地下水?dāng)?shù)值模擬研究

許江濤

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南　焦作　454000）

地下水?dāng)?shù)值模擬研究

許江濤

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南焦作454000）

摘要：通過研究某井田的地下水系統(tǒng)和地質(zhì)情況，概括出研究區(qū)域水文地質(zhì)模型，利用地理信息系統(tǒng)軟件二次開發(fā)對該區(qū)域地下水進(jìn)行了數(shù)值模擬，為礦井防治水工作提供了輔助決策。

關(guān)鍵詞：煤礦；地下水；數(shù)值模擬；地理信息系統(tǒng)

1　區(qū)域水文地質(zhì)概況

礦區(qū)北依箕山背斜西段、南臨汝河平原，距汝河8km。第四系與第三系不同成因類型的含水層組主要有砂及礫石組成，分布于山前斜地、丘陵崗地、坳陷區(qū)及汝河河谷平原地帶，其厚度相差很大，鉆孔揭露最大厚度為639.58m。第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)松散沉積物則分布于河流階地、漫灘之上，直接受大氣降水及河水的補給，含較豐富的孔隙潛水。

2　研究區(qū)域地下水系統(tǒng)

為了正確認(rèn)識研究區(qū)域地下水系統(tǒng)，計算時盡可能以天然邊界為計算邊界，面積為6.7km2。范圍包括：北部及西北部以梅莊正斷層（F16斷層），為進(jìn)水邊界；南部邊界位于孟莊正斷層（F18正斷層）附近，為隔水邊界；東部以樊窯村以東的F24正斷層為局部進(jìn)水邊界；西部邊界位于賈莊正斷層（F70）和毛寨正斷層（F25）附近，為隔水邊界。寒武系、石炭系太原組各灰?guī)r含水層巖溶裂隙水是礦井開采過程中可能突水的主要水源，局部地段開采上部煤層可能受上覆新生界孔隙水的影響。

寒武系灰?guī)r在北部山區(qū)及F16斷層附近出露，地表巖溶發(fā)育，直接受大氣降水的補給。在巖溶徑流帶和F18斷層以南含較豐富的巖溶裂隙水，單位涌水量達(dá)到3.38l/s·m，灰?guī)r含水層在淺部與孔隙含水層相聯(lián)系，呈互補關(guān)系，突水初期，礦井涌水量增大，但是以靜儲量為主，隨著礦井的疏干，地下水位的降低，動儲量的變化對礦井充水的影響將起主導(dǎo)作用。

3　數(shù)學(xué)模型建立

根據(jù)水文地質(zhì)情況，建立該區(qū)域地下水的數(shù)學(xué)模型，如下：

4　地下水?dāng)?shù)值模擬實現(xiàn)

根據(jù)該區(qū)域水文地質(zhì)條件和數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實際情況，我選用Dot Net作為開發(fā)平臺和地理信息系統(tǒng)軟件組件式開發(fā)，實現(xiàn)了水頭預(yù)測，為礦井防治水工作提供輔助決策。

4.1識別時段

依靠大量的抽水試驗資料，選擇NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#進(jìn)行識別，時間段從2009年7月16日16時至2008年9月16日16時，分六個計算時段。

4.2識別結(jié)果

對觀測孔NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#進(jìn)行水頭擬合。模型識別時，用實測水頭和模擬的水頭的差值進(jìn)行對比來調(diào)參。用NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#每隔10天的16時的實際水頭與計算水頭進(jìn)行比較，最后繪制出實際水頭與計算水頭的擬合曲線。

水頭擬合曲線

當(dāng)觀測孔NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#水頭穩(wěn)定時，實際水頭和計算水頭曲線形狀擬合程度較好。綜上所述，經(jīng)過識別后的地下水?dāng)?shù)值模擬軟件就可以為地下水預(yù)測預(yù)報提供幫助，為井田水害防治工作提供輔助決策。

5　模型應(yīng)用

經(jīng)過識別和調(diào)整參數(shù)的數(shù)學(xué)模型在寧莊井現(xiàn)場進(jìn)行了應(yīng)用。

地下水?dāng)?shù)值模擬軟件在某礦井現(xiàn)場測試后，通過求解井田地下水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，繪制了井田水頭（等值）線。結(jié)合水頭線圖和井田地質(zhì)條件，判斷出某工作面西側(cè)有較大突水危險性，該區(qū)域應(yīng)引起礦井安全技術(shù)人員高度注意，最后提出疏水降壓來降低危險區(qū)的水頭，對礦井防治水工作提供了一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

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[6]許江濤,文廣超.基于GIS的礦井防治水輔助決策系統(tǒng)[J].中國煤炭,2008（09）.

作者簡介：許江濤（1984—），男，碩士，助教，主要從事地質(zhì)測量的教學(xué)與科研工作。