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    2003年  28卷  第5期

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    求索创新孜孜不倦——祝贺陈崇希教授从事地质科学与教育事业50周年
    2003, 28(5): 469-470.
    摘要:
    陈崇希教授的学术思想和成就综述
    焦赳赳, 王旭升, 成建梅, 裴顺平
    2003, 28(5): 471-482.
    摘要:
    在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性.
    三维地下水流中常规观测孔水位的形成机理及确定方法
    陈崇希
    2003, 28(5): 483-491.
    摘要:
    对地下水三维流中常规观测孔中水位的传统计算方法提出质疑, 认为计算观测孔中水位的Hantush Бочевер方程是缺乏物理基础的纯数学方法.分析了形成观测孔中水位的机理, 提出三维地下水流中常规观测孔中只是孔口的流量为零, 而孔内却存在"抽水"和"注水"的井孔; 多层井(multilayerwell) 不一定要求"多层"的条件, 在均质单一含水层中的井孔可以具有多层井的基本特征; 混合井孔的水位并不"混合", 混合观测孔中存在符合机理的水头分布和流量分布规律等观点.普遍而言, 三维流中的观测孔不能用通常所说的线汇/线源刻画, 也不能用近几年提出的孔内为层流(线性流) 的假定来研究该问题, 然而可用笔者于1993年提出的"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"方便、有效地模拟.就说明性算例而言, Hantush Бочевер方程只能近似用于孔径大于0.2m且径距大于10~20m的条件.
    模拟多孔介质中生物化学输运的有限颗粒法的一个修正算法
    曹圣山, 孙讷正
    2003, 28(5): 492-496.
    摘要:
    给出了有限颗粒法(FCM) 的一个修正算法, 用来模拟二维多孔介质中复杂的物理、生物化学输运现象.该算法不仅具有与早先的FCM一样的优点, 而且可以在更微观的水平上保证质量守恒, 获得更为准确的颗粒位置, 从而有利于质量交换的高精度计算.计算结果与精确解和早先的FCM的结果做了比较.
    地下非均匀非饱和带中地下洞室的渗流问题数值模拟——介质参数的灵敏度分析
    李国敏, TsangChin-Fu
    2003, 28(5): 497-504.
    摘要:
    影响任何一个地下废物处置场所长期行为的一个重要因素是进入地下废物贮置洞室内的渗流量的大小.预测地下洞室中的渗流量是困难的, 特别是当地下废物贮置洞室位于非均质非饱和带中.三维数值模型用于研究地下非均质中非饱和流动及流入地下洞室中的渗流量.讨论了非均质模型与均质模型的比较以及数值剖分尺度对计算结果的影响.进入洞室中的渗漏率随着引入系统中入渗量的增加而增大.选用4个参数来衡量渗流场的非均质程度: (1) 介质的平均渗透率K0; (2) VanGenuchten参数α; (3) 渗透率空间分布相关尺度; (4) 渗透率空间分布变化的标准差σ.根据一个随机实现的渗透率分布, 通过改变平均渗透率来研究其对流入洞室中渗透量的影响.对一个固定的入渗率而言, 流入洞室中的渗漏率将随着VanGenuchten参数α的减小而减小.模拟结果表明流入洞室的渗漏率与介质的平均渗透率相关, 即随平均渗透率的增大, 流入洞室的渗漏率亦增大.流入洞室的渗漏率还高度依赖于非均质渗透率场的空间分布相关长度与标准差.一个大的相关长度或高的标准差均能导致流入洞室的渗漏率增大.
    海潮引起的滨海地区包气带气压周期性变化的数值模拟
    李海龙, 焦赳赳
    2003, 28(5): 505-510.
