宿南矿区地下水系统演化规律模拟研究

摘要

我国煤矿水文地质条件极为复杂，地表及以下往往是由多含水层构成的复杂地下水系统。本文以安徽省淮北煤田宿县矿区为研究区，选择宿南矿区新生界松散层第四含水层地下水，二叠系煤系砂岩裂隙含水层地下水、石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层地下水和奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层地下水为研究对象。将宿南矿区含水层概化为6个含水层，系统收集矿区2009年7月至2014年7月水文地质资料与水化学资料。利用FEFLOW建立多层含水层地下水流数值模型，进行三个模拟期的模拟运算，从地下水位、水压和渗流速度场角度分析地下水流场空间特征。在此基础上，结合含水层水化学特征，分析与探讨地下水流场时空特征及其演化规律，并预测宿南矿区水化学场的演化趋势。
　　研究结果表明:宿南矿区地下水流场与水化学场耦合程度较高，主要受宿南褶皱与西寺坡断层影响，从3煤砂岩裂隙含水层开始往下逐渐减弱。宿南矿区含水层整体上被宿南背斜与西寺坡断层划分为西部、中部和东部三个区域，其中东部新生界松散层第四含水层拥有独立的地下水循环系统，西部邹庄矿与中部祁南矿的二叠系煤系砂岩裂隙含水层、东部朱仙庄矿与中部桃园矿的石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层地下水存在紧密的水力联系。在邹庄矿和露头风化带区域，二叠系煤系砂岩裂隙含水层地下水向上部含水层越流。三个模拟期计算过程中，宿南矿区地下水位持续下降，常规水化学离子含量逐年降低，但涌水区域TDS含量有增高的趋势。随着矿区进一步开采，未来地下水流场及水化学场将会延续当前发展趋势。
　　本文建立可靠的地下水数值模型，可为将来华北隐伏型煤矿水害防治及地下水源识别提供理论支持。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地下水数值模拟发展现状

1．2．2 水化学研究现状

1．2．3 宿南矿区研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．4 论文创新点

第二章 研究区概况

2．1 研究区自然地理

2．1．1 宿县矿区地理位置

2．1．2 气候特征

2．1．3 水文

2．2 地质概况

2．2．1 地层

2．2．2 构造

2．3 水文地质条件

2．4 基岩风化层

2．5 地下水的补给、径流与排泄

2．6 本章小结

第三章 研究区地下水数值模型

3．1 FEFLOW简介

3．2 水文地质概化模型

3．2．1 模型范围

3．2．2 水文地质结构概化

3．3 数学模型

3．4 三维地质模型建立

3．5 初始条件

3．6 边界条件

3．7 含水层渗透系数

3．8 源汇项

3．9 风化层处理

3．10 数值模型的识别与检验

3．10．1 模型识别期的确定

3．10．2 初始条件的确定

3．10．3 模型识别与检验

4．2 含水层厚度分布特征

4．3 模拟期的划分

4．4 第一模拟期水流场分析

4．4．1 第一模拟期末水位等值线

4．4．2 第一模拟期末含水层水压

4．4．3 第一模拟期渗流速度分析

4．5 第二模拟期水流场分析

4．5．1 第二模拟期末水位等值线

4．5．2 第二模拟期末含水层水压

4．5．3 第二模拟期渗流速度分析

4．6 第三模拟期水流场分析

4．6．1 第三模拟期末水位等值线

4．6．2 第三模拟期末含水层水压

4．6．3 第三模拟期渗流速度分析

4．7 本章小结

第五章 地下水化学空间演化

5．1 第一模拟期内地下水化学空间特征

5．1．1 四含水化学空间特征

5．1．2 煤系水化学空间特征

5．1．3 太灰水化学空间特征

5．2 第二模拟期内地下水化学空间特征

5．2．1 四含水化学空间特征

5．2．2 煤系水化学空间特征

5．2．3 太灰水化学空间特征

5．3 第三模拟期内地下水化学空间特征

5．3．1 四含水化学空间特征

5．3．2 煤系水化学空间特征

5．3．3 太灰水化学空间特征

5．4 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况