滇中引水昆呈隧洞穿越黑白龙潭岩溶管道多尺度模型数值模拟

发布时间：2020-04-14 03:35

【摘要】：目前地下水流数值模型的建立多基于等效连续介质概化含水介质,在岩溶地区,这样的处理方法显然不完全适用,尤其我国南方岩溶地区多发于暗河管道,介质类型复杂,为多重介质,包括裂隙、溶隙和管道介质,其流动形式为层流与紊流并存,等效连续介质完全无法体现其水流特点,那么如何在数值模型中较为有效的体现岩溶管道介质特征是目前相关研究人员正在努力突破的研究方向。本文依托滇中引水工程昆明段的昆呈隧洞,运用Visual-Modflow建立多尺度地下水流模型,通过大尺度宏观模型A提取次级尺度细观模型的边界条件与水文地质参数,在次级细观模型B中将溶隙介质概化为等效连续介质的条件下,运用River模块概化呈贡黑、白龙潭两大岩溶管道。通过这样的多尺度数值模型对岩溶管道作出分析,并结合昆呈隧洞施工穿越黑、白龙潭暗河管道系统对地下水动态特征进行研究,同时模拟预测隧洞施工完成后地下水渗流场的恢复情况,主要得到以下认识:(1)黑、白龙潭两大暗河管道系统属于同源双汇的地下水系统,二者补给来源均为研究区北东部裸露型岩溶条带,在径流过程中受隔水层倒石头组(P_1d)铝土质黏土岩阻隔,进而分化为两套独立的暗河管道系统。黑、白龙潭暗河管道系统之间无直接的水力联系,且白龙潭暗河管道系统地下水位高于黑龙潭暗河管道系统。(2)隧洞施工模拟中,白龙潭暗河出口水位在管道模型B_2中下降约9m,在溶隙介质模型B_1中下降约10m,均被疏干。黑龙潭暗河出口水位在管道模型B_2中仅下降1m而在溶隙介质模型B_1中水位下降4m。岩溶管道的设置使得原本接受含水层补给的岩溶管道在隧洞施工引起水位下降后补给含水层,因此管道模型B_2内轴线附近水位下降程度整体略缓于溶隙介质模型B_1。(3)在无管道设置的模型B_1计算中,隧洞施工总涌水量为69876m~3/d,而管道模型B_2中,由于管道能够快速将外界地下水传递至轴线附近,故总用水量显著大于溶隙介质模型B_1,总涌水量为95817 m~3/d。(4)通过对工后的隧洞进行封堵模拟,黑白龙潭两大暗河出口水位以及监测孔水位均开始恢复,恢复趋势前期较为迅速,后期较为缓慢。最终经过约8.5年黑、白龙潭水位完全恢复至施工前,轴线附近观测孔水位约10年完全恢复。恢复过程中,岩溶管道与含水层地下水的水量交换模式由管道补给含水层转化为含水层补给岩溶管道,故水位恢复的前期管道模型B_2略快于溶隙介质模型B_1,后期则略低于溶隙介质模型B_1。(5)大尺度宏观模型与次级尺度细观模型相结合,并运用River模块刻画岩溶管道能够有效的体现岩溶管道的水流动态特征。
【图文】：

技术路线图,细观模型,钻孔水位,泉口

尺度宏观数值模型 A，根据测得泉口流量以及钻孔水位对模型进行校正；（4）使用校正后的区域数值模型 A 确定次级细观模型 B 的边界条结合 Modflow-RIVER 进行岩溶管道介质概化，搭建溶隙介质模型 B1和管模型 B2，根据泉口及钻孔水位等参数校正模型；（5）在次级细观模型 B1和B2中，运用 Drain 模块模拟隧洞施工的过程得到等效连续介质与岩溶管道介质两种不同介质条件下的地下水渗流场化；（6）通过 Drain 模块随时间序列的运行，得到隧洞穿越黑、白龙潭暗管道系统不同施工阶段涌水量的变化，并模拟预测天然状态下，隧洞周边下水位恢复情况。.3.2 技术路线根据以上研究内容，，本论文拟采用的技术路线如下图 1-1：

引水工程,滇中,线路示意图,昆明

第 2 章研究区地质环境概况第 2 章研究区地质环境概况概况水工程是从根本上解决滇中地区缺水问题的重大民生工程游石鼓河段取水，途径南盘江流域，终点抵达红河州元江是滇中引水工程中的 5 段之一，该段工程西起罗茨新家村图 2-1。线路全长 116.155km，其中隧洞 6 条，总长度为 92.54%；倒虹吸 4 座，长 7.50km，占线路总长的 6.45%；占线路总长的 0.2%；渡槽 1 座，长 9.3km，占线路总长量可溶岩，隧洞施工进入岩溶地层后可能产生涌突水事故
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV554

【参考文献】