YS/T 3010-2012 黄金矿地下水水量管理模型技术要求

ICS73.060.99

H60

中华人民共和国黄金行业标准

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YST30102012

黄金矿地下水水量管理模型技术要求

Technicalreuirementforroundwatervolume

qg

manaementmodelofoldmine

gㅤㅤㅤㅤg

2012-11-07发布2013-03-01实施

中华人民共和国工业和信息化部发布

/—

YST30102012

目次

前言…………………………Ⅲ

1范围………………………1

2术语与定义………………1

3总则………………………2

4资料收集基本要求………………………2

5水文地质补充勘探要求…………………2

6黄金矿地下水水量管理模型的建立……………………3

7管理期内的地下水动态监测工作………………………9

8成果报告提交……………10

()

附录A资料性附录模型概化所需资料………………12

()

附录B资料性附录单元划分示意图…………………13

()

附录C资料性附录结点和单元编号示意图…………14

()

附录D资料性附录结点坐标…………15

()

附录E资料性附录单元的结点号码表………………16

ㅤㅤㅤㅤ

Ⅰ

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黄金矿地下水水量管理模型技术要求

1范围

、、

本标准规定了黄金矿地下水水量管理模型技术中资料收集水文地质补充勘查地下水水量管理模

型的建立及其管理期内的地下水动态监测和成果报告编制的要求。

本标准适用于黄金矿地下水水量管理模型技术工作。

2术语与定义

下列术语和定义适用于本文件。

2.1

概化eneralization

g

将水文地质条件的定义进行修改或者补充以使其适用于更大的范围。

2.2

系统工程方法aroachesofsstemenineerin

ppygg

、,

把要处理的问题及其有关情况加以分门别类确定边界同时强调把握各门类之间和各门类内部诸

、,。

因素之间的内在联系和完整性整体性否定片面和静止的观点和方法

2.3ㅤㅤㅤㅤ

边界条件boundarconditions

y

,。

界定渗流研究区边界上的水力特征或界定研究区以外对研究区边界上的水力作用

2.4

数学模型识别reconitionofmathematicalmo

gdel

、,,

在已知数学模型初边值条件下通过对地下水系统模型的输入和输出计算结果的分析以达到选

()、。

择正确参数及参数识别校正已建立数学模型和边界条件的计算过程

2.5

数学模型检验verificationofmathematicalmodel

、,,

根据模型识别后的参数和已知初边值条件选用更长计算时段通过对地下水系统模型的输入和

,,。

输出计算使计算所得数据和实际观测数据有最好的拟合以进一步提高数学模型正确性

2.6

水文地质概念模型concetualhdroeoloicalmodel

pygg

、、、

把含水层实际的边界性质内部结构渗透性能水力特征和补给排泄等条件概化为便于进行数学

与物理模拟的基本模式。

2.7

地下水水量模型roundwatervolumemodel

g

()。

可描述与模拟地下水流运动规律水量变化的数学或物理模型

2.8

地下水水量管理模型roundwatervolumemanaementmodel

gg

、

用于解决地下水水量分配和地下水开采量水位控制以及取水工程合理布局等问题的地下水资源

管理模型。

1

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3总则

,,

3.1黄金矿地下水水量管理模型技术工作的主要任务是收集工作区域的水文地质资料必要时应补

,、、

充水文地质工作查明管理区含水层地质结构特征地下水水文地质特征补给水源及边界条件等水文

,。

地质条件为建立地下水水量管理模型做好技术工作

,,

3.2在黄金矿地下水水量管理模型运作过程中应通过及时的地下水水量监测工作校正和完善地下

水水量管理模型。

,

3.3地下水资源管理模型工作是在已有的地下水资源评价工作基础上进行的在工作中应充分利用已

有的地下水勘察和开采利用过程中的工作成果和监测资料。

,。

3.4应坚持运用系统工程的思想布置勘查工作指导地下水水量管理模型的建立和综合评价工作

4资料收集基本要求

、,、,、

4.1工作范围应根据管理区的地质水文地质条件管理问题的性质要求取水工程的类型布局来确

,。

定并应包括完整的水文地质单元

,:

4.2建立地下水水量管理模型应收集的矿区区域水文地质资料有

)、、、。

a岩性地层地质构造地貌特征

)、、。

b地下水的补给径流储存和排泄条件以及富水性变化规律

)区域水均衡资料:

c

)大气降水和蒸发的时空分布特征及降水入渗条件;

1

)、、ㅤㅤㅤㅤ;

2地表水的水位水质蓄水量及其渗漏补给地下水量

)、、,;

3区域土壤植被农作物的基本特征包气带水的运移特征及其水质特征

)、、。

4气降水地表水包气带水与地下水的相互转化特征及其水均衡要素

,:

