着人类社会经济的发展、人口的膨胀，由人类活动而造成的沉降问题已远超过了自然灾害。
1地面沉降的成因
1.1自然因素
（1）地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生沉降。
（2）因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降。
（3）地震导致地面沉降。
1.2人为因素
近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水、地热等地下资源，使贮存这些固体、液体和气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低。由于城市规模扩大，高大建筑物不断增加，铁路、桥梁等交通设施及运输荷载的影响，地表荷载加重，也加速了地面的沉降。
现主要针对抽取地下水引起的地下水位下降和地表荷载作用引起的地面沉降分别说明其原因和机理。
2由抽取地下水引起的地面沉降分析
根据有效应力原理可知，σ=σ′+u，σ′为土的有效应力；u为孔隙水压力；σ为总应力。假定抽水过程中土层内的总应力不变，那么孔隙水压力的减小必然导致土中有效应力的等量增大，结果就会引起土层成比例的固结。水位下降范围内有效应力增量一般按γwΔH计算，水位下降位置以下为常数即水位处有效应力增加值。对于多个岩土地层沉降计算公式：
粘性土及粉土计算公式：S=p0·H·a/（1+e）；砂土计算公式：S=p0·H/esi。
现以某市为例说明地面沉降的计算。
某市地下水水位埋深1.5m，由于开采地下水，水位每年下降0.5m，20年后地下水位降至11.5m，城市地层资料如下表所示：
序号
土名
层底深度（m）
层厚（m）
孔隙比
压缩系数
/mpa-1
压缩模量
/mpa
重度/kn/m3
备注
①
粘土
0.0
～
2.0
2.0
0.921
0.620
3.1
18.9
②
粉土
2.0
～
5.8
3.8
0.882
0.429
4.2
18.1
③
粉砂
5.8
～
7.9
2.1
0.894
0.237
7.9
18.0
④
粉质粘土
7.9
～
18.0
10.1
0.911
0.596
3.2
18.7
⑤
细砂
18.0
～
42.0
24.0
0.782
0.131
13.5
18.0
⑥
花岗岩
42以下
根据沉降计算公式分层计算沉降量，最终沉降量等于各层沉降量总和为507.98mm。
无粘性土的固结过程所用的时间可以忽略。对粘性土有效应力增长与粘性土相应的压密过程之间存在时间滞后。随着时间的推移，标志着固结进程的应力转换线逐渐向最终边界线推进，而往往需要几个月、几年甚至几十年，滞后于该地下水位的下降期，主要取决于土层厚度及透水性。
3由基底附加应力引起的地面沉降分析
与地下水位下降相似，引起地面沉降的为地基底面附加应力，但其分布与水位下降不同，从基底下竖向附加应力分布图及《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）最终变形量可按下列公式可知，附加应力在持力层中的分布主要在基础底面一定范围内随深度增加而减小，而超过一定深度，附加应力与土的自重应力相比很小。但对于城市高层及超高层建筑，附加应力的影响及对一定范围内周围建筑影响是不可忽视的，有时甚至是破坏性的。
4地下水下降与基底附加应力引起的地面沉降对比
引起地面沉降的原因不同，沉降的程度及影响范围等均有不同，只有明确各种沉降的成因，掌握其发生发展的规律才能有针对性的进行预防和治理。下面针对上述两种因素造成的沉降进行分析。
4.1不同之处
因地下水下降引起的地面沉降：
1、引起的原因：地下水下降，孔隙水压力减小，土体有效自重应力增加，产生附加应力。
2、附加应力的作用形式：相当于均布荷载，且随深度增加在地下水变化范围内呈直线增加，到变化后水位处达到最大且随深度增加不再变化为常数。
3、范围：水平方向面积大，几平方千米甚至到几百平方千米。竖直方向至非压缩层（如基岩）为止一直存在。
4、与地层esi的关系：与esi呈反比，与整个压缩层范围内压缩模量均有关系。
5、影响深度：整个地层整体下降，一直延续到基岩面，基岩越深沉降越大。
6、治理难度及预防措施：治理难度大且无法恢复。限制过度开采地下水，采取回灌等措施。
因建筑物基底附加应力引起的地面沉降：
1、引起的原因：外来集中荷载或均布荷载作用传至地表以下引起的附加应力。
2、附加应力的作用形式：相当于半无限空间集中荷载，附加应力随深度增加呈递减趋势如图，到达一定深度影响忽略不计。
3、范围：水平方向离开建筑物迅速递减。竖直方向随深度增加呈递减趋势，到一定深度忽略不计。
4、与地层esi的关系：与esi呈反比，与地表地层压缩模量关系大，压缩模量越小，土层越厚，沉降越大。因深部附加应力较小，所以与深部土层压缩模量关系较小。
5、影响深度：附加应力影响范围内一定深度，一般按附加应力等于0.2倍地层自重应力，软土按0.1倍计算。
6、治理难度及预防措施：治理难度相对较小，可采用较小荷载、优化基础形式等措施减小竖向荷载、利用深部地层或采用补偿性设计。
4.2相同之处
1、地面沉降计算方法相同即分层总和法。因地基基础下附加应力为曲线减小，计算过程用平均附加应力系数。
2、固结过程相同。地面沉降过程是一个较长的过程，地面沉降随时间不断发展。基本理论为一维固结理论（竖向）。
5结束语
本文从不同方面阐述并比较了两种地面沉降的异同，对预防和控制不同地面沉降提供理论指导。对地面沉降的研究涉及到水文地质学、工程地质学、土力学等多个学科领域，只有在学科真正交叉的基础上，发展成实用科学才能更好指导实践。地面沉降是一个长期发展的结果，或者说这种现象还在日益加重，所以就要求我们有更多的人致力于地面沉降的科学研究，找到一种既满足人类对地下资源及地表空间的需求，又能坚持可持续发展的原则。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部，《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]陈希哲，《土力学地基基础》第四版[m].清华大学出版社，2004.
