潘谢采煤沉陷区地表水与浅层地下水转化及水质特征研究

摘要

淮南矿区位于淮河以北平原地区，煤炭资源丰富，煤层层数多，厚度较为稳定。煤系地层上覆新生界松散含、隔水层。煤炭资源长期开采导致了大面积采煤沉陷积水区域，沉陷区地表水与浅层地下水、地表河流之间发生了不同程度水力与水质联系。依据沉陷区与地表河流之间关系，将沉陷区分划为与河流无水力联系的封闭式沉陷区以及有联系的开放式沉陷区，研究该条件下的地表水与浅层地下水的量与质的变化关系，对沉陷区水资源的综合利用及水环境保护具有十分重要意义。
　　以淮南潘谢矿区开放式和封闭式沉陷区为研究对象，系统分析了区内水文地质条件，并通过对地表水和浅层含水层水位动态数据的监测，获得了大量实时动态数据，得出了沉陷区地下水类型为承压水;分别建立了两种类型地表水和浅层地下水之间相关的数学模型，并对此进行数值模拟计算，识别了不同含水层的水文地质参数;采用有限单元法编程实现了地表水与浅层地下水之间的水量转化关系，研究了近一年的二者之间水量的转化过程，揭示了它们之间互补转化规律。
　　采集两种类型地表水和浅层地下水水质样品，运用单因子、模糊聚类、内梅罗、有机质污染等方法进行评价，得出沉陷区水质的特征指标为氮类指标，并通过氮同位素分析法确定了氮的来源;采用相关性分析方法，从空间和时间上分析了二者之间水质指标的变化规律和影响因素。两种采煤沉陷区地表水和浅层地下水水质在Ⅲ-Ⅴ类水间波动，浅层地下水特征指标为NH3-N，地表水特征指标为TN。氮来源分析表明封闭式沉陷区的地表水相对孤立，水力循环条件次于开放式沉陷区，浅层地下水污染物迁移扩散浓度小于开放式沉陷区，但二者均属磷限制性水体。地表水与浅层地下水之间水质变化受蒸发与降水、农业面源污染输入、养殖以及局部固体废物等综合影响，且增加了浅层地下水污染风险。

目录

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摘要

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第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外相关研究综述

1．2．1 采矿沉陷区地下水研究现状

1．2．2 地下水数值模拟研究现状

1．2．3 采煤沉陷区水环境研究现状

1．3 研究内容

1．4 研究技术路线

第2章 研究区概况

2．1 煤田地质条件

2．1．1 煤炭资源开发现状

2．1．2 地层

2．1．3 构造

2．2 自然地理

2．2．1 地形地貌

2．2．2 气候特征

2．3 水文地质条件

2．3．1 新生界含水层

2．3．2 地下水补、径、排

2．4 沉陷现状

第3章 野外调查与试验研究方法

3．1 野外调查

3．1．1 污染源调查

3．1．2 研究区选择

3．1．3 典型研究区概况

3．2 研究区点位布设

3．3 样品的采集与处理

3．3．1 样品采集与处理依据

3．3．2 指标及分析方法

3．3．3 监测时间

3．4 浅部含水层性质及水位变化研究

3．4．1 浅部含水层结构观测孔布置

3．4．2 观测孔地层土性质及渗透性研究

3．4．3 含水岩性及其水位动态变化

3．5 本章小结

第4章 地表水与浅层地下水模型模拟研究

4．1 封闭式沉陷区模型

4．1．1 水文地质条件概化

4．1．2 水文地质概念模型

4．1．3 地表水与浅层地下水水量转化数学模型

4．2 开放式沉陷区模型

4．2．1 水文地质条件概化

4．2．2 水文地质概念模型

4．2．3 地表水与浅层地下水水量转化数学模型

4．3 地表水与地下水的数值模拟

4．3．1 概述

4．3．2 有限差分法

4．3．3 封闭式沉陷区地下水流模拟

4．3．4 开放式沉陷区地下水流模拟

第5章 地表水与浅层地下水水量转化研究

5．1 计算方法和单元分区

5．1．1 有限单元法

5．1．2 计算流程

5．1．3 单元分区

5．1．4 参数赋值

5．2 封闭式沉陷区地表水和浅层地下水量转化

5．3 开放式沉陷区地表水和浅层地下水量转化

5．4 结果讨论

第6章 地表水与浅层地下水水质特征研究

6．1 地表水与浅层地下水水质评价

6．1．1 单因子指数评价

6．1．2 水质综合评价

6．1．3 有机污染评价

6．1．4 水质评价小结

6．2 地表水与浅层地下水氮元素来源分析

6．3 主要营养盐指标特征研究

6．3．1 氮类指标

6．3．2 磷类指标

6．3．3 氮和磷限制性分析

6．4 地表水与浅层地下水水质现状分析

6．4．1 监测时段内降雨量及泥河水质变化

6．4．2 常规无机指标

6．4．2 有机类指标

6．4．3 富营养化指标

6．5 地表水与浅层地下水水质相关性分析

6．5．1 开放式地表水中各指标间相关性分析

6．5．2 开放式地表水和浅层地下水中各指标间相关性分析

6．5．3 封闭式地表水中各指标间相关性分析

6．5．4 封闭式地表水和浅层地下水中各指标间相关性分析

6．6 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 主要创新之处

7．3 研究展望

参考文献

附录

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果