1、论文题目新立镇盐卤水区水文地质参数计算环境与资源学院硕士研究生毕业论文开题报告学生姓名 肖霄专 业 水文与水资源工程 学 号 2008642086指导教师 肖长来职 称 教授新立镇盐卤水区水文地质参数计算方法的研究和探讨一、立项依据与研究意义1、选题的立项依据卤水作为一种特殊的地下水资源，不仅是食盐的重要来源，也是钾、铿、钡、银、硼等几十种元素的天然矿源，并常伴随油、气藏等资源而成为一种重要的液体矿产资源；且由于卤水常具有较高的温度，因此，也是热能利用的巨大宝库，在社会经济发展中具有重要的工业价值，它的开发利用可有效地为农业、工业、国防、科学技术现代化提供珍贵的矿物原料。水文地质参数是表征含水
2、介质水文地质性能的数量指标，是地下水资源评价的重要基础资料，要想对一个地区进行了解评价，首先要计算水文地质参数，所以研究一个地区先进行水文地质参数计算是至关重要的。水文地质参数的计算更是有很多方法和影响因素，掌握好水文地质参数的计算和分析是做其他更深一层工作的关键因素。因此对盐卤水区进行水文地质参数计算是研究盐卤水区的形成特征、评价和管理盐卤水区的基础。2、选题的研究意义研究区分布有高矿化的盐卤水，在高矿化的盐卤水中，含有碘、溴等组份，很多地区盐卤水中碘、溴含量达到矿产综合评价及工业指标。而研究区物探物性与已经发现含具有工业开发价值的盐、碘、溴地下水的钻孔附近物性基本相同，矿床为上更新统含水层
3、，具有很大的开发前景。盐卤水既有矿产的特点，又和地下水资源有着千丝万缕的联系，盐卤水的浓度、开采后的补给、储量的变化和资源量的计算等和水文地质参数有极为密切的关系。水文地质参数是表征含水介质水文地质性能的数量指标，是地下水资源评价的重要基础资料，要想对一个地区进行了解评价，首先要计算水文地质参数。因此，计算水文地质参数具有较强的使用价值。此外，水文地质参数是有关地下水资源评价、地下水开发利用等的基础，因此本课题有重要的理论意义和实际应用价值。二、国内外研究现状1、盐卤水的国内外研究现状 盐卤水定义盐卤水泛指高矿化水。在此采用n.M.杜德科卤水分级标谁：淡卤(50150克/升)，浓卤(25032
4、0克/升)，饱和卤(320500克/升)，过饱和卤(500克/升)。把总矿化度达2550克/升者命名为盐水。地下盐卤水是地下水圈的重要组成部分，它所赋含的矿物原料、热能和具有对于盐类、烃类和某些金属矿床的找矿指示意义，日益引起地质学多种学科(水文地质学、地球化学、沉积学和矿床学等)的重视。地下盐卤水含多种矿物原料，是一种宝贵的液态矿，因此，可称为工业原料水或工业水。 盐卤水形成机理关于卤水的成因理论，沈照理主编的水文地质学专著综合了国内外研究将卤水成因主要概括为以下七种学说：渗入溶滤说：卤水是由大气降水和地表水渗入并溶滤了岩石中的可溶盐类，离子经过各沉积层向下的重力扩散同时引起盐化和变质作用。
5、沉积成因说：主要指在地史时期的各个不同阶段和沉积物一起沉积，后来被不透水隔水层所覆盖并经受长期变质作用而形成的地下水，它常常埋藏在比较深的封闭比较好的构造盆地中。古海水和古湖水都可形成卤水。重力分异学说：在地下水矿化度变化及垂直水文地球化学分带规律上，是客观存在的。地下水蒸发学说：是由密尔斯和威埃尔斯(Mills，WenS)在解释高矿化油田水时于1919年提出。他们认为，由于地温随深度而增高，地下水受地温影响而汽化，水汽分子沿孔隙、裂隙上升，深部地下水因蒸发而浓缩，使水的矿化度增高，化学成分发生改变，后来一些人(如M.E.阿里托夫斯基)又把此学说深化，用来解释深层卤水的形成，提出地下水沿垂直方