地下水分析篇6
关键词：抽水蓄能电站；厂房；振动；振源位置；传递路径
中图分类号：tV312文献标识码：a文章编号：16721683（2013）03007606
相对于普通水电站，抽水蓄能电站地下厂房具有孔洞多、空间结构复杂、整体和局部刚度差别大、围岩与厂房之间相互作用机理复杂等特点，因此机组及厂房振动问题，一直以来都是水电站建设和运行过程中非常关注的课题[1]，围绕水电站厂房的振动问题也有不少研究成果。马震岳[2]等曾对蒲石河、宜兴、十三陵等抽水蓄能电站进行了整体振动预测及振动分析；欧阳金惠等也对三峡等大型水电站厂房进行了振动试验结果和振源分析；黄源芳[3]等则针对国内外原型水轮机运行过程中的水力、机械、电磁等问题进行了大量的调研和分析工作。
过去，研究人员对厂房振动的研究主要集中在普通水电站厂房，近年来出现了一些针对抽水蓄能电站厂房振动的研究[4]，取得了一些成果。但是已有研究主要针对的是电站厂房的设计阶段，使用的分析方法也是根据规范采用的整体自振特性计算、共振复核和基于转频的动力时程分析，因此研究目的是为了符合设计要求。而在抽水蓄能电站建成后运行的过程中，或多或少地出现了一些振动问题，其中尤以十三陵和广蓄一期问题较为突出。由于抽水蓄能电站一般布置为地下结构，产生振动问题后减振措施的实施较为困难且代价较高，所以必须准确地确定振源位置和振动传递路径，为后期抗振减振措施提供必要的参考依据。
本文结合某抽水蓄能电站在运行过程中厂房出现的高频振动问题，对引起该厂房振动的水力振源位置、振动的传递方式及产生激振频率的原因进行深入的分析，以期对抽水蓄能电站设计和振动特性分析提供一些合理建议。
1工程概述
某抽水蓄能电站，电站安装4台单机250mw的机组，额定水头305m，额定流量94.1m3/s，额定转速333.3r/min，地下厂房位于水道系统尾部的微风化变质安山岩内，围岩以ii类为主。地下厂房洞室内自左至右依次为副厂房、主机间、安装场，主机间发电机层以上为桥机工作空间，桥机安装在牛腿上，牛腿和围岩锚固，牛腿受力向围岩进行传递。发电机层以下结构为现浇混凝土整体结构，包括机组周围混凝土结构、四周边墙结构和结构柱与楼板结构。蜗壳四周外包混凝土三面临空，在下游侧与岩石和边墙联成一体，四周边墙结构为混凝土连续墙结构，紧贴岩石面浇筑，并用锚杆连接。2号机组段与3号机组段之间、主机间与安装场和副厂房之间均设有结构缝。电站机组采用悬式发电机和可逆式水轮机，拆卸方式为上拆，蜗壳采用充水保压的方式浇筑，金属蜗壳和混凝土联合受力。
目前，该抽水蓄能电站在运行过程中出现了强烈的振动，为此对机组和厂房进行了一系列的现场试验，包括变负荷试验、变转速试验、变励磁试验、空载、抽水等。经过对试验结果的分析，认为：（1）该抽水蓄能电站厂房振动主频为100Hz明显，杂波含量很低；（2）已检测到的最大加速响应发生在发电机层楼板上，大小为2.5g；（3）振源为水力因素引起的厂房振动。
2研究思路与方法
2.1研究思路
本文利用三维有限元分析方法，对某抽水蓄能电站主厂房两台机组进行了动力特性及动力响应仿真分析研究。思路如下：首先运用自振特性分析方法对整体结构进行了自振特性分析和共振复核，针对薄弱构件运用“无质量”分析方法[5]将除分析外的构件作为无质量处理，仅提供刚度进行自振特性计算和共振复核；进而采用谐响应分析方法，由位移幅值进一步确定共振构件共振频率范围；同时将外荷载假定为简谐荷载，运用时间历程分析方法[6]分析结构在高频荷载下的振动响应分布规律；最后结合水轮机参数和现场试验结果，进行动力特性和现场测试的综合分析。
2.2基本理论
2.2.1自振特性分析方法
根据最小势能原理可以导出结构动力学基本运动方程为：
Ka（t）+C（t）+m（t）=Q（t）（1）
式中：K、C、m分别为结构的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵；a（t）、（t）、（t）分别为位移向量、速度向量和加速度向量；Q（t）为结构的外荷载矩阵。
一般结构系统的阻尼对自振频率和振型的影响很小，因此，可略去阻尼影响来确定系统的自由振动频率和振型，即：
m（t）+Ka（t）=0（2）
其解可以假设为以下形式：
a=sinω（t-t0）（3）
其中：是n阶向量，ω是向量的振动频率，t是时间变量，t0是由初始条件确定的时间常数。
将式（3）代入式（2），就可以得到一个广义特征值问题，即：
K-ω2m=0（4）
对以上方程采用以反幂法为基础的直接虑频法进行求解，得到n个特征解：（ω12，1），（ω22，2），…，（ωn2，n）其征值ω1，ω2，…，ωn代表系统的n个固有频率；特征向量1，2，…，n代表系统的n个固有振型。
2.2.2谐响应分析方法
当式（1）中的Q（t）为简谐激振荷载时，根据微分方程理论，可求得式（1）非其次方程的解包含两部分内容：自由振动部分和稳态响应部分，其中自由振动部分由于阻尼的存在迅速的衰减消失，而稳态振动则是以激振频率持续振动。故在进行谐响应分析时式（1）中激振力Q（t）和方程的解a（t）可以表达为：
