地下水數值模擬研究

許江濤

（河南工業和信息化職業學院，河南　焦作　454000）

地下水數值模擬研究

許江濤

（河南工業和信息化職業學院，河南焦作454000）

摘要：通過研究某井田的地下水系統和地質情況，概括出研究區域水文地質模型，利用地理信息系統軟件二次開發對該區域地下水進行了數值模擬，為礦井防治水工作提供了輔助決策。

關鍵詞：煤礦；地下水；數值模擬；地理信息系統

1　區域水文地質概況

礦區北依箕山背斜西段、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、上更新統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　研究區域地下水系統

為了正確認識研究區域地下水系統，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、石炭系太原組各灰巖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。

寒武系灰巖在北部山區及F16斷層附近出露，地表巖溶發育，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，單位涌水量達到3.38l/s·m，灰巖含水層在淺部與孔隙含水層相聯系，呈互補關系，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作用。

3　數學模型建立

根據水文地質情況，建立該區域地下水的數學模型，如下：

4　地下水數值模擬實現

根據該區域水文地質條件和數學模型，結合實際情況，我選用Dot Net作為開發平臺和地理信息系統軟件組件式開發，實現了水頭預測，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識別結果

對觀測孔NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#進行水頭擬合。模型識別時，用實測水頭和模擬的水頭的差值進行對比來調參。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

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

5　模型應用

經過識別和調整參數的數學模型在寧莊井現場進行了應用。

地下水數值模擬軟件在某礦井現場測試后，通過求解井田地下水系統數學模型，繪制了井田水頭（等值）線。結合水頭線圖和井田地質條件，判斷出某工作面西側有較大突水危險性，該區域應引起礦井安全技術人員高度注意，最后提出疏水降壓來降低危險區的水頭，對礦井防治水工作提供了一定的幫助。

參考文獻：

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[5]李順.康城煤礦礦井涌水系統數值模擬[D].河北工程技術大學,2009.

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

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