本文選題：采煤沉陷區(qū)　切入點：分布式水循環(huán)模型　出處：《中國水利水電科學(xué)研究院》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：利用采煤形成的沉陷區(qū)建設(shè)平原區(qū)蓄水工程,從礦業(yè)發(fā)展和水資源開發(fā)利用兩方面取得雙贏的思路進(jìn)行采煤沉陷區(qū)的綜合治理是一個嶄新的思路。但由于研究的綜合性強(qiáng)、難度大,且正處于探索階段,相關(guān)基礎(chǔ)研究比較薄弱和零散,可借鑒的成果不多。特別是對采煤沉陷區(qū)積水機(jī)制和水循環(huán)整體過程缺乏清晰的認(rèn)識,尚未形成十分可靠的理論基礎(chǔ)和定量技術(shù)體系以指導(dǎo)沉陷區(qū)治理與水資源綜合利用實踐。本文以煤炭儲量豐富且洪澇災(zāi)害頻發(fā)的淮河流域淺地下水埋深采煤沉陷區(qū)——淮南礦區(qū)為例,從沉陷區(qū)水循環(huán)模擬研究出發(fā),建立了分布式水循環(huán)模擬模型,對采煤沉陷區(qū)水循環(huán)機(jī)理及蓄洪除澇效應(yīng)開展相關(guān)研究,以明晰采煤沉陷區(qū)水分轉(zhuǎn)化過程及規(guī)律、沉陷區(qū)積水機(jī)制等,并評估采煤沉陷區(qū)的發(fā)展對區(qū)域防洪除澇效應(yīng)的影響,為采煤沉陷區(qū)的綜合治理和水資源利用提供理論支持及定量依據(jù)。論文的主要研究成果如下：(1)構(gòu)建了淮南采煤沉陷區(qū)分布式“河道-沉陷區(qū)-地下水”耦合模擬模型從采煤沉陷區(qū)水平衡機(jī)制出發(fā),全面考慮了沉陷區(qū)積水區(qū)與未積水區(qū)的各水循環(huán)分項過程,開發(fā)了物理機(jī)制較強(qiáng)的分布式“河道-沉陷區(qū)-地下水”耦合模擬模塊,該模塊耦合了河道地表水、沉陷區(qū)積水、地下水及土壤水等水文過程。以淮南采煤沉陷區(qū)為研究對象,通過空間數(shù)據(jù)和水循環(huán)驅(qū)動因素的處理,開展了淮南采煤沉陷區(qū)分布式模擬。結(jié)合資料掌握情況,分別從研究區(qū)地表水位模擬值與實測值的對比、地下水位模擬值與實測值的對比、水循環(huán)水量平衡檢驗、宏觀水文特征參數(shù)與已有研究成果的對比等四個方面對模擬結(jié)果進(jìn)行了全面的檢驗。檢驗表明,模型的模擬結(jié)果與實際情況吻合良好,說明本文建立的采煤沉陷區(qū)分布式水循環(huán)模型能夠合理反映采煤沉陷區(qū)的積水機(jī)制,且具有較強(qiáng)的實用性。(2)解析了淮南采煤沉陷區(qū)的積水來源并對其水資源量進(jìn)行了評價從淮南采煤沉陷區(qū)的補(bǔ)給比例看,河道匯流量為其主要的水量來源,占84.6%；其次為水面降水,約8.8%；地下水補(bǔ)給沉陷區(qū)的水量比例較小,含積水區(qū)和未積水區(qū)補(bǔ)給在內(nèi)的總和也僅占3.6%,總量僅約0.32億m~3/yr;未積水區(qū)降水產(chǎn)流量約占3%�？梢娫谘芯繀^(qū)現(xiàn)狀水系格局下,沉陷區(qū)來水量組成中,來源于沉陷區(qū)自身沉陷范圍內(nèi)的地下水補(bǔ)給所占來水量的比例較小,主要是與沉陷區(qū)相關(guān)聯(lián)的河道匯流量為沉陷區(qū)提供了積水來源。對2010年沉陷情景下淮南采煤沉陷區(qū)進(jìn)行水資源評價,認(rèn)為總的水資源量約為9.05億m~3/yr,扣減沉陷區(qū)水面蒸發(fā)后研究區(qū)采煤沉陷區(qū)可利用的總水資源量為8.31億m~3/yr。