Q（t）=（QmaxeiΨ）eiωt=（Q1+iQ2）Ψiωt（5）
a（t）=（amaxeiφ）eiωt=（a1+ia2）eiωt（6）
式中：Qmax、amax分别为激振力和位移幅值；Ψ为激振力相位角；φ为位移相位角；Q1、Q2分别为激振力实部和虚部；a1，a2分别为位移实部和虚部。
将式（5）、（6）代入式（1），可得谐响应分析的运动方程为：
（-ω2m+iωC+K）（a1+ia2）=（Q1+iQ2）（7）
通过对模型的原始方程直接积分进行求解，无需提取结构的特征频率，较基于模态的分析方法更为精确。
2.3仿真计算模型
某抽水蓄能电站主厂房4台机组结构形式相同，采用两机一组的形式，选取厂房的1号、2号机组段进行有限元计算。计算模型范围取为：顺河向，厂上0+014.200m至厂下0+020.000m；横河向，厂左0+016.00m至厂左0+033.20m。模型高度从尾水管层402.70m高程至发电机层430.70m高程。计算模型模拟了集水井、尾水管混凝土、座环、蜗壳混凝土、机墩、风罩、各层楼板、厂房边墙和结构柱等结构。由于某抽蓄电站在运行过程中出现了强烈的振动情况，且大都主要表现在楼板和各楼层的结构柱，对于一些并不会对楼板，结构柱等振动强烈部位产生较大影响的廊道和机墩进人孔进行了适当的简化，所有混凝土结构及其它开孔均按实际体型尺寸进行模拟，厂房结构有限元网格见图1。
计算模型的整体坐标系：垂直向上为Z轴正方向、垂直水流为X轴方向，正方向指向左侧；顺河向为Y轴方向，正方向指向上游。厂房结构整体计算模型的结点数为75169，单元数为70752。
3计算参数及实测压力脉动特征
3.1计算参数
根据地址勘测资料，岩石、混凝土、座环等相关力学参数见表1，其中岩石的单位弹性抗力系数取为15×106kn/m3。
表1材料计算参数
table1thematerialparameters
材料1弹性模量e/Gpa1泊松比μ1重度r/（kn·m3）岩石13510.2130混凝土12810.167125钢材121010.28178.53.2机组参数及实测压力脉动特征频率
某抽水蓄能电站的水泵水轮机的额定转速为333.3r/min，最大飞逸转速为535.0r/min，固定导叶及活动导叶均20个，转轮叶片9个。
根据所提供的现场测试资料分析认为，在单机运行过程中，随着负荷的增加振动逐渐增大，因此本文选择试验单机满负荷为250mw发电工况下的测试数据作为动力响应计算的动荷载输入依据，试验结果见表2。
4.1厂房整体自振特性
根据已经产生振动的实际情况，充分分析厂房振动整体振动的可能性，本文根据对三峡、岩滩、红石等水电站所做的分析手段，选取四种边界条件进行自振特性的分析：（1）上下自由；（2）上下游全部连杆约束；（3）水轮机层以下固定约束，以上弹性连杆约束；（4）上下游固定约束。
前20阶自振频率的计算结果为：整体结构在边界1的约束作用下前4阶振型主要为上下游方向的振动，从第5阶开始表现为结构上部的楼板和结构柱的振动。整体结构在边界2、3的约束作用下除第1阶表现为厂房上部的横河向振动外，其余振型均表现为厂房上部楼板和结构柱的振动。整体结构在边界4的约束作用下均表现为上部楼板带动结构柱等薄弱构件的振动。自振频率见表3。表3厂房整体结构自振频率
由表3可知，上下游边界的约束条件对主厂房自振频率的影响较大，对厂房整体结构上下游向和横河向约束越严格，自振频率越大。若不考虑整体厂房的振动，发电机层楼板的起振频率均为24～25Hz之间，可见上下游边界约束的严格对厂房局部构件自振频率的影响较小。
根据厂房实测振动频率特性进行共振复核，依据20%～30%的错开度评价标准[7]，厂房的实测振动主频和四种边界条件下的整体自振频率错开度均大于30%，则厂房整体结构并未在100Hz时发生共振，100Hz的振动频率应为迫振频率。
4.2厂房局部构件自振特性
理论上，模拟一定范围的围岩更为科学和合理，但从实用的角度分析，将围岩处理为弹性支承边界更为方便和直观[1]。本文采用能够反应围岩弹性和抗力的弹性连杆模拟围岩对结构的约束作用。
为了进一步分析厂房整体结构的迫振原因，试图对厂房的局部构件进行自振特性分析和共振复核，为此，选取整体结构中的结构柱和楼板等薄弱构件进行自振特性分析。由文献[8]可知，抽水蓄能电站局部构件对边界条件较为不敏感，改变围岩对结构的约束，局部构件的自振频率变化较小，所以本文选取第三种边界条件进行计算。局部构件的自振频率和100Hz主频的错开度见图2。
图2厂房局部构件共振错开度比较
Fig.2Comparisonoftheresonancestaggereddegree
ofpartialstructureofpowerhouse
