利用GMS对巷道涌水量预测

1、利用GMS寸巷道涌水量预测人类生活在地球上，并不断的从地球表层的岩石、水体和大气中索取各种资源1。我国从远古就开始了采炼矿石工作，随着采矿业的发展，矿井水文地质特征研究已成为采矿中不可缺少的工作之一2。碳酸盐岩地区地下水动态变化复杂，而且为探矿、采矿工作修建了复杂的地下巷道网，地下水渗流场变化复杂，给巷道涌水量预测带来了很大困难。如今，如何较为准确的预测巷道涌水量、了解地下水动态变化规律，成为日益关注的课题之一3、4。1 背景1.1 地形地貌岩溶断块山是模拟区的地貌主要特征，其所存在的地表起伏并不是很大，大约都会在500m的差值内；地表岩溶具有较大的发育潜质，岩溶形态呈现峰丛洼地、漏斗组合；高

2、原面上峰峦起伏，没有太多植被覆盖率，地表发育形态通常为溶丘、溶沟、洼地、漏斗、落水洞等；边缘斜坡地带发育实芽、溶沟以及溶槽。1.2 气象水文模拟区降雨量年内分配不均、干湿季区分明显，4-9月为雨季，降水量最多，占全年降水量的80%以上，其他月份为旱季，降水量不足全年降水量的20%。1.3 地层、构造模拟区地层结构单一但巷道布置复杂，岩层受岩溶发育特征的影响，地层水文地质特征随有地表向深部呈渐变趋势；地质构造复杂，存在多期运动，断裂构造发育，由四条主要隔水断裂构成模拟区的四个边界。1.4 地下水类型模拟区范围内孔隙水、岩溶水和裂隙水均有分布，孔隙水仅赋存于第四系松散沉积物中，分布范围很小；岩溶水

3、赋存于三叠系碳酸盐岩地层中，是最主要的地下水；裂隙水赋存于各个时代的火成岩中。1.5 地下水补给、径流、排泄特征降雨补给是模拟区地下水系统水流运动的补给来源，在地下水流进行传输的过程中，会存在大量气体以及固相物体，这样一来，三相流得以形成。在岩溶多重介质环境的影响下，岩溶地下水系统水流运动的形态以及规模会呈现距离衰减趋势。在潜水面以下、隔水层以上的水平流动带上会出现地下水，其中裂隙和溶隙是蓄水的主要空间。蒸发、侧向排泄以及巷道涌水是地下水的主要排泄方式。2 概念模型、数学模型通过分析降雨补给与渗流场、巷道涌水量之间的关系，建立合理的概念模型、数学模型。（ 1）边界条件概化：根据研究区地质特征及

4、研究目的圈定模型计算区。根据四条边界的性质，除北部边界概化为流量边界，其他三个边界概化为零流量边界。（ 2）排泄条件概化：将巷道概化为排水沟（drain）。（ 3）补给条件概化：本区主要水源补给，通常都是在降雨多发季节，其中有60%的降雨会渗入地下。本区面积较小，同时地下水径流深度较大，因此对于降雨渗入平面上的差异是不需要考虑的，将补给平均的区域作为研究区，这样的话，研究区降雨入渗量就能够以有效降雨量为准计算。（ 4）含水岩组概化：结合含水层的类型、岩性、厚度以及渗透系统等条件，将内部结构划分为均质、非均质、各向同性或者各向异性四个含水层。（ 5）数学模型：通过由薛禹群著作的地下水数值模拟中得

5、出，在裂隙、喀斯特发育相对保持平均时，水流是完全依据Darcy定律，可以选择与孔隙水流相同等效介质模型作为研究对象5。模拟区地层裂隙、喀斯特发育较为均匀，所以，数学模型等效的建立为多孔介质模型。根据模拟区实际水文地质特征、概念模型确定模拟区数学模型为：（ 6）时空离散：利用GMS勺3DGRID模块实现网格剖分，含水岩组划分为四层，每层剖分为矩形网格单元4520个，每个单元面积26.7X15.3m2。根据蒸发、降雨、巷道等源汇项在不同的季节其补给与排泄强度不同，在时间上将2007年划分为四个应力期。3模拟识别、检验模型通过预测-校正法进行识别校正，使地下水系统的结构、参数、源汇项得到调整，保持计

6、算和实际地下水状态一致性；与实测的场相对比，所计算得出的地下水状态的空间分布可以实现相互一致；模拟期计算所得的地下水动态和实测动态变化可以保持一致；与实际水文地质条件相比较，识别后的水文地质参数、含水层结构以及边界条件基本与其相互符合。因为不确定性是识别过程中较为突出的一个特性，而在解决这个问题的方法中，模型检验发挥着极其重要的作用。通常情况下，模型检验是将一组参数以及模型通过识别之后，用其对另一段时间的野外观测资料进行模拟，抽、注水量和抽、注水时间、方式以及边值、入渗补给量等都属于外部有可能产生的一系列影响因素，这些因素也需要结合实际情况给出具体数值，对模拟值和野外实测值进行模拟，最终得出的

7、结果应该在预先设定的容许误差范围内相同。如果不同，那么就需要再一次修正上一组所得到的参数，重新识别、检验，直到一组新的参数在识别和检验阶段所显示的模拟值和野外实测值，能够在预先设定的容许误差范围内保持相互统一。此次地下水系统数值模拟，是在对个旧矿区高峰山矿段水文地质条件进行深入研究，以及全面掌握地下水系统变化规律的前提下开展的。将模拟时间分为四个模拟应力期，选取两个应力期作为模型识别期，另两个应力期为模型检验期。在运行模型的基础上，地下水系统的结构、参数以及源汇项等都能够得到有效调整，识别校正模型，同时在识别的基础上，检验识别后的模型。通过反复调整，误差可以缩短在要求范围内。4结束语（1）文章主要依托于GM漱件，初步确定GM漱件可用于岩溶发育较为均一的岩溶地区地下水渗流场数值模