    摘要:
    滨海地区的地下水位由于海潮而上下波动, 这早已是为人熟知的事实.但是, 滨海地区包气带中气压也会随海潮的起伏而作周期性变化, 这一点却很少为人注意.如果地表由渗透性差的材料如水泥或沥青路面覆盖(这种情况在香港高度城市化的近海地区很常见), 海潮的起伏会产生幅度异常高的气压波动.在某些情形下, 足够高的气压会引起如路面拱起等工程问题.因此, 研究海潮引起的包气带气流, 不仅具有理论意义, 还对滨海地区土木工程有实际指导作用.以香港某滨海地区为例, 建立了该地区一剖面上水气两相流的二维数学模型, 并用TOUGH2程序进行了数值模拟.通过数值敏感度分析, 探讨了影响沥青路面下气压的主要水文地质因素.在根据该地区实际水文地质情况选取了适当的模型边界条件和模型参数后, 沥青路面下气压的数值模拟结果和观测数据吻合程度良好.
    水资源和环境工程中水平井研究简介
    詹红兵, 万军伟
    2003, 28(5): 511-516.
    摘要:
    简单介绍了水平井在水资源和环境工程中的近期研究进展, 重点介绍了在不同含水层(如承压含水层、潜水含水层、越流含水层及河下含水层) 中, 水平井抽水条件下降深的半解析解, 同时分析了降深随抽水时间变化的标准曲线和微分标准曲线.这些半解析解可用于分析小流量水平井在中长时段的降深特性.分析了用于排水和供水的大流量水平井的水力学特征, 并介绍了求解渗流-管流耦合井流系统的一种新方法.同时介绍了在非饱和含水层中水平井抽取气体的动力学特征, 并分析了地面覆盖和未覆盖2种情况下的气体清除效率, 报告了在不同饱和含水层条件下水平井的捕获区和捕获时间的计算.
    水热条件下利用微波加热从粉煤灰合成沸石研究
    郭永龙, 王焰新, 蔡鹤生, 杨志华
    2003, 28(5): 517-521.
    摘要:
    着重选用NaOH水溶液为反应前驱物, 通过改变反应温度、NaOH浓度与合成时间等参数, 在水热条件下利用微波加热直接对粉煤灰进行晶化, 合成得到了浊沸石、菱沸石、NaP1沸石3种沸石.粉煤灰转化为沸石率约15%~40%.研究表明: (1) 反应体系在15min左右即有合成沸石产生, 30min左右合成沸石转化率达到最佳; (2) 为保证沸石晶核生成和晶体的生长, 反应体系的溶液/粉煤灰比不应低于2.5; (3) 在溶液/粉煤灰比为2.5时, 应控制加热时间在30min左右.
    岩体三维不连续裂隙网络及其逆建模方法
    于青春, 大西有三
    2003, 28(5): 522-526.
    摘要:
    通过拟合实测的二维裂隙编录图和钻孔裂隙编录图, 优化裂隙三维大小和密度参数, 使模型能够准确再现野外所观测到的实际现象, 包括开挖面和钻孔上不同裂隙的数量、密度和长度.通过计算实例验证了方法的可行性.
    西北黑河额济纳盆地水资源管理研究——三维地下水流数值模拟
    武选民, 陈崇希, 史生胜, 黎志恒
    2003, 28(5): 527-532.
    摘要:
    在大量实测资料的基础上, 建立了额济纳盆地地下水流系统饱和-非饱和三维数值模型, 对4种不同输水量情况下盆地内区域地下水位的变化趋势进行了预测, 进而提出了合理的输水方案, 黑河上中游向额济纳盆地合理的输水总量应为7.5亿m3/a, 其中通过狼心山水文站的水量不应小于5.5亿m3/a.这一方案为流域水资源的合理调配及额济纳绿洲生态环境保护和建设提供了依据.
    泥石流堆积运动特征分析
    罗元华
    2003, 28(5): 533-536.
    摘要:
    以云南省东川市深沟泥石流堆积区为研究对象, 根据深沟可能爆发泥石流灾害的区域范围、规模、性质和介质特征, 按爆发20年一遇(频率5%)和100年一遇(频率1%)的泥石流灾害预测规模, 运用数值模拟方法模拟了泥石流爆发历时过程的堆积运动特征及空间分布形态; 分析了不同规模泥石流堆积运动过程中, 泥石流堆积厚度及堆积运动速度在空间上和时间上的变化发展趋势.
    水平井的水力特征及其解析解的适用条件
    万军伟, 沈仲智, 潘欢迎
    2003, 28(5): 537-544.