从图2可以看出，在共振复核中选择20%作为共振发生与否的界限时，局部构件水轮机层结构柱、母线层结构柱、风罩、机墩与振动主频均存在共振阶次。其中水轮机层结构柱的共振阶次从1～16阶，最小共振错开度为0.5%；母线层结构柱的共振阶次从1～15阶，最小共振错开度为2.38%；风罩的共振阶次从3～14阶，最小共振错开度为1.72%；机墩的共振阶次从7～16阶，最小共振错开度2.26%。可见，在厂房的整体结构虽未发生共振，但存在局部构件共振环节，使得振动在此环节上产生振动放大作用。
5厂房振动响应分析
为了研究厂房结构的振动原因，本文采用谐响应和时间历程分析方法计算厂房结构在水力脉动压力作用下的振动响应。
5.1谐响应分析
假设水轮机流道内的脉动压力沿流道壁面同相位分布，可能与实际情况不符，但对厂房的振动影响并不十分显著，关键是振动的频率和幅值[9]，根据表3现场实测试验数据，选取蜗壳进口处的幅值作为频率响应计算的幅值，由于厂房中各局部构件的自振频率相差较大，故取计算频率范围为1～150Hz，作为分布面荷载施加到整个蜗壳内壁上。水轮机层结构柱、母线层结构柱、机墩和风罩的振动反应见图3、图4。
图3局部构件X向简谐振动反应
Fig.3DynamicresponseintheXdirectionofpartialstructure
图4局部构件Y向振动反应
Fig.4DynamicresponseintheYdirectionofpartialstructure
从图3、图4可以看出，局部构件响应值较大频率范围大致分为两个区间，其中X向振动反应较大值集中在80～120Hz范围内，Y向振动反应较大值集中在40～70Hz范围内。可见100Hz的振动主频引起了X向较大的振动响应值，而同频率下在Y向的振动响应值稍小。比较各局部构件在100Hz频率激励作用下的振动响应值，可以看出，水轮机层结构柱和母线层结构柱的响应值最为突出，振动放大作用明显。这一结论基本与自振特性的计算结果相吻合，进一步说明上述四种局部构件在100Hz的频率作用下存在共振环节。
5.2动力时程响应分析
水轮机发电机组的周期性转动所引起的动荷载为周期性荷载，在这种周期性激振作用下的强迫振动，包含过渡过程和稳态响应两部分[10]。由于厂房结构中阻尼的存在，过渡过程是迅速衰减的瞬态振动，在厂房运行过程中所测试得到的厂房振动主频即为水力脉动压力的主频。本文根据提供的现场测试数据表1，将所测到的与100Hz接近的频率和幅值作为简谐荷载的频率和幅值输入到结构的响应部位进行动力时程分析，将阻尼矩阵考虑为瑞利阻尼，采用基于广义newmarkβ法的数值离散格式进行求解[11]。为了进一步分析蜗壳内水力脉动对厂房结构的影响，假设蜗壳内水力脉动主频同样为100Hz。以发电机层楼板为例，现场试验结果如图5，计算结果见图6-图8。
加速度并不大。（3）在距离激励机组较远位置的振动响应较小。图8中当具有100Hz的脉动压力作用在蜗壳内壁上时，发电机层楼板Z向振动较大部位分布在风罩周围，可见机墩及风罩对振动的传递起主要作用。所以引起厂房振动的振源位置并不在蜗壳内，而应该在活动导叶出口至转轮间的流道内。
通过提供的机组参数对可能产生100Hz的水力脉动力进行分析[12]可知，水轮发电机组的转频为5.555Hz，机组甩负荷达到飞逸转速时，对应的频率为8.92Hz，机组甩负荷为电站运行中的过渡过程，可以不作为振源频率产生的主要方面。而额定工况下叶片的过流频率为49.995Hz，其倍频即为99.99Hz，与100Hz极为接近，导叶出口脱流引起的脉动力频率为111.1Hz，也与100Hz接近。以上理论分析和现场试验结果极为吻合，激振源极可能为蜗壳尾舌和转轮叶片间水流的相互干涉，频率为叶片过流频率的倍频[13]。
综合现场测试结果、厂房的振动响应分析结果、动力特性分析结果和水力脉动频率理论分析结果得出，该抽水蓄能电站厂房的振动起源为蜗壳尾舌和转轮叶片间的流道内的水力干涉，产生了能量较大的100Hz水力脉动，主要通过水轮机层结构柱和母线层结构柱对振动进行进一步的放大作用，将较大的振动传递给楼板和其他支撑结构，使得厂房整体结构产生迫振。
6结语
抽水蓄能电站的厂房结构较为复杂，单纯的通过整体自振特性分析和基于转频选取一定水头高度作为幅值的动力响应分析来判断水电站厂房在未来运行过程中可能出现的振动问题是不够的，应对水电站实际情况增加叶片过流频率倍数工况进行共振复核和动力响应计算。当振动问题出现时，单纯的依靠经验解决厂房的振动问题较为困难，必须运用现场试验和数值模拟两种手段进行分析。对比仿真分析结果和现场监测结果时，更应该注重动力响应的分布规律。
本文通过对某抽水蓄能电站的振动研究成果表明，由于蜗壳尾舌和转轮叶片间水流的相互干涉作用使得两倍的叶片通过频率成为了主要的激振源，频率为100Hz，结果与现场测试数据吻合。水电厂厂房在此激振源的作用下虽未发生结构的整体振动，但是水轮机层结构柱和发电层结构柱等局部构件处发生了局部共振，同时对振动的传递和放大提供了路径，从而在发电层楼板远离机墩、风罩等跨度较大部位测到较大的振动加速度。