(3)辨析了淮南采煤沉陷區(qū)的積水機(jī)理根據(jù)模型模擬分析和理論推導(dǎo),給出了孤立沉陷區(qū)積水的補(bǔ)給／排泄特征,并剖析了其沉陷區(qū)積水與地下水間的作用關(guān)系。定量分析表明其地下水補(bǔ)給量僅占其總補(bǔ)給量的4.0%,而水面降水占87%,未積水區(qū)產(chǎn)流匯入約占9%;排泄量中,水面蒸發(fā)占總排泄量的92.6%,沉陷區(qū)向地下水的滲漏占7.4%。研究表明,淮南采煤沉陷區(qū)容易大面積積水的原因,主要是由當(dāng)?shù)剌^接近的降水、蒸發(fā)量氣象條件決定的,孤立沉陷區(qū)的水量補(bǔ)給來源絕大部分來自于降水而非地下水補(bǔ)給；當(dāng)?shù)剌^高的潛水位環(huán)境的主要功能是對沉陷區(qū)積水提供涵養(yǎng)環(huán)境,限制沉陷區(qū)積水向含水層漏失。(4)評估了2010年及2030年沉陷情景下采煤沉陷區(qū)的蓄洪除澇效用淮南地處淮河中游,“關(guān)門淹”是當(dāng)?shù)匮雌谥饕暮闈硢栴},即汛期淮河洪水位長時間高于沿岸支流的水位,導(dǎo)致沿岸澇水難以自流排出。“關(guān)門淹”時間越長,蓄積的澇水越多,造成的洪澇危害也越大。對于“關(guān)門淹”地區(qū),減災(zāi)主要依賴當(dāng)?shù)氐男顪芰?因此采煤沉陷形成的蓄滯空間具有重要的利用價值。本文根據(jù)淮南采煤沉陷區(qū)的氣象及水文數(shù)據(jù),對研究區(qū)外洪內(nèi)澇組合進(jìn)行了頻率遭遇研究,并根據(jù)發(fā)生“關(guān)門淹”危害的大小,對不利組合的年份進(jìn)行了排序。最后選擇了1991年、2003年、2007年三個典型洪水年對2010年和2030年采煤沉陷情景下的蓄洪除澇作用進(jìn)行了評估。主要結(jié)論為：2010年沉陷情景下,研究區(qū)內(nèi)的沉陷區(qū)和自然湖泊的除澇能力尚不能應(yīng)對1991年和2003年典型洪水,蓄滯空間的不足主要發(fā)生在西淝河下段。但研究區(qū)內(nèi)的沉陷區(qū)和自然湖泊基本能夠滿足2007年典型洪水的除澇需求,除澇能力大約在10-15年一遇標(biāo)準(zhǔn)。在除澇之外,2010年由于沉陷庫容較小,蓄洪(指為淮河干流分洪)的潛力不大,僅泥河匯流區(qū)有部分蓄滯庫容可利用,三個典型洪水年份蓄洪能力約在0.18-0.49億m~3之間。在2030年沉陷情景下,由于沉陷庫容增大,同時部分閘門、泵站工程重建、新建等因素,三場典型洪水均能夠被成功應(yīng)對,研究區(qū)內(nèi)的沉陷區(qū)和自然湖泊的除澇能力將提高到25-30年一遇水平。除澇之外,研究區(qū)內(nèi)的沉陷區(qū)和自然湖泊整體蓄洪潛力在1991年、2003年、2007年三個典型洪水年分別為2.76億m~3,2.70億m~3和4.07億m~3,其中采煤沉陷區(qū)在三個年份的蓄洪潛力分別為2.22億m~3,2.17億m~3和3.15億m~3。最后,從充分發(fā)揮采煤沉陷區(qū)蓄洪除澇聯(lián)防能力考慮,結(jié)合研究區(qū)地形及沉陷區(qū)空間的分布提出了當(dāng)?shù)匦詈槌凉彻こ淘O(shè)想。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV213.9;TD327
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本文編號：1637291