4.3建立地下水水量管理模型所需的矿区含水层水文地质资料有

)含水层的边界条件;

a

)含水层分布和埋藏条件;

b

)(、、、);

c含水层的主要水文地质参数导水系数渗透系数贮水系数单位涌水量等

)含水层地下水类型及其空间分布规律;

d

)含水层地下水的补给;

e

)、;

f含水层垂向侧向水量交换方式及交换条件

)(、、)。

不同时期枯平丰水期含水层地下水流场及其动态规律

g

5水文地质补充勘探要求

5.1一般要求

5.1.1黄金矿地下水水量管理模型要求具有详查以上的水文地质勘察精度。

,。

5.1.2根据建立黄金矿地下水水量管理模型工作的要求应补充适当的水文地质勘探工作

5.2水文地质补充勘探工作

、、、、(、、),

5.2.1确定含水层的层位厚度岩性产状空隙性孔隙性裂隙性岩溶性并测定各个含水层的

水位。

5.2.2确定含水层在垂直和水平方向上的透水性和含水性的变化。

2

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,,,。

5.2.3确定断层的导水性各个含水层之间地下水和表水之间以及其与井下的水力联系

5.2.4确定钻孔涌水量和含水层的渗透系数等水文地质参数。

5.3水文地质补充勘探钻孔的布置原则及要求

5.3.1补充勘探钻孔布置的原则

,。:

补充勘探钻孔尽可能做到一孔多用井上下相结合应布置在

)、、、、、

a含水层的赋存条件分布规律岩性厚度含水性富水性及其他水文地质条件和参数等不清

楚或不够清楚的地段。

)、、、。

b断层的位置性质破碎情况充填情况及其导水性不清楚或不够清楚的地段

)、,。

c隔水层的赋存条件厚度变化隔水性能没有掌握或掌握不够的地段

)、,。

d矿层顶底板岩层的裂隙岩溶情况不清楚或不够清楚的地段

)先期开发地段。

e

5.3.2补充勘探钻孔布置要求

,。

5.3.2.1确定主要含水层的性质时钻孔应布置在水文地质条件不同的地段

,,、

5.3.2.2确定断层破碎带的导水性时布置的钻孔应通过破碎带最好能通过上下盘的同一含水层或

不同含水层。

5.3.2.3钻孔应通过可能存在水力联系的含水层。

,,

5.3.2.4查明地表水与地下水之间的水力联系时钻孔应布置在距地表水远近不同的地段然后逐一

,。

抽水抽水时的降深应尽可能大

,ㅤㅤㅤㅤ,

5.3.2.5确定地下水与井下的水力联系时钻孔应布置在井下出水点附近的含水层中然后做联通试

,,。

验从钻孔中投入试剂在井下出水点取样测定是否有试剂反应

,。

5.3.2.6查明岩层岩溶化程度时钻孔应布置在能够控制其变化规律的地段

6黄金矿地下水水量管理模型的建立

6.1建立模拟管理区的水文地质概念模型

6.1.1模型概化的要求

,。,

依据水文地质资料建立概念模型确定模拟的目标含水层勾画出地下水实体系统的内部结构与

,。。

边界条件然后对实体系统进行概化所需数据见附录A

6.1.2管理区的边界条件概化

6.1.2.1通则

、、、下水与地表水的水力联

根据含水层隔水层的分布地质构造和管理区边界上的地下水流特征地

,()、

系可将管理区边界概化为给定地下水水位水头的第一类边界给定地下水流量的第二类边界和给定

地下水流量与水位关系的第三类边界。

6.1.2.2管理区边界

。,

管理区应以自然边界为管理区边界在管理区仅为水文地质单元一部分的情况下应注意处理好

,、

水文地质单元内水资源的分配以及管理区边界上的水量交换问题全面反映地下水系统整体与局部局

、。,

部与局部系统与环境的对应关系当地表水和隔水边界不能将管理区围闭时应在离水源地或矿区中

3

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,;,,,

心较远的弱透水部位取人为边界若含水层岩性比较均一且分布广阔没有发现弱透水层的存在则

,。

宜在离水源地或矿区中心足够远处用观测孔控制取人为边界

6.1.2.3地表水体边界

地表水体边界分为二类:

):,,

a第一类边界地表水与含水层有密切的水力联系经动态观测证明有统一水位地表水对含水

,,;

层有无限的补给能力降落漏斗不可能超越此边界线时地表水体可以确定为第一类边界如

,;

果只是季节性的河流只能在有水期间定为第一类边界如果只有某段河水与地下水有密切水

,。

力联系则只将这一段确定为第一类边界

):,

b第二类边界地表水与地下水没有密切水力联系或河床渗透阻力较大时仅仅是垂直入渗补

给地下水。

6.1.2.4断层接触边界

断层接触边界分为三类:

):,

a隔水边界断层的渗透系数或导水系数很小边界的进出水量与边界处结点控制均衡区的其他

,。

进出水量相比可忽略不计时该边界可视为隔水边界

):,,

b第一类边界如果断裂带本身是导水的管理区内为导水性较弱的含水层而区外为强导水的

,。

含水层时可以定为第一类边界

):,,,

c第二类边界如果断裂带本身导水管理区内为富含水层区外为弱含水层时可以定为第二类

边界。

6.1.2.5岩体或岩层接触边界ㅤㅤㅤㅤ

,。

岩体或岩层接触边界一般多属于隔水边界或第二类边界第二类边界应测得边界处岩石的导水

,,。

系数及边界内外的水头差算出水力坡度计算出补给量或流出量

6.1.2.6地下水的天然分水岭

,,。

地下水的天然分水岭可以作为隔水层但应考虑开采后是否会移动位置

6.1.2.7构造分水岭

,、、,

由于构造如褶皱断层单斜含水层等使得地下水的补给区边界与地表分水岭或地下水的排泄区

,。

边界与地下水系统内地表水体不一致时应考虑构造分水岭作为隔水边界

6.1.3管理区内含水层内部结构特征的概化

6.1.3.1含水层组的概化

、、,、,水流

根据含水层组类型结构岩性等确定层组的均质或非均质各向同性或各向异性确定层组

、。

为稳定流或非稳定流潜水或承压水

6.1.3.2含水介质的概化

)含水介质条件:

a

),;,

1确定含水层类型查明含水层在空间的分布形状对承压水可用顶底板等值线图或含水

;,。

层等厚度图来表示对潜水则可用底板标高等值线图来表示

)、,、*(

2查明含水层的导水性储水性及主渗透方向的变化规律用导水系数T贮水系数μ或

4

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),,。

给水度进行概化的均质分区只要渗透性不大的地段就可相对视为均质区

μ

)、,“”、。

3查明计算含水层与相邻含水层隔水层的接触关系是否有天窗断层等沟通如果为

,、,

了取得某些详细准确的参数需布置大量勘探试验工作而要花费昂贵的代价时可考虑

,。

先有一个控制数值再在识别模型时反求该参数

)含水介质概化:

b

)孔隙含水介质:

1

———、:,,

均质非均质如果在渗流场中所有点都具有相同的渗透系数则概化为均质含水

,;,

层否则概化为非均质的自然界中绝对均质的岩层是没有的均质与非均质是相对

,。

的视具体的研究目标而定

———、:,

各向同性各向异性根据含水层透水性能和渗流方向的关系可以概化为各向同性

。,

和各向异性二类如果渗流场中某一点的渗透系数不取决于方向即不管渗流方向

,,。

如何都具有相同的渗透系数则介质是各向同性的否则是各向异性的

)、:

2裂隙岩溶含水介质

、。,

裂隙岩溶含水介质的概化要视具体情况而定在局部溶洞发育处岩溶水运动一般为

(),,,

非达西流即非线性流和紊流但在大区域上北方岩溶水运动近似地满足达西定律含

、。

水介质可概化为非均质各向异性的连续介质

6.1.4管理目标含水层水力特征的概化

、

6.1.4.1层流紊流

,、,,

一般情况下在松散含水层及发育较均匀的裂隙岩溶含水层中的地下水运动大都是层流符合达

。ㅤㅤㅤㅤ,,。

西定律只有在极少数大溶洞和宽裂隙中的地下水流才不符合达西定律呈紊流

6.1.4.2平面流和三维流

,。,,

在开采状态下地下水运动存在着三维流特别是在区域降落漏斗附近三维流更明显故应用地

。,,

下水三维流模型当三维流场的水位资料难以取得可将三维流问题按二维流处理但应考虑所引起的

计算误差是否能满足水文地质计算的要求。

6.1.4.3源汇项

、。、、

源汇项的概化应根据区内开采井的特点将其概化为点井面积井或大井根据区内降雨蒸发上

,,元入渗补给

下含水层的顶托或下渗补给以及各类地表水的渗入补给特点及分布特征可将其概化为单

强度或单元蒸发强度。

6.2地下水水量系统的数学模型化

。

6.2.1地下水水量系统的数学模型是由水文地质概念模型来确定的按水层的埋藏条件分为潜水流

,:、

或承压水流模型根据地下水运动的时空变化特征又可分为稳定流或非稳定流模型平面二维流或剖

、。。

面二维流拟三维流或三维流模型模型中的每个变量都应给定相应的物理意义和量纲

,

6.2.2数学模型一般应包括描述管理区内地下水运动和均衡关系的微分方程和定解条件组成定解条

。。

件中包含边界条件和初始条件模型类型一般分为分布参数模型和集中参数模型

6.3数值法求解地下水水量模型

6.3.1有限单元法求解地下水流动方程

,,

6.3.1.1用有限个单元的集合体来代替管理区这些单元的结合点称为结点选择简单的函数来近似

5

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,()。

地表示每个单元上的水头分布得出管理区中离散点即结点处的近似水头

6.3.1.2有限单元法求解地下水流动方程应按照以下步骤进行:

),。

a确定所计算的渗流区的范围和边界性质并圈定有越流补给的范围

),:

b在方格纸上将计算的渗流区划分成许多三角形网格单元网格划分应遵循以下原则

)、、、、

1单元网格的大小多少应根据精度要求管理区的地质水文地质条件和计算机的速度容

量来确定。

),,,

2在水头变化大的地方重要工程的地段水头分布需要了解得比较详细的部位单元宜用

;,、。

较小的单元在水头变化比较平缓的地方或次要的部位单元可划分得大一些稀一些

)、,、、

3划分单元时应考虑断层位置含水层岩性变化的分界线顶底板等高线分布疏密存在越

,,

流或天窗补给地段的范围有入渗或蒸发地段的界限等使每一个单元中的各种参数具有

代表性。

),,,

划分单元时结点应是与有关的所有三角形单元的顶点即在附录所示的图中单

4BB.1

元应),)。

划分成a式样不允许b式样

),;

5单元应划分成近乎等边三角形减小计算误差一般三角形长边和短边之比不宜超过

,。

3∶1三角形的每个内角小于90°

),。

6观测孔处尽可能放置结点以便于观测水位与结点的计算水位相对比

)(、)。

7大流量的汇源点矿坑突水点被处理为源汇的河流等处尽可能设置结点

)。,

对各结点和单元依次进行编号通常采用附录所示的方法标记单元的编号除程序中规定

cC

,。:

的要联号的以外一般可以随意编对结点编号可按照以下两种编号方式进行

),,;

1一种是未知结点在前已知结点在后逐一顺序编号

),。

2另一种是不分未知和已知结点统一按顺序编号

ㅤㅤㅤㅤ

)(,),,、、、、

d任选一个直角坐标系通常取x轴向右轴向上定出所有结点的坐标值即xx

ii

yyy

jj

、。。(

记录在如附录所示的表格中同时读出组成各个单元的结点号码按逆时针方向

xD

mm

y

),,。

依次读出三个结点号码并列表登记如附录所示表格

E

)确定非稳定渗流问题的时间步长和总的计算时段数

e

),;

1位于第一类边界上的结点应按边界条件给出不同计算时段的水头值

)()

2位于第二类边界上的结点不包括隔边界上的结点则应给出不同计算时段的流量值或边

;。

界两侧的水位差所有结点的初始水头值

),,。

f根据结点坐标值用公式算出相邻结点的坐标差值并算出各单元的面积再由这些数值以及

()、()、*()[]。

K渗透系数M含水层厚度μ贮水系数等形成各个单元渗透矩阵和总渗透矩阵A

),,():

g根据定解条件形成自由项从而形成线性代数方程组见式1

[]{}{}…………()

AH=F1

式中:

T

{}———,{}[,,……,],

H计算区水头的列矢量即H=HHHn为内结点和第二类边界上的

12n

();

结点数即未知结点数

T

{}———(),{}[,,……,]。

F自由项已知项组成的列矢量即F=FFF

12n

)解线性代数方程组求出各结点的水头值。

h

)计算流量或按要求计算有关问题。

i

6.3.2有限差分法求解地下水流动方程

;

6.3.2.1有限差分法是用管理区内有限个离散点的集合代替连续的管理区在这些离散点上用差商近

,(

似地代替微商将微分方程及其定解条件化为以未知函数在离散点上的近似值为未知量的代数方程称

),,。

之为差分方程然后求解差分方程从而得到微分方程的解在离散点上的近似值

6

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6.3.2.2有限差分法解题应按照以下步骤进行:

),:。

a剖分管理区确定离散点把所研究的管理区域按某种几何形状分割成网格系统管理区的边

。,,

界可以用最接近它的格线近似表示将区域剖分后就可确定离散点确定离散点的方法通常

有两种:

),;

1将离散点置于每个网格的中心处这种离散点通常称为格点

),。

2将离散点置于网格的交点上这种离散点通常称为结点

)()。

b用格点或结点的水头表示水头函数

),,,

c在离散化的基础上可从微分方程出发或从积分方程出发或直接从水均衡的原理出发建立

()(),。

起每个格点或者结点的水头与其周围格点或结点水头之间的关系式一般为线性关系式

),