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地下水分析篇7
关键词：地下水；概况；动态分析
中图分类号：F316.23文献标识码：a文章编号：1674-0432（2013）-18-93-1
1概况
地下水与其他矿藏一样是社会主义建设中不可缺少的一部分，是人民生活中需要的，储存于地下的一种宝贵资源。与其他矿藏不同的是具有流动、不断接受补给和重新恢复，并与气象和水文等因素密切相关的特点。开采后有补给保证的地下水是最有长期开采价值的资源。
梨树县地下水动态观测工作建立在收集东西辽河水位资料和九个降雨站的降水资料以及蒸发资料的基础上。我们对上述资料进行初步整编。经过初步整编，编制了地下水五日埋深表，地下水位年报表，地下水温表、观测井一缆表，水质水化学成果表，并绘制了1/10万的基本观测井分布图，地下水埋深分区图，水质类型分区图，丰、枯地下水等水位线图以及地下水位、降水、蒸发关系过程曲线图。这些都为进行全县地下水动态分析提供了必要的依据，并结合梨树县水文地质情况加以分析。
2地下水动态
2.1地下水位
梨树县某年地下水年平均埋深为2.56米，2月下旬至3月上旬是地下水位埋深最大的时期。从3月之后水位逐渐上升，7月份水位埋深最小。如刘家馆子镇小勿兰屯中观测井最大埋深5.78米。小城子镇内的玻璃厂12月26日地下水埋深为4.9米。孤家子农场两家子屯中观测井最小埋深为0.38米，河山乡河山头段为0.5米。通过水位动态变化曲线都反映出这一规律。
2.2地下水温
地下水平均温度为7.7℃。最高水温9℃，是万发乡林家街屯中8月26日观测资料。最低水温是4.8℃，是东河乡张家街屯中4月11日观测资料。总的看地下水温跟季温相关。
2.3水质化验
通过水质化验，全县地下水的pH值平均为7.4。最高的8.4，最低为7，呈弱碱性反应。总硬度平均9.94度，最高24.9度，最低为2.78度。H2Co3平均为11.94毫克/升，最高39.92毫克/升，最低为4毫克/升。以上均是今年水质化验成果。由于汛期影响，有些观测井没能按原计划进行化验，加之几年的化验成果和收集有关资料完全能满足工作需要。
2.4地下水开采量
梨树县地下水动态观测工作是从1978年6月份开展起来的，但水量观测没有开展起来，这样就给开采量的估算带来很大困难。尽管如此，我们在有资料的基础上对年开采量进行估算。根据配套抽水机电井眼数，井灌面积以及出水量抽水时间按下面公式估算：Q总=t×Q×n式中：Q总-年总开采量，n-井数，t-年开采时间，Q-单井开采量。
水旱田每亩平均灌溉200-300立方米水计算，某年全县开动机井814眼，井灌面积6.24万亩。开采量为0.13亿立方米。
3地下水动态分析
3.1气候因素
气候因素中的降水量和蒸发量对梨树县地下水动态影响最为显著。梨树县降水主要集中在7、8、9三个月份中，尤其7月8月雨量偏多，其余月份降水甚少，蒸发量除冬季较小外其他月份较大，5月中下旬至6月上旬为最大，降雨量与蒸发量（水面蒸发量）相差悬殊，蒸发量是降水量的3～4倍。某年全县平均降水量为455.9毫米，比上年大33.8毫米。由于气候的变化，使地下水动态亦随之变化，地下水埋深年初与年末不同。年末东、西辽河流域地下水位略有回升，其降水影响为主要因素。
3.2水文因素
梨树县地表水分布不均，东辽河、西辽河流经9个村屯，东辽河含水层以砂砾石为主，西辽河的含水层是灰色中砂、细砂层，河流沿途除蒸发和农田灌溉用去一部分水外，绝大部分渗入地下，补给地下水。北部均为季节河流，降水后小区域内产生径流，除蒸发外大部分都渗入地下了。由于梨树县第四系地层没有稳定的隔水层，因此降水后地下水有明显升高。西辽河多年干枯断流。2012年和2013年共放3次水，对地下水进行大量补给。加之机电井利用率不高，开采量小，使之沿河一带水位有所回升。
3.3人为因素
梨树县属于干旱、半干旱地区，历年降水量较小。地表水不能满足全县用水的需要，人畜饮水，工农业生产决大多数是开采地下水，加之目前开采都是同一层位的水，开采量也将逐年增加，因此，地下水今后的变化趋势是下降，而不是上升，有时出现回升也是暂时的微小的。某年全县地下水位比上年下降0.18米。特别郭家店镇工厂密集，城镇人口较多，用水量大，井距又近，年补给量难以满足开采量需要，某年地下水位比上年下降0.07米。形成下降漏斗近九平方公里，漏斗中心埋深比该年下降0.47米。
4对今后机井建设的建议
地下水分析篇8
[关键词]地下水资源影响煤矿开采分析
[中图分类号]p641.8[文献码]B[文章编号]1000-405X（2013）-12-157-1
首先，不得不承认的是我国的煤炭资源非常丰富，其资源的开采关系到了我国整个民族的可持续发展。也正因为如此，我国煤炭才会大规模的进行开采，这对自然生产的状况造成了很大的干扰，尤其是对地下水资源的影响变得越来越明显，破坏了地下水资源的本来面貌，给我国的地下水资源造成了一定的负担。
