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多孔介质固体颗粒粒径特征及膨胀作用对地下水孔隙尺度流场特征的影响

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地球科学 2024年第7期49卷 2589-2599页

作者：侯玉松刘苏辛虎吴吉春胡晓农邢立亭济南大学水利与环境学院山东济南250022 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

地下水孔隙尺度流场特征的研究对于深入理解地下水渗流、溶质运移具有重要意义.目前固体颗粒粒径特征不同时介质微观结构对孔隙尺度流场的影响尚不清楚.基于迭代重排算法构建了固体颗粒粒径分布特征、膨胀程度不同的多孔介质,基于此研... 详细信息

地下水孔隙尺度流场特征的研究对于深入理解地下水渗流、溶质运移具有重要意义.目前固体颗粒粒径特征不同时介质微观结构对孔隙尺度流场的影响尚不清楚.基于迭代重排算法构建了固体颗粒粒径分布特征、膨胀程度不同的多孔介质,基于此研究了固体颗粒平均粒径、粒径方差及膨胀作用对地下水流场特征的影响.结果表明,在介质孔隙率相同的条件下,固体颗粒平均粒径、粒径方差对多孔介质中流速的非均质性、速度概率密度分布等流场特征影响较小.而在同一介质中,当固体颗粒膨胀引起孔隙率减小时,平均粒径较小幅度的变化就会对以上流场特征产生显著影响.例如当固体颗粒膨胀程度增强时,粒径小幅度的增大,就会导致流场中优势流区和不流动区比例同时大幅度增加,流场非均质性显著增强,流速概率密度分布更加发散.

关键词：地下水流场特征多孔介质固体颗粒粒径孔隙尺度数值模拟水文地质学

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陶枣盆地岩溶水串层污染数值模拟及预测

济南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：赵洋洋邢立亭曹杰陈洪年张飞邢学韬济南大学水利与环境学院山东省鲁南地质工程勘察院

为了治理陶枣盆地岩溶水被矿坑水串层污染，通过水化学分析确定当地岩溶水污染主要成分，建立陶枣盆地下水模型进行模拟、检验、参数反演，推断地下水污染通道，提出通过增大矿坑水排放、注浆封堵串层通道、矿坑巷道填充的方法保护岩溶... 详细信息

为了治理陶枣盆地岩溶水被矿坑水串层污染，通过水化学分析确定当地岩溶水污染主要成分