【摘要】：鄂爾多斯高原白堊系巨厚潛水含水層發(fā)育的大量自流井與排泄區(qū)存在向上水力梯度密切相關。為了揭示潛水含水層自流井的水動力學成因,本論文改進了忽略垂向水力梯度的傳統(tǒng)水井水力學模型,建立了包含自流井的盆地地下水流模型,研究了自流井與潛水含水層之間的水力聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn),潛水含水層的長濾管自流井內(nèi)存在著水平流速為零的水平流向分界點。其下為流入段,地下水從含水層流入水井;其上為流出段,地下水從水井流出到含水層;總流入量始終大于總流出量。該現(xiàn)象也可出現(xiàn)在承壓自流井中。由于自流井流出段無地下水流入,而流入段地下水流速隨深度增大而增加,導致井口地下水流量主要來自于水井的下半段。隨潛水面下降、井深減小或自流井離河谷距離增加,井周垂向水力梯度減小,自流井流入段的相對長度減小,井口地下水更多地來自于水井下半段。為了解釋長濾管自流井井口混合水樣可以較好地代表排泄區(qū)深部地下水這一現(xiàn)象,本論文以地下水年齡為例,建立了包含自流井的盆地尺度溶質運移模型,基于井周和井內(nèi)地下水的年齡剖面分布,得到了井口地下水的等效位置。研究發(fā)現(xiàn),開挖自流井后,自流井淺部流出段周圍地下水的年齡將顯著增加,但流入段周圍地下水的年齡卻在較長時間內(nèi)保持與打井前一致,表明盆地中現(xiàn)有的自流井可用于采集代表打井前水質的地下水樣品。自流井井口地下水的代表性取決于三個因素:自流井流入段的長度、流入段周圍地下水的流速以及流入段周圍地下水的年齡。潛水含水層自流井的井口地下水可代表水井下部的地下水。都思兔河流域的實例研究表明,采用上邊界為給定通量的模型同樣可以得到自流井發(fā)育于排泄區(qū)的結論,且自流井上部存在水平流向分界點。基于自流井井口地下水的等效位置研究,校正了前人利用水化學方法得到的流動系統(tǒng)的循環(huán)深度。此外,通過水動力模擬發(fā)現(xiàn),基于水化學方法得到的流動系統(tǒng)分界深度通常小于流動系統(tǒng)的最大穿透深度。本文的相關研究成果不僅有助于加深人們對潛水含水層自流井的認識,也為如何充分利用現(xiàn)有長濾管井采集水樣提供了新的思路。
【學位授予單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P641.2
【圖文】：

圖 1-1 河間地塊剖面流網(wǎng)及水頭分布（據(jù) Hubbert，1940，修改、轉引自蔣小偉等，2013）雖然 Hubbert 早在 1940 年就提出了潛水含水層可以發(fā)育自流井，但時間內(nèi)沒有得到認可。這一問題的一個重要原因是 Dupuit 假設的局限性簡化處理地下水在潛水含水層中的運動問題，Dupui（t1863）提出了著名的“假設”，即忽略地下水的垂向流速。基于該假設，Dupuit（1863）得到了圓中地下水從潛水含水層向完整井穩(wěn)定流動的解析解，Boussinesq（1904）了地下水在潛水含水層中非穩(wěn)定運動的微分方程。作為潛水含水層研究的Dupuit 提出的假設在很大程度上方便了求解問題，但同時也“隱藏”了一水運動的真相。英文文獻中也將潛水含水層稱為“無壓含水層”（uncaquifer），掩蓋了潛水含水層深部水頭可以高于潛水面甚至地面這一水文

維剖面模型為例，對比承壓含水層與潛水含水層自流區(qū)的分布范定水頭上邊界與定通量上邊界對自流井發(fā)育的影響，。二維剖面模型的自流區(qū) 模型設置th（1962, 1963）關于區(qū)域地下水流的研究表明，潛水面對于地下有重要的控制作用。當潛水面高程沿分水嶺到盆地最低排泄點呈單地內(nèi)將僅發(fā)育一個水流系統(tǒng)，這樣的盆地被稱為單元盆地。由于對的凝練和有效的代表性，單元盆地模型被廣泛應用于與區(qū)域地下水（Anetal.,2015;CardenasandJiang,2010;Garven,1985;Gleesonett al., 2010; Vandenberg, 1980; Zlotnik et al., 2015），成為區(qū)域地下水究的基本單元（Tóth,2009）。類似前人的研究，本章選定單元盆地如圖 2-1 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 侯光才;林學鈺;蘇小四;王曉勇;劉杰;;鄂爾多斯白堊系盆地地下水系統(tǒng)研究[J];吉林大學學報(地球科學版);2006年03期

相關博士學位論文 前1條

1 孫芳強;鄂爾多斯盆地都思兔河流域地下水循環(huán)及生態(tài)環(huán)境效應研究[D];長安大學;2010年

本文編號：2729755