6、向的矿化度与绝对温度的平方成正比，而与含水层中水的流速成反比。岩浆说：最早提出的是奥地利地质学家坞斯认为深层地下水是由岩浆中(分离出)氢和氧化合的结果，即卤水是从岩浆流向自流盆地渗透冷凝而形成。物理化学说：是以热力学、物理化学和水动力学为基础，描述了地下水化学成分的形成过程，认为扩散及对流在卤水形成机理中起着主导作用，在地热及重力场影响下，大多数沉积盆地同时进行着离子的热扩散、压力扩散和扩散迁移。另外，有人将岩石圈作为一个物理一化学系统，在岩石圈的底部有高的能量势，而在上部能量势较低，这种势能的差异促使挥发及易熔组分从高能量势向低能量势运动。随着深度增加，压力急剧升高，超过温度的增长而引起压力
7、、温度梯度值的差异，从而导致流体的迁移。岩石渗透薄膜效应说：尚处于研究阶段，需要进一步实验，具有重要的理论和实践意义。2、水文地质参数计算的国内外研究现状水文地质参数是研究地下水运动问题、地下水资源评价、动态预报和其他水文地质计算工作中非常重要的参数。根据现场稳定流抽水试验资料确定含水层水文地质参数是野外水文地质工作中经常采用的较为行之有效的方法之一。早在1863年J.Dupuit就依据Darcy定律提出了地下水向完整井稳定流运动的Dupuit公式。1951年.研究了地下水向不完整井的稳定运动,发现流向承压含水层不完整井的水流存在着平面径向流动带和空间流动带,并以此为基础,提出了地下水向承压含
8、水层不完整井稳定运动的计算公式。1970年W. C. Walton给出了承压含水层完整井有越流、无边界影响时的井流公式。1972年J. Bear基于镜象法原理和势叠加原理,详细研究了位于边界附近的含水层井流运动及相应的井流计算公式。国内研究现状：1977年煤炭部地质勘探研究所水文地质室邯邢课题组和武汉地质学院水文地质系邯邢科研组利用定降深井流试验确定均质向同性含水层水文地质参数，在某些自流盆地中，在某些矿井下，由于井孔所处的位置较低，下部承压含水层中的地下水往往具有“自喷”的特点。如果在这种情况下，先把井口关闭一定时间，使承压水位恢复至“静止水位”，然后突然将井口打开，则在一定的时间内，井流即
9、具有降深保持不变、流量随时间自然减少的性质。1984年地质矿产部水文地工程地质研究所的朱锡冰和赵静珍针对反求水文地质参数的传统方法即试算校正法的太费时这一缺点，引进最优化计算的方法即单纯形调优法。这个方法的基本思想是:开始在一个单纯形顶点上作试脸，经比较结果，丢掉最坏的试验点，并取其对称点作为新的试验点，而新试验点与前面经比较后留下的试验点义构成一个新单纯形。再经比较，好的留下逐步调向最优点。1985年缪钟灵在水文地质参数测试方法综述一文里较详细的介绍了野外试验法、实验室测试法、反演球参数法这三种较通用和流行的求取水文地质参数的方法。抽水法仍然是各国求取水文地质参数的主要手段，抽水试验可分为含
10、水层试验、井特性试验、瞬时抽水法、单井抽水法等类型；实验室测试法主要分为物理模拟和计算机模拟；反演求参法可分为有限差分法和有限元法。1999年青海省盐湖勘查开发研究院的胡云峰和李万月利用察尔汗盐湖别勒滩首采区钻井采卤多孔单井抽卤试验、多孔两井干扰抽卤试验以及多孔三井干扰抽卤试采试验的两万多个试验数据，选用稳定流计算法、非稳定流计算法、图解法以及降落漏斗剖面图实际度量等计算方法，系统地计算了试验区段的渗透系数、给水度、影响半径、导压系数、导水系数等水文地质参数。其中渗透系数的计算选用了稳定流计算方法和非稳定流计算方法，给水度的计算选用了漏斗疏干法、泰斯公式法和直线图解法，影响半径的计算选用了公式
