黑方台灌区地下水动力场演化与地质灾害的关系研究

摘要

为降低黑方台台塬由灌溉水入渗引起的地下水位上升,有效防治地下水位上升引发的滑坡等地质灾害,甘肃省国土资源厅等相关单位开展了―黑方台台塬滑坡防治排水地下水勘探试验项目。本文以该项目为依托,充分收集研究区域的气象水文、自然地理、地形地貌、地层岩性、水文地质等方面的成果资料;对已有资料仔细查阅后并做出系统的整理与分析,查明黄土台塬灌区的地下水水文地质条件特征;以地下水流数值模拟作为理论依据,并基于GIS技术与Processing MODFLOW软件对研究区三维地下水流数值模型进行求解,通过模型的识别与验证,获得最优参数;分别从时间尺度以及空间尺度上分析研究区内地下水动力场演化与地质灾害的关系,在该理论的指导下,将人为干扰方式作为区内地质灾害的有效防治技术;选取竖井排水工程作为防治措施,并利用数值模型预测不同竖井排水方案下的地下水动力场变化,为研究区竖井排水工程对地质灾害防治效果分析提供科学依据。研究主要获得以下认识和成果:
　　(1)通过研究区内含水层特征分析,确定研究区内含水层主要有第四系上更新统马兰黄土潜水含水层及第四系上更新统卵石承压—无压含水层,确定第四系上更新统粉质粘土层为弱透水层。
　　(2)研究区内马兰黄土层潜水的主要补给项包括降雨入渗补给、田间灌溉入渗补给及渠系渗漏补给,排泄项主要有越流排泄及泉排泄。区内马兰黄土层潜水的年补给总量的71.6％均来源于灌溉入渗补给。研究区内卵石层承压—无压水的主要补给项为越流补给,排泄项为泉排泄。
　　(3)在充分认识研究区水文地质条件的基础上,以GIS技术为平台,并结合Process MODFLOW软件对研究区地下水流三维数值模型进行求解。利用观测孔实测值与模型计算值进行拟合,二者水位变化趋势基本一致,绝对平均误差均满足拟合精度要求,计算流场与实测流场总体趋势基本一致,拟合效果较好。
　　(4)从地下水动力场随时间的演化及地下水动力场在空间分布等方面研究诱发地质灾害的主要原因,并根据地质灾害发育特征,采用人为干扰的方法来降低地下水位,从而达到有效防治地质灾害的目的。
　　(5)结合地下水动力场特征,以降低地下水位为目的,采用竖井排水工程疏干斜坡地带黄土层地下水。设计三种不同竖井排水工程布置方案,预测不同排水方案下模型运行5年及10年后的地下水流场。以不同方案在5年及10年末所形成的降落漏斗最大值及漏斗半径值为依据,综合分析得出结论:竖井排水对地质灾害的防治效果不理想。
　　(6)建议在研究区内采用节水灌溉的方式来降低黄土层潜水的补给量,从而达到减少黄土潜水含水层厚度、降低黄土层潜水水位的目的。

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第一章 绪论

1.1选题依据与意义

1.2国内外研究现状及存在问题

1.3研究内容及技术路线

第二章 研究区概况

2.1自然地理概况

2.2地质地貌条件

2.3水文地质条件

2.4地下水动态特征

2.5地下水含水层特征

2.6研究区滑坡地质灾害类型及特征

第三章 地下水含水层补排特征分析

3.1黄土潜水含水层地下水补给特征

3.2黄土潜水含水层地下水排泄特征

3.3卵石承压—无压含水层地下水补给特征

3.4卵石承压—无压含水层地下水排泄特征

第四章 研究区地下水流数值模拟

4.1水文地质概念模型

4.2地下水流数学模型

4.3模型的识别与验证

第五章 地下水动力场与地质灾害研究

5.1地下水动力场的演化诱发地质灾害

5.2地质灾害防治技术研究

5.3竖井排水对地质灾害防治效果分析

5.4多级水平管网工程

结论与建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