1煤炭开采对地下水资源的影响
煤炭开采对地下水资源有几方面的影响。
首先从浅层和中层地下水的角度进行分析，它是工业和生活用水的主要来源，但是因为采煤量的急剧增大，使得煤系地层中的水和松散类地层中的水迅速的向下渗透，形成了区域性的地下水位降落漏斗，浅层以及中层的地下水在这种情况下逐年面对水枯竭的现象。不仅如此，一些矿井因为水资源的缺失导致了井水的干涸，影响到了居民吃水的问题[1]。
从深层地下水的角度进行分析，一些煤矿厂在进行采矿的过程中为了能够保证煤矿工作范围的正常进行，在进行采矿之前将周围的水定量进行排除。伴随着采矿深度以及广度的加深，导致各个层面的水被截留，这一部分截留的水作为矿坑水被排除，使得矿井的排水量变得越来越多，长此以往导致了我国深层的地下水位逐年呈现出下降的状态。而且，深层水位的下降很难在短时间内迅速的恢复。
从另外一个角度进行分析，因为排水量的急剧增加，导致了自然的排水量被动的变成了人为的排水量，改变了以往的运动模式，使得一些平川地区的水补给造成了一些困难，给生物也造成了一定的影响。
2地下水资源流失的主要原因
地下水资源之所以会出现流失的现象，可以从以下几个方面说起。
从地质条件来看，水文地质条件包括含水层的富水性、厚度、裂隙等。
首先它的含水量厚度比较大、裂隙岩溶发育较好、含水性强、补给来源丰富，而且它的矿坑排水量非常的大。从它的地理位置来讲，总是会和一些水源相隔的非常贴近，主要是因为煤矿和水的关系，一般都将煤矿设置在和水比较近的地方，扩大侧向的补给来源，使得矿坑的排水量变得越来越大。
它和当地的降水量以及入渗系数有很大的关系，煤层的深浅也和其有着一定的关联。如果降水量比较大，那么就能够直接将江水转化成矿坑水，在煤层开采之后就直接性的导致了水裂隙带影响到了地面，造成了矿井排水量变大的现象。
从地质构造角度进行分析，地质构造对地下水、地面起着很重要的控制和导水的作用，地质构造如果很复杂，那么出现断裂的现象就非常多，如果地质构造不是很复杂，出现断裂的现象就会相对减少。
从开采的角度来说，如果开采的煤层离断层越近，那么所进行补给就会越充分，排水量就会相对增加。如果说开采的煤层离断层越远，那么补给的水源就会变得越来越多，排水量就会相对减小。
从煤矿开采阶段来说，在煤矿开采初期的时候，揭露的含水层相对比较多，但是各个含水层都会处在饱和的状态当中，含水性比较多。伴随着开采面积的增加，就会逐渐勾通裂隙导水带的现象，煤系顶部含水层中地下水就会直接渗入到矿坑中[2]。
从煤矿开采中期阶段来说，一般在开采过程中不会大面积的暴露出含水层，一部分的含水层会因为承压转换成无压的阶段，矿井的排水量只能够依附于入渗量进行补给工作，从而使得补给、径直流入以及排水平衡的状态当中。
从煤矿开采后期来看，因为大部分的含水层已经出现枯竭的状态，使水裂隙带程度变得越来越高，其地表入渗补给量开始减少，导致了矿井进入了衰竭的阶段。
从煤矿开采末期来看，到了煤矿停采的过程中，在矿井的影响范围下，矿坑会出现暂时性的排水现象，导致狂采空区逐渐囤积了大量的废水，成为典型的水库。
3煤矿开采水流失的估算
从以上种种信息可以看出煤矿开采对水资源的危害是非常大的，那么煤矿开采对水资源的流失情况又是怎样的呢？本文就运用了水估算的模式进行了计算。
一般在进行水估算的过程中，采取如下的公式进行。Q1=H×S×U，Q2=S×m1，其中Q1，Q2分别代表着动态储量和静态的储蓄量，单位是万m3。S指的是煤矿的采空区面积，例子当中的面积为200k，U代表含水层的给水度，m1代表的的是采煤破坏地下水的模数，其单位是m3/km2，H代表的是采煤破坏含水层的厚度，单位是m。
例如，某煤矿的建设中心要对其地下水的流失做统计，其中这个煤矿的单位面积为200k。带入以上所给出的公式：Q1=49.11×200×106×1.6×0.01=1665.8112m3/h；Q2=170.91×106×1.249×0.0001=2337.02334m3/h。
从以上数据可以看出，煤矿的开采对于水流失的现象是非常严重的，为了避免煤矿开采对水资源的流失，认为在煤矿开采过程中应该着重保护水资源，尽量减少水资源的浪费和流失现象。
4结语
地下水分析篇9
关键词：冻结期；冻融期；季节性冻土；地下水
中图分类号：p641.1文献标识码：a文章编号：1673-1069（2016）20-168-2
1研究方法
冻层冻融过程地下水位变化一般不直接测量地下水位试验来的出结论，而是通过对地下水势、土壤温度、土壤含水量周期观测及土壤入渗试验，综合其他相关试验数据及当地气候资料，从而得到试验的数据及相关曲线，分析地下水的动态特征，而后得出结论[1-6]。
2冻结期土壤水分动态变化及地下水位的变化