11、计算法和降落漏斗剖面实际度量法，导压系数和导水系数选用了泰斯公式法。2000年肖长来、梁秀娟和刘汉松利用地下水动态观测资料推求地下水位埋深较大地区的包气带及水位变动带的有关水文地质参数。对于地下水位埋藏较深的地区，笔者利用地下水动态资料和同步的气象资料，利用降雨入渗速度近似地代替包气带的渗透系数。此外，胡长麟也研究了根据潜水水位动态资料计算水文地质参数的方法。在潜水动态分析中应用比较普遍的是r.H，卡敏斯基的有限差方程式和在这个基础上发展起来的一些方法。在这方面代表性的研究者有r.H.卡敏斯基、A.B.列别捷夫、n.A.吉榭廖夫和H.H.宾德曼。根据潜水水位动态查料，算出岩石的水位传导系数K/
12、u和渗入补拾强度与饱和差的比值W/u。如果用其它方法测得水位变化范围内岩石的饱和差u，则可从其中换算出合水层的渗透系数K和渗入补给强度W。2006年王秀军依据内蒙古通辽市霍林郭勒市境内的水文地质条件建立水文地质模型，采用加辽金有限元法反演求解水文地质参数。其步骤为建立数学模型、计算区域单元划分、参数计算。2008年，由于在用非稳定流抽水试验资料求解水文地质参数时,图解法和试算法都因计算速度慢,人为影响因素大,计算精度难以保证等原因,严重影响了这一方法的推广和应用,因此江西省煤田地质局223地质队的韩卫华运用最小二乘法原理,以迭代法应用计算机求解水文地质参数,误差小,精度高,计算速度快,无须用图
13、表,使得非稳定流抽水试验资料求解水文地质参数的方法得以更好的推广应用。2008年巩彦文、张丽伟、縢凯针对目前利用非稳定流抽水试验资料求解水文地质参数所存在的问题,通过对泰斯非稳定流计算公式中井函数的优化拟合,建立了一个二元线性回归方程,利用求解回归方程中的待定常数反求含水层的水文地质参数的新方法,与传统的其它计算方法比较,此方法具有计算简捷,不依赖图表,求解精度高等优点。国外研究现状：1999年科威特的学者Mukhopadhyay A提出使用人工神经网络模型估计水文地质参数。地下环境、工程、农业调查往往需要水文地质参数。传统的计算方法和钻孔技术参数测量是昂贵的,费时的。地球物理资料,可直接提供
14、多方位、高分辨率的水文地质参数数据。在2000年荷兰的学者Hubbard SS和 Rubin Y提出利用水文性质稠密的地球物理资料和有限的钻孔取样的数据来获取水文地质参数，但在实践中,地球物理资料里只含有一小部分的含水层,在调查中得到的数据并不足以完全描述整个水力性能的含水层的体积。2003年土耳其的学者Birpinar ME 通过Theis公式法、Jacob法、Hantush法和辛格解析模型法分析测试巴基斯坦山谷的由多相沉积层组成的厚冲积扇含水层。2005年荷兰的学者Yeh HD, Huang YC利用扩展卡尔曼滤波(EKF)的方法提出了能够识别不考虑弱透水层储存量的含水系统水文地质参数的方
15、法。该方法可以利用部分插入的数据资料或递归数据确定参数,得到的结果具有良好的精度。通过以前课上所学以及自己课下所搜集的这些有关水文地质参数计算的资料文章可以发现，不管是在国内还是国外抽水试验法和利用地下水动态观测资料选取有关公式计算求取是水文地质参数计算的最普遍和最主要的两个方法。随着科技的发展，计算机的普及，人们越来越发现以前的方法不仅耗费精力，而且计算结果也不精确，因此需要计算机来计算的有限差分法、加辽金有限元法等方法也成为计算水文地质参数的方法之一。但不管是哪种方法都不能很精确的计算出一个地区的水文地质参数，因为一个地区的实际的水文地质条件是很复杂的，而现有的各种计算方法都会为了便于计算
