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原文传递复杂岩溶山区空间多尺度水文地质模型——以滇中引水工程小扑隧洞为例

论文题名：	复杂岩溶山区空间多尺度水文地质模型——以滇中引水工程小扑隧洞为例
关键词：	岩溶山区;空间多尺度;水文地质模型;岩溶介质;MODFLOW软件;模拟预测
摘要：	中国西南部黔、桂、滇、川、湘属于复杂岩溶山区，区域内可溶性碳酸盐岩地层分布广泛，岩溶水文地质条件极其复杂。随着我国西南部建设步伐的加快，复杂岩溶水文地质与建设工程相互影响的问题受到了更多重视。数值模拟作为研究该问题的主要方法存在较大缺陷:岩溶水系统边界条件不确定性与模拟精度之间存在矛盾，并且复杂岩溶介质难以概化。鉴于此，本文基于多尺度模拟的分级块动态方法(HPDP)，提出使用MODFLOW软件建立山区复杂岩溶水文地质条件下的空间多尺度水文地质模型，并以滇中引水工程小扑隧洞施工影响预测为例对模型模拟效果进行验证。该方法的提出对于建立精确度较高的复杂岩溶山区地下水模型具有重要的指导意义。　　根据小扑隧洞复杂岩溶山区的岩溶发育情况与水文地质条件，提出了复杂岩溶山区空间多尺度水文地质模型的建立方法，对各尺度模型的介质概化、水文地质参数和边界条件的确定进行了研究与描述。并在对小扑隧洞研究区岩溶水文地质条件深入研究的基础之上，建立小扑隧洞岩溶区的空间多尺度水文地质模型。论文的主要研究成果如下: 　　(1)复杂岩溶山区空间多尺度水文地质模型一般是由一个区域大尺度模型及多个次级尺度子模型组成。区域大尺度模型主要是为了整体评价区域地下水资源，为次级尺度的模型确定边界范围;次级尺度子模型主要是为了对重点地区地下水的动态特征、演化趋势进行精确定量的的预测评估。　　(2)大尺度模型使用等效多孔介质对岩溶介质中的暗河、溶孔、溶隙、溶缝以及基质空隙进行概化;次级尺度模型则需要对具有控水作用的暗河管道使用MODFLOW中的溪流子模块(STR)进行单独概化。模型中降雨入渗系数通过水均衡法进行确定，渗透系数、给水度、孔隙度通过实验以及经验数据获取，并通过PEST模块反演。大尺度模型的边界必须拓展至确定的固定边界以外，次级尺度模型边界根据大尺度模型初步预测结果确定。　　(3)滇中引水工程小扑隧洞研究区为典型复杂岩溶山区，位于长江流域与珠江流域地表分水岭地带，侵蚀、溶蚀、堆积等地貌类型发育齐全。区内发育二叠系～前震旦系的多套可溶岩地层，岩溶发育典型，岩溶形态丰富。区内岩溶水主要接受大气降雨补给，受到地形、岩性和构造因素的控制，通过溶蚀空隙径流、排泄。除受岩性控制外，构造强烈发育区亦为岩溶水的富集区，区内王家湾断裂带、石洞河-长岭岗断层和安化向斜强烈地控制着岩溶水的富集与运动。　　(4)在小扑隧洞研究区大尺度模型中，各岩溶地下水单元内地下水径流量与实际情况基本吻合，根据大模型的初步预测，确定了隧洞南、北段两个重点影响区块进行次级尺度子模型的模拟。小扑隧洞北段次级尺度子模型模拟结果显示:岩溶洞段在无封堵工况下水位降深最大达到160m，影响范围最远可达15km，岩溶洞段雨季单位长度涌水量最大达到13.8 m3/d·m;在封堵施工工况下虽然影响范围没有显著减小，但影响程度大大削弱，地下水位普遍仅有10～20m不等的降深，岩溶洞段雨季单位长度涌水量最大为1.62m3/d·m。小扑隧洞南段次级尺度子模型模拟结果显示:隧洞岩溶洞段处于岩溶地下水的径流区，对下游排泄区岩溶地下水水位的影响较小，主要是对上游补给区水位有一定程度的降低，无封堵施工工况下岩溶洞段雨季单位长度涌水量最大达到4.28 m3/d·m，封堵施工工况下下降至0.63 m3/d·m。　　通过对滇中引水工程小扑隧洞研究区的成功建模实践，验证了复杂岩溶山区空间多尺度水文地质模型的可行性与合理性，这种建模方法的提出为今后相关的理论与实践的研究提供了一种借鉴思路。
作者：	肖斌
专业：	地质工程
导师：	许模
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文