焦作矿井水减排后岩溶水水位动态变化及数值模拟研究

发布时间：2020-07-14 20:57

【摘要】：焦作市山前地区是九里山岩溶水系统的集中径流-排泄区,岩溶水资源丰富,水质良好,是城市供水的主要水源。20世纪50年代以来,城市开采和矿井排水是岩溶水主要排泄方式,特别是在20世纪80年代,仅煤矿排水总量就高达8.5m~3/s,造成岩溶水水位下降。2011年以后,厂矿自备水井陆续被封闭,一些煤矿也因煤炭资源枯竭而相继关闭,岩溶水开采量下降,水位出现了回升。焦作市作为国家级水生态文明城市建设试点,正向建设山水园林城市转型,在煤矿减少排水和城市减少开采量共同影响下,岩溶水水位如何变化以及历史上的九里山泉群能否复涌成为城市建设者非常关注的问题。论文在综合分析了焦作矿区岩溶水水文地质条件的基础上,系统研究了水位动态变化规律,分析了城市开采岩溶水和矿井排水对水位的影响。运用灰色关联度分析法,研究了水位与降雨量、开采量之间的关联程度。采用滑动平均法与Mann-Kendall非参数统计法,分析了1965年以来的岩溶水水位、降雨量和开采量的变化趋势,并在分析岩溶水水位主要影响因素对其影响程度的基础上,综合分析焦作矿区地质条件和水文地质条件,建立了焦作岩溶水水文地质概念模型。运用Visual Modflow软件,建立了预测焦作矿区岩溶水水位的的数值模拟模型,经过参数识别和模型检验,模型符合实际水文地质条件,稳定可靠。应用所建统计模型和数值模拟模型对未来煤矿减少排水和城市减少开采量的条件下水位变化进行了预测。研究表明,1965年以来焦作矿区的降水量并未出现明显下降趋势,岩溶水水位的多年波动下降并非降水入渗补给量减少所致,主要与不断增长的城市开采量和矿井排水量有关。数值模拟预测表明,矿区西部丹河渗漏段岩溶水水位受降水控制明显,方庄矿和演马矿关闭停止排水后,岩溶水降落漏斗会逐渐消失。在朱村矿、方庄矿、演马矿等煤矿关闭停止排水及城市开采量减少后,未来三年为连续枯水年时,岩溶水水位会小幅下降,总降幅为3-8m;连续平水年时,矿区西部水位上升5-10m,中部及东部上升2-5m;连续丰水年时,岩溶水水位上升明显,最大升幅20m,矿区东部及中部上升5-11m。演马矿关闭后,附近水位会有3-4个月的上升期,此后将恢复岩溶水的正常的年内波动状态;在降水较为充沛的丰水年,九里山岩溶水水位最高达92.1m,九里山泉群有望复涌。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P641;TD74
【图文】：

图 2-3 山区河流渗漏段分布图Fig. 2-3 Mountain river leakage section profile据丹河山路平水文站 1955-2000 年径流量统计资料计算得出丹河平7.34m3/s，使用年均径流量绘制流量动态变化曲线（图 2-4），多年变趋势，最大径流量出现在 1956 年，为 22m3/s，最小径流量出现在 197m3/s，近年来丹河平均径流量稳定在 2.6m3/s。510152025均流量年（3/mm）

2.2.2 地质构造本区基岩断裂构造发育（如图 2-6），多为高角度正断层。受断裂构造控制区内地层形成由北向南呈阶梯状下降的单斜式构造形式，地层倾角为 10°-20°。区内对岩溶水运动和分布有控制意义的断层有：（1）凤凰岭断层凤凰岭断层在焦作市北部太行山南侧，沿东西向展布，是山区和平原的分界线。断层全长 70km，是东西走向，倾向南，倾角约 70°-80°的正断层，落差 200-300m断层西边与盘古寺断层相交，向东经过丹河和瓦窑河。断层经过焦作后，新生界地层将其掩盖，断层向东延伸经过王母泉一直到狮子营附近尖灭。凤凰岭断层上下两盘落差大，断层带岩石破碎，岩溶发育，多次揭露出直径大于 1m 的岩溶洞穴该断层导水富水性强，是焦作岩溶地下水的强径流带，该断层上分布有大型集中水源地以及大型岩溶充水矿井。

补给、径流与排泄山区大面积出露寒武-奥陶系碳酸盐岩，岩溶区降水丰富，降水通过山区奥陶系灰岩补给区。岩溶水也是区内岩溶水补给的重要的方式之渗漏量为 1.62m3/d，流经岩溶发育的碳酸盐分石河和纸坊沟河雨季有水旱季干涸，在流经便全部渗漏补给地下水。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 潘国营;秦永泰;马亚芬;吕雪茹;;基于R/S和Morlet小波分析的丹河径流变化特征研究[J];水资源与水工程学报;2015年03期

2 王宇;卢文喜;卞建民;安永凯;;基于小波神经网络的地下水流数值模拟模型的替代模型研究[J];中国环境科学;2015年01期

3 王润科;庞卫花;;陇南武都地区降水变化特征[J];南水北调与水利科技;2014年06期

4 武强;;我国矿井水防控与资源化利用的研究进展、问题和展望[J];煤炭学报;2014年05期

5 吴雯倩;靳孟贵;;淮北市地下水流数值模拟及水文地质参数不确定性分析[J];水文地质工程地质;2014年03期

6 安永凯;卢文喜;董海彪;罗建男;;基于克里格法的地下水流数值模拟模型的替代模型研究[J];中国环境科学;2014年04期

7 牛磊;陈立;江胜国;贾超;;采煤对地下含水层的影响研究——以河南焦作矿区为例[J];地下水;2014年01期

8 陶虹;陶福平;刘文波;;关中城市群50年地下水动态变化及影响因素研究[J];水文地质工程地质;2013年06期

9 孙从军;韩振波;赵振;范宇;;地下水数值模拟的研究与应用进展[J];环境工程;2013年05期

10 黄平华;白万备;邓勇;;焦作煤矿区岩溶水水位统计模型研究[J];中国岩溶;2013年03期

相关博士学位论文 前1条

1 谢洪波;焦作市地下水质量综合评价及污染预警研究[D];长安大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 仲伟婉;通榆县开通镇拟建水源地地下水数值模拟及预测[D];吉林大学;2017年

2 刘世建;基于Visual MODFLOW的馆陶县地下水数值模拟研究[D];河北工程大学;2016年

3 李希萌;黑河中游地下水数值模拟模型[D];清华大学;2014年

4 杜玉娇;莫索湾灌区地下水水位动态变化及数值模拟研究[D];石河子大学;2013年

5 胡艳卉;矿井地下水流场数值模拟及其应用研究[D];山东科技大学;2010年

6 夏大平;焦作矿区矿井水资源化研究[D];河南理工大学;2009年

7 李燕;徐州市张集水源地地下水数值模拟及环境脆弱性评价研究[D];合肥工业大学;2007年

8 周秀文;灰色关联度的研究与应用[D];吉林大学;2007年

9 钟福平;许家沟泉域岩溶水开发对泉流量影响的数值预测[D];河南理工大学;2007年

10 于峰;区域地下水数值模拟[D];山东大学;2005年

本文编号：2755475