16、分析把某些水文地质条件理想化，因此在不管用哪种方法计算水文地质参数时都要对结果好好分析，选择一个与实际情况最符合的结果。三、研究内容与技术路线1、论文研究主要内容（1）研究区概况，自然地理与地质概况及水文与水文地质条件包括研究区位置、面积、工作目的和任务，经济地理条件（行政区划、交通状况、经济概况、人口分布等），山川形势，气候特点，气象因素，特别是多年降水量、蒸发量的变化特点，水文特征，地貌，地质构造，水文条件，水文地质条件，地下水的赋存特征和分布规律，地下水类型与含水岩层，地下水循环条件，地下水动态，地下水化学特征地下水的动力学特征及其成因等。（2）调查分析研究区的盐卤水特征计算研究区盐卤水
17、的可开采资源量；确定盐卤水的储量、资源量；分析研究区盐卤水动态特征和研究区盐卤水水质的特征；（3）调查抽水井孔特征和分析数据资料根据研究区抽水井孔的导出钻孔图分析研究各个井孔所处的地层岩性，整理水文地质参数计算所需的各种数据资料，如含水层厚度，水位降深，抽水试验时所记录的观测数据。（4）通过水文地质试验和地下水动态资料计算研究区水文地质参数 主要通过抽水试验以及观测数据资料选择合适的公式来计算研究区水文地质参数。（5）根据计算结果，进一步分析水文地质参数的合理性和可靠性并提出盐卤水的开发利用方案。2、论文研究的技术路线检索文献，了解国内外研究现状、存在问题及发展趋势；收集研究区已有的水文、气象
18、、水质、地质水文地质资料；了解研究区的气候特征、水文条件和水质特点，进一步了解水文地质条件和地下水盐卤水区的特征；分析抽水试验资料，计算水文地质参数；编写毕业论文；进行毕业答辩。四、关键技术与研究方法 关键技术本次论文研究的关键技术是水文地质参数的计算。通过对地下水动力学的学习已基本掌握了有关水文地质参数的计算。又通过三年级专业实习过程中对所学专业基本知识有了较好的认识和提高，并且通过在白城的抽水试验以及记录的数据资料对有关水文地质参数计算的方法有了更深一步的学习与掌握。水文地质参数包括含水介质的渗透系数和导水系数、承压含水层的储水系数、潜水含水层的重力给水度、弱透水层的越流系数及水动力弥散系
19、数等，还有表征与岩土性质、水文气象等因素的有关参数，如降水入渗系数、潜水蒸发强度、灌溉入渗补给系数等。参数计算结果的精度如何，取决于试验场地水文地质条件的概化，也取决于观测数据的精度。对于所求得的参数，应将其代入相应的公式，通过对比计算降深与实测降深的差值，分析所求参数的精度及其可靠性和代表性，最终确定抽水试验场地的有代表性意义的参数值。 研究方法 水文地质参数常通过野外试验、实验室测试及根据地下水动态观测资料采用有关理论公式计算求取，或采取数值法反演求参等。在本论文中主要通过水文地质试验和地下水动态资料计算研究区水文地质参数。1、稳定流抽水试验求参方法求参方法可以采用Dupuit 公式法和T
20、hiem公式法。（1）只有抽水孔观测资料时的Dupuit 公式承压完整井：潜水完整井： 式中 K含水层渗透系数 (m/d)； Q 抽水井流量 (m3/d)； sw 抽水井中水位降深 (m)； M承压含水层厚度 (m)； R 影响半径 (m)；H潜水含水层厚度 (m)； h潜水含水层抽水后的厚度 (m)； rw抽水井半径 (m)。（2）当有抽水井和观测孔的观测资料时的Dupuit 或Thiem公式式中 hw 抽水井中水柱高度 (m)；h1、h2与抽水井距离为r1和r2处观测孔（井）中水柱高度 (m)，分别等于初始水位H0与井中水位降深s之差，h1= H0 s1；h2= H0 s2。其余符号意义同