    摘要:
    利用自制的水平井砂槽模型, 进行了一系列不同流量条件下的水平井抽水试验, 结果表明: (1)在不同出流条件下, 水平井井管中可以同时出现层流-粗糙紊流多种不同流态; (2) 水平井出流条件下, 井管中的水头损失既不能忽略, 也不服从线性变化规律.它与井管中的水流流态有关.用“等水头井壁”或“等强度线汇”来刻画水平井井壁边界条件是不全面的.根据“等强度线汇”理论得到的解析解与试验结果对比发现, 本试验条件下解析解的近似适用条件是: 水平井管中的水流全部为层流(Re < 2 320)或者层流和层流-光滑紊流过渡区(Re < 4 000)同时并存的情况.当水平井管中出现光滑紊流区(Re> 4 000), 即同时有层流、层流-光滑紊流过渡态和光滑紊流或更多种流态时, 解析解已不再适用, 此时必须用新的层流-管流耦合模型来求解.
    承压含水层井流-盖层弯曲效应的解析理论
    王旭升, 陈崇希, 焦赳赳
    2003, 28(5): 545-550.
    摘要:
    指出承压含水层盖层的弯曲变形与开采井周围的径向地下水运动存在相互作用, 而这一效应在传统的井流理论中没有被认识到.通过引入弹性薄板理论, 建立了无越流的承压含水层井流-顶板弯曲效应的解析模型, 同时考虑了含水层和水的压缩性, 结果表明Theis井流方程给出的抽水降深偏小.在此基础上推导了有越流承压含水层井流-盖层弯曲效应的偏微分方程, 求出了解析解, 并与传统理论的结果进行了对比, 表明Hantush-Jacob公式计算的降深也是偏小的.在抽水井附近和抽水初期, 传统理论可能导致显著的相对误差.
    黑河流域中下游地区植物物种生存域研究
    徐恒力, 汤梦玲, 马瑞
    2003, 28(5): 551-556.
    摘要:
    基于对地境和根群的认识, 从系统论的角度首次提出了植物物种地境稳定层及生存域概念, 运用多种理化指标的组合状态对黑河中下游多年生植物物种地境稳定层层位进行了确定, 深度范围为40~100 cm.根据各典型植物物种地境稳定层的水土条件相应地圈划了它们的生存域, 并提出了黑河下游地区植被分布与地境关系的一些新认识.
    基于ANN与GIS技术的区域岩溶塌陷稳定性预测———以桂林西城区为例
    胡成, 陈植华, 陈学军
    2003, 28(5): 557-562.
    摘要:
    岩溶地面塌陷是岩溶区常见的一种地质灾害, 塌陷区域预测是进行国土规划、资源开发与灾害防治的必要工作.由于岩溶塌陷的影响因素众多且相互作用, 发展过程复杂, 加之各评价因子的数值获取困难, 致使长期以来塌陷区域定量预测成为一个难以解决的课题.现行的区域预测模型不能描述塌陷形成模式的非线性特征, 也难以克服评价因子权重确定过程中人为经验因素的影响.神经网络技术的自学习、自适应与高度非线性映射特点显示了其在塌陷区域预测领域中应用的前景.根据研究区内地面塌陷空间聚集分布的特征, 提出了不同因子组合条件下塌陷发生可能性的定量化方法, 结合选定的评价因子类别确定了神经网络预测模型的结构, 利用312个塌陷点样本中的292个进行网络训练, 余下的20个样本的校验结果表明该模型具有较高的可信度.运用GIS技术将研究区进行评价单元划分, 并获取各评价因子的取值, 输入到训练好的网络中进行预测.将各单元的输出值进行归并处理后得到研究区岩溶塌陷的稳定级分区图.
    土壤对可溶性油的吸附作用及其影响因素分析
    郑西来, 李永乐, 林国庆, 马玉新, 夏文香
    2003, 28(5): 563-567.