季节性冻土在冻结过程中由地表开始自上而下逐渐加厚，在温度梯度、水势梯度、毛细力及分子力等的作用下，液态水在一定的深度范围上渗，遇到冻层下界面冻结成冰晶，大于这个深度范围，液态水下渗，本文把这个深度称为水分零通面（简称零通面）[6]。地下水的埋深与该水分零通面的关系决定了地下水的补给或损耗。
2.1潜埋型地下水位变化
当地下水埋深小于水分零通面，地下水直接向上入渗补给土壤水以形成冻层，在其他条件不变时，地下水位下降[6-8]，但是具有一定的滞后性。尤其在平原或较低的地区，潜水埋藏较浅，大量潜水直接补给到土壤中，形成季节性冻土，在冻结状态下，土壤含水率可达到饱和或者过饱和状态，此时，地下水损耗较大，地下水位变化较大[8]，这种地下水损耗通常称为“潜水蒸发”。
冻结期潜水蒸发量比非冻结期大，土壤增加贮水量和累计潜水蒸发量相关性较好，潜水蒸发随着负积温的增加而增加；潜水蒸发随冻结过程时间的增大而增大；随着潜水埋深的增加呈指数递减；损耗强度随时间有一个峰值，可用幂指数方程表示[9-11]。
2.2深埋型地下水位变化
当地下水埋深大于水分零通面时，由于水分零通面的水势最大，以其为界，土壤水分以上部分向上入渗遇到冰层冻结，以下部分下渗补给地下水（指潜水）[6]，其他条件不变的情况下，地下水位上升，但影响不是很明显。
如果冻结前土壤含水量不大，冻结期没有充足的水补给地下水并上渗冻结，地下水可能就不会上升；如果地下水埋藏深度远大于零通面，地下水位就不会受到影响，但不利于土壤保墒。
2.3冻结期地下水位变化的其他影响因素
地下水排泄主要受到季节性丰水期和枯水期的调节，在冻结期不会有太大的影响。而地表水入渗和蒸发据冻结情况，对地下水位影响可分为两种情况：
①地下水埋藏较浅，或冻结期处于给水量充足的丰水期，土壤冻结含水量等于或大于土壤含水量，李天霄等[12]通过对大田土壤冻结过程入渗的试验，得到稳定入渗时间、稳定入渗率和累计入渗量随冻深的变化曲线，三条曲线反映了在冻结期冻层逐渐变厚时，其渗透能力迅速减小达到稳定，冻层几乎不透水，形成了隔水层，几乎不发生地表水入渗和蒸发到地表，对地下水位影响不大。
②地下水埋藏较深，或冻结期处于干旱或缺水时期，冻结期供水不足，土壤未达到饱和，此时土壤具有一定的入渗能力和蒸发能力[13]。但此时入渗及蒸发能力很弱，且地下水位较深，很少能蒸发或地表水补给，所以对地下水位变化影响也不大。
3冻融期土壤水分动态变化及地下水水位变化
冻层融化过程要比冻结过程短很多，春季气温回升时季节性冻土开始双向融化，此时土壤液态含水量增加，水势分布发生变化，水分零通面消失。
3.1潜埋型地下水位变化
如2.1所述，冻结期土壤贮存了大量水，当冻层融化时，易形成冻层上水，但冻层具有隔水性，所以冻层上水在融通前不会补给地下潜水。冻层下融化的土壤由于超过了持水量，所以大量释水补给地下水，地下水为上升[6-8]。
腾凯等[14]发现冻土融化后渗透系数变大，渗透性比未冻前高出数倍甚至百倍，地下潜水位的变化要比冻结时变化快；并且冻层上水逐渐聚集易形成一定厚度的冻层上潜流层，等冻层融通后，冻层上潜流层和融雪水下渗补给地下水。冻融水是年内地下水补给的重要来源[15]，郭占荣等[6]提到在西北内陆盆地，潜水年补给量的51.9%来自冻融水入渗补给；冻融期月最大补水量（细沙）是冻结期月地下水最大损耗量（砂砾石）的四倍多。
冻结期土壤不是特别干旱，地下水埋深小于零通面，冻融水一般都会补给地下潜水，使其水位上升。
3.2深埋型地下水位变化
当地下水埋深大于零通面，地下水在冻结期不补给土壤水，冻结前土壤较为干旱，冻层贮水没达到土壤饱和，在融化过程，土壤释水，入渗途径长，到达不了地下水，地下水位不会发生明显变化。土壤含水没达到饱和，或者冻土中有空洞、虫穴、腐烂根道等，也就会有一定的渗透能力，在整个冻融过程中，融雪水和其他地表水都会下渗，也会引起地下水的变化。
4结论
①冻结期，埋藏小于水分零通面的地下水大量补给土壤冻结，土壤含水达到饱和或过饱和，地下水位下降；埋藏大于零通面的地下水获得少量土壤水，如果埋藏较深且冻结前较为干旱，地下水位不能得到土壤水的补给，水位几乎不会受到冻融的影响；地下水埋藏小于零通面时，冻层为隔水层，几乎不发生蒸发到地表以上或地表水入渗，埋藏大于零通面时，土壤可能达不到饱和冻结，冻层虽然具有一定的渗透能力，但是由于埋藏较深，蒸发到地表或地表水下渗对地下水位影响不大。
②冻融期，水势发生变化，零通面消失。潜埋型地下水在冻结期贮存大量的水，融化时大量释水补给地下水，地下水位上升，冻融水成为地下水补给的重要来源；深埋型地下水，土壤贮水没有前者多，释水补给地下水较少或不补给，地下水位影响不大；潜埋型地下水在融通前不能得到融雪水等地表水的补给，深埋型地下水或者具有空洞、蚁穴腐烂根道等土壤的地下水能够接受融雪入渗或其他地表水的补给，水位变化依情况而定。
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地下水分析篇10