21、前。当前水井中的降深较大时，可采用修正降深。修正降深s与实际降深s之间的关系为：s=s-s2/2H。2、非稳定流抽水试验求参方法（1）承压水非稳定流抽水试验求参方法 Theis 配线法在两张相同刻度的双对数坐标纸上，分别绘制Theis 标准曲线W(u)-1/u 和抽水试验数据曲线s-t，保持坐标轴平行，使两条曲线配合，得到配合点M的水位降深s、时间t、Theis井函数w(u)及1/u的数值，按下列公式计算参数（r为抽水井半径或观测孔至抽水井的距离）： 以上为降深时间法（s-t）。也可以采用降深-时间距离法（s-t/r2）、降深-距离法（s-r）进行参数计算。 Jacob 直线图解法当抽水试验时
22、间较长，u= r2/(4at)0.01时，在半对数坐标纸上抽水试验数据曲线s-t为一直线（延长后交时间轴于t0，此时s=0.00m），在直线段上任取两点t1、s1、t2、s2，则有 Hantush 拐点半对数法对半承压完整井的非稳定流抽水试验（存在越流量，K/b为越流系数），当抽水试验时间较长，u= r2/(4at)0.1时，在半对数坐标纸上抽水试验数据曲线s-t，外推确定最大水位降深Smax，在s-lgt线上确定拐点Si = Smax/2，拐点处的斜率mi 及时间ti，则有 水位恢复法当抽水试验水位恢复时间较长，u= r2/(4at)0.01时，在半对数坐标纸上绘制停抽后水位恢复数据曲线s-
23、t，在直线段上任取两点t1，s1，t2，s2，则有 水位恢复的直线斜率法当抽水试验水位恢复时间较长，u= r2/(4at)0.1时，在半对数坐标纸上绘制停抽后水位恢复数据曲线s-t，直线段的斜率为B，则有 （2）潜水非稳定流抽水试验求参方法 潜水参数计算可采用仿泰斯公式法、Boulton法和Numan法。 仿泰斯公式法式中 H0、hw-初始水头及抽水后井中水头；W(u)泰斯井函数；Q抽水井的流量(m3/d)； r到抽水井的距离(m)；t自抽水开始起算的时间(d)； T含水层的导水系数(m2/d)；T=Khm；hm潜水含水层的平均厚度(m)；K含水层的渗透系数(m/d)；A含水层的导压系数(1/
24、d)； m潜水含水层的给水度。具体计算时可采用配线法、直线图解法、水位恢复法等。 潜水完整井考虑迟后疏干的Boulton公式可根据抽水早期、中期、晚期的观测资料，采用相应的方法计算参数。 Numan法对于潜水含水层完整井非稳定流抽水试验，也可以采用Numan模型求参。五、时间安排2010年10月1日2010年11月30日 资料检索，撰写读书报告； 2010年12月1日2011年1月31日 编写开题报告；2011年2月1日2011年2月28日 资料分析与处理，绘制图件及有关计算表格；2011年3月1日2011年3月30日 编写毕业论文； 2011年4月1日2011年6月8日 论文完善，答辩，装订
25、，提交；六、论文提纲绪论（1课题来源；2课题研究目的与意义；3国内外研究现状；4已有的工作基础；5主要研究内容；6技术路线）第一章 研究区的自然地理概况1.1 研究区经济地理概况1.2 气候特征1.3 地形特征1.4 水文特征第二章 研究区区域地质条件 2.1 地貌条件 2.2 地层条件 2.3 地质构造条件第三章 研究区区域水文地质条件 3.1 含水层与地下水类型3.2 地下水赋存特征和分布规律 3.3 地下水循环条件 3.4 地下水动态特征 3.5 地下水化学特征 3.6 地下盐卤水特征第四章 抽水井孔特征分析 4.1 试验场地概况4.2 抽水井孔分布地层岩性分析 4.3 抽水井孔数据整理第五章 水文地质参数计算 5.1 稳定流求参方法 5.2 非稳定流求参方法第六章 参数分析与讨论 6.1 计算结果的合理性分析与可靠性分析 6.2 参数计算的影响因素 6.3 参数的时空变化特点第七章 结论与建议第八章 中英文摘要参考文献附图附表致谢