    摘要:
    在沈(阳) 抚(顺) 灌区土-水-作物系统石油污染调查的基础上, 根据土壤非饱和带的结构和组成, 选择代表性的土壤剖面分别采集表土和底土, 分析土样的主要物理和化学性质, 系统测定不同土样对可溶性油吸附的动力学曲线和吸附等温线, 并分析了有机质、粘粒含量和含盐量对吸附作用的影响.结果表明, 土壤对可溶性油的吸附平衡时间为20~24h, 而且不同土样的吸附等温线均为直线型理想吸附.另外, 通过试验发现, 当水相中可溶性油低于一定浓度时, 不但不产生吸附, 反而使土壤中的残留油分释放出来.
    地下水流数值模拟前后处理软件的设计与实现
    胡立堂, 陈崇希
    2003, 28(5): 567-567.
    摘要:
    垃圾填埋场斑脱土衬里可行性评价
    简文星, 嘉门雅史, 金山民政
    2003, 28(5): 568-574.
    摘要:
    首先对斑脱土衬里(粘土-斑脱土、砂-斑脱土) 进行变水头实验, 得粘土-斑脱土的渗透系数为6.0×10-9~3.0×10-8cm/s, 砂-斑脱土的渗透系数为1.0×10-9~3.0×10-9cm/s.从防渗角度分析, 2种斑脱土混合物均适合作垃圾填埋场的底层衬里.然后对斑脱土衬里进行持水与水迁移实验, 评价斑脱土衬里水的迁移特性.以水迁移实验为基础, 模拟斑脱土衬里与地基5种不同含水量的条件, 对斑脱土衬里进行直接剪切实验, 测定斑脱土衬里的剪切强度及斑脱土衬里与地基接触面的剪切强度.再对斑脱土衬里进行三轴固结不排水实验, 测定其总剪切强度与有效剪切强度.实验结果表明: 地下水具有很大的潜力从地基流向斑脱土衬里, 从而大大提高斑脱土衬里的含水量; 随着含水量的增加, 粘土-斑脱土、砂-斑脱土衬里的抗剪强度逐渐减小.根据实验所获得的抗剪强度参数, 选择日本山谷型垃圾填埋场典型剖面, 对山谷型垃圾填埋场进行稳定性评价.结果表明: 对于角度小于20°的缓倾角山谷型垃圾填埋场, 使用粘土-斑脱土、砂-斑脱土作为底层衬里是稳定的.因此, 2种斑脱土混合物适合作山谷型垃圾填埋场的底层衬里.
    无限承压含水层中主孔涌水多孔观测定降深井流试验水文地质参数计算
    肖明贵, 陈学军, 刘宝臣
    2003, 28(5): 575-578.
    摘要:
    利用自溢井(孔) 做放水试验确定含水层水文地质参数, 是简便而经济的确定含水层水文地质参数的试验方法.涌水试验基本上属于定降深井流试验.在无限承压含水层中进行涌水试验, 使涌水孔(井) 降深sw保持不变, 涌水量随时间的延续而减少, 除涌水孔(井) 本身以外, 含水层中任意点的水头H随时间的延续而降低.在单孔(井) 定降深井流试验利用涌水孔1/Q-lg t直线图解法计算水文地质参数的基础上, 建立一孔(主孔) 涌水多孔观测水位降低的直线图解法, 即s/Q-lg t直线图解法.
    水库库岸滑坡的运动过程分析及初始涌浪计算
    汪洋, 殷坤龙
    2003, 28(5): 579-582.
    摘要:
    从地面运动和水下运动2个阶段对水库库岸滑坡的受力特征进行了分析, 用牛顿定律和运动学基本原理求解滑坡地面运动的加速度和速度, 且把地面运动的末状态作为水下运动的初始状态, 用流场阻力公式和粘滞力公式求解滑坡水下运动的时间与速度, 并运用动量定理对其初始涌浪高度进行了计算.以三峡库区新滩滑坡为例, 采用条分方法, 计算出各条块入水速度、水下运动的时间及其激起的涌浪高度值, 得出了地面运动过程中滑坡速度值先增后减及水下运动过程中滑坡速度与时间呈反正切型关系的规律, 并认为涌浪高度变化与条块的高度变化具有较强的关联性.