在隧道工程建设中，隧道的地下水处理一直都是一个难题，不仅影响到隧道工程的正常使用，而且还会对隧道工程的施工安全以及隧道建成后的结构安全产生重要的影响，同时还有可能引起一系列的生态环境问题。在环境问题日益严重的今天，社会大众的环境意识开始不断增强，这就要求要做好隧道工程地下水处理工作，减少因隧道工程地下水处理不当引起的不良环境地质效应。本文主要就是对隧道工程地下水处理的环境地质效应进行分析，首先分析了隧道工程排水引起的环境地质效应，并为如何有效控制与减少隧道工程地下水处理带来的不良环境地质效应提出了一些建议。
关键词：
隧道工程；地下水处理；环境地质效应
我国现行隧道设计规范明确规定，在对隧道工程地下水进行处理时要严格遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则。但是在实际处理隧道工程地下水的时候，受到各种因素的影响，使得在处理隧道工程地下水的时候更多的还是采取排的方式。对于雨水补给比较充足的南方地区来说，在短期内这种处理地下水的方式不会引起很严重的环境地质效应，但是对于水资源相对比较匮乏的西部地区来说，很容易就会产生严重的环境地质效应，影响到隧道工程的整个施工安全与使用效果，对此必须要采取科学合理的措施来改进隧道工程的地下水处理[1]。本文就是关于隧道工程地下水处理的环境地质效应的分析。
1隧道排水引起的环境地质效应
所谓环境地质效应，指的就是因为环境变异而引起的一系列严重危害到生态地质环境稳定性以及人类生产活动的效果与作用的总和。在处理隧道地下水的时候，由于还是采取排水的方式，很容易就会引起下列环境地质效应，分别是：
1.1影响了隧道围岩
围岩岩体中地下水的活动状况以及贮存条件都会影响到围岩的强度与应力状态，从而也就影响到了隧道围岩的稳定性。首先，其对围岩产生了溶蚀作用，降低了岩石的密度，增大了岩石的空隙，进而降低了岩石的强度。在隧道工程开挖排水后，由于地下水位的持续降低，使得地下水系统内部原本保持的水力平衡被打破[2]。同时，排水还将岩石裂隙中的大量充填物质冲刷携带走，将一定范围内的相对隔水层变成了透水层。这样一来，就导致原本相对滞留的地下水在各种作用下进入到相邻的含水层中，甚至是直接泄入隧道，导致围岩受到具有强氧化作用补给水的入侵，进一步加剧了岩体溶蚀的程度。其次，其破坏了膨胀类围岩，导致膨胀类岩石发生崩解破坏的问题，加剧了隧道围岩被破坏的程度，使得隧道结构的稳定性受到了更大影响。
1.2破坏了结构面
隧道排水冲刷带走了软弱结构面中的充填物质，降低了结构面的黏聚力，致使结构面的抗剪强度不断下降，使得有滑动趋势的块体出现沿软弱结构面滑动的问题，极有可能引发塌方等施工安全事故。
1.3破坏了地下水体系
在采取排水方式来处理隧道工程地下水的时候，会无法避免地引起地下水重新分配问题，最终新形成的含水层与地下水开始转移通道，而原来转移通道与含水层中所具有的地下水会减少甚至是枯竭，导致水循环平衡受到破坏。同时，隧道排水还会使低下化学场与水动力场发生改变，最终引起地下水被污染的问题，导致水质不断恶化，增加了隧道排出水污染地表水体的风险[3]。
1.4破坏了地表植被
隧道工程地下水的处理方式会对隧道施工区域地表植被的生长情况产生间接影响。地表植被的生长需要很多水分，这些水分都是靠植被的根茎在潜水中吸取来的，在降低了地下水位之后，致使包气带增厚，加大了植被根茎吸收水分的难度，从而影响到了地表植被的正常生长。
2避免隧道工程地下水处理带来的环境地质效应的建议
针对隧道工程地下水处理的不当引起的众多不良环境地质效应，在今后处理隧道工程地下水的时候，要做好以下几个方面的工作：首先，在进行隧道工程选线之前，要对拟建隧址区的水文地质条件以及工程地质环境进行严格详细的调查与分析，尽量避开隧道施工过程中可能出现的大规模突水或涌水的地质单元。其次，将防、排、截、堵的地下水处理方法结合起来使用，以堵为主，改变过去单一采取排水的地下水处理方式，将因地制宜的理念充分贯彻到实际隧道施工中。最后，在必须要进行排水的时候，要将排供结合起来，减少浪费的水资源，提高水资源利用率。
3结束语
综上所述可知，隧道工程地下水的处理作为一个影响隧道工程施工质量与安全的重要方面，采取不恰当的地下水处理方式只会引起许多不良环境地质效应，不仅影响到施工安全，而且也无法保证工程的施工质量。因此在今后进行隧道工程施工的时候，必须要严格做好地下水处理工作，结合施工的实际情况，采取科学合理的方法来对地下水进行处理，确保隧道工程的质量与安全性不会受到不良影响，促进隧道工程的又好又快建设。
作者：李仪轩单位：成都理工大学环境与土木工程学院
参考文献：
[1]李术才,刘斌,孙怀凤,聂利超,钟世航,苏茂鑫,李貅,许振浩.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J].岩石力学与工程学报,2014（06）:1090-1113.