内蒙古锡林河子流域浅层水文地质结构辨识及采煤疏干影响研究

发布时间：2020-10-23 12:00

　　 我国是一个以煤炭为主的能源国家,煤炭资源的开发和利用,既推动了经济的巨大发展,同时也对地质环境产生了重大影响。地下水作为地质环境变化的受体和信息的载体,对地质环境变化的程度和规模有着重要的指示作用。草原露天煤矿的开采不可避免地对地下水环境造成影响,致使地下水位下降,降落漏斗持续扩展,从而改变地下水系统的补给、径流与排泄条件。最终导致地表河流径流量减少,湖泊面积萎缩,草原荒漠化趋势加快等地质环境和生态环境恶化现象。内蒙古目前已经成为我国煤炭资源开发的前沿阵地,其中锡林郭勒草原地区由于蕴藏着丰富的煤炭资源而成为京津能源的新基地。然而,虽然煤炭资源十分丰富,但锡林郭勒草原地区水资源却严重匮乏,地下水环境极为脆弱,尤其以锡林河子流域为典型代表。在该流域开发煤炭资源时应更为重视对地下水的影响,这就对采煤疏干胁迫下地下水系统响应机理的深层次挖掘提出了更高的要求。然而目前该流域水文地质资料严重缺乏,若采用传统方法进行水文地质调查又会不可避免地对草原生态环境产生严重破坏,这已经成为严重制约该流域煤炭资源合理开发利用的一个十分突出的问题。因此,如何突破传统水文地质调查方法的局限,探索一种非侵害性的水文地质结构高效精准辨识方法,已然成为在此类地下水环境相对脆弱的地区进行煤炭合理开发利用的当务之急。本文以锡林河子流域为研究对象,从大地电磁法(MT)与地面核磁共振方法(SNMR)的反演解译入手,提出对草原脆弱环境非侵害的水文地质结构MT-SNMR联合辨识新方法,并借此对锡林河子流域浅层水文地质结构进行高效精准辨识。辨识精度得到了实际钻孔资料的验证,并且辨识效率远远优于传统水文地质调查方法。MT-SNMR辨识成果可以有效弥补锡林河子流域水文地质资料的严重不足,并对同类环境相对脆弱而又严重缺乏水文地质资料的地区具有重要的借鉴意义。在水文地质结构MT-SNMR辨识分析的基础上,基于多目标决策理论,提出AHP-SNMR信息融合的含水层富水性评价方法。该方法有效解决了富水性评价中水文地质资料严重缺失问题,并对该地区水资源评价工作具有重要的指导作用。依托富水性分区评价,构建了锡林河子流域地下水系统不同补给源与排泄量响应模型,针对采煤疏干活动对地下水系统的影响开展模拟预测,揭示了采煤疏干对整个子流域的影响范围和程度。通过对地下水影响预测的深入研究,着重分析了肆意疏干含水层对地质环境和草原生态环境造成的严重后果,为草原地区矿山地质环境恢复治理、生态环境保护和地下水修复等工作提供科学依据。采煤疏干地下水的同时也掠夺了地表水资源。为了清晰界定采煤疏干活动对地表水的影响,本文采用Mann-Kendall突变检验和双累积曲线法将锡林河子流域水文气象序列划分为基准期和影响期,然后利用YRWBM模型分离评估了气候变化和采煤疏干活动对地表径流量和湖泊面积变化的影响。其中,气候因素占主导地位,其次为采煤疏干活动的影响。三种方法的有效运用解决了水文气象序列基准期的界定以及影响期天然径流量的还原难题,从而为揭示采煤疏干胁迫下流域水文演变机理提供了强有力的研究手段。煤炭开采活动对水资源的影响是强烈的人类活动与巨大的自然环境变化交织在一起的复杂过程。它不仅需要建立一套全面有效的研究方法和评价体系,而且需要出台一系列煤炭开采活动强烈干预下的水资源修复补偿措施和对策。多学科多层面举措对于缓解草原水资源危机,促进草原煤炭经济与生态环境可持续发展具有重要的理论意义和现实意义。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD163.1
【部分图文】：

第一章 绪论多源地学信息有机融合，采用 AHP 法对含水层富水性进行分区评价，有效解决了富水性评价中水文地质资料严重缺失问题，为解决地学多目标决策问题提供了新思路。（3）构建了锡林河子流域地下水系统不同补给源与排泄量响应模型，预测了地下水系统在采煤疏干胁迫下的响应过程，揭示了煤炭开采对地下水流场时空演变的影响机理，为草原流域地下水资源保护与修复提供科学依据。（4）分离评估了气候变化和采煤疏干活动对地表水的影响程度，解决了水文气象序列基准期的界定以及影响期天然径流量的还原问题，深入揭示了流域水文演变机理对保障草原煤炭经济与水资源可持续发展具有重要的现实意义。目 标 尺 度 数 据 内 容 方 法

图 2.1 研究区位置图（2）蒸发年蒸发量：历年蒸发量的动态变化见图 2.4。年蒸发量总体呈增加趋势，多年平均蒸发量为 1852.50mm。历年最大值为 2270.1mm（2001 年），最小为 1520.9mm（1959 年）。月蒸发量：月蒸发了中极小值为 13.9mm，从 1 月份以后蒸发量显著上升，到 5 月份达到最大值 312.4mm，6～9 月份缓慢下降，在 10～12 月份又迅速下降，而后才缓慢下降到 1 月份的极小值。连续最大 4 个月（5～8 月）多年平均蒸发量为 1128.7mm，占多年平均蒸发量 1852.5mm 的 60.9%。平均月蒸发量统计结果见图 2.5。

图 3.1 数据在系统中的生成过程EH-4 磁偶极子发射天线为 X，Y 方向的垂直线圈。分辨率较高的 TE 型波以gnetic dipole 发射，分层能力较强。EH-4 接收部分主要由主机、AFE、磁棒、电附属设备组成，发射部分主要包括发射机、发射天线、控制器、12 V 铅蓄电池-4 系统分辨率较高、可视效果好、设备便携、探测深度大等优点，近些年来被用于含水层探测，在水文地质结构探测中收效良好。
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本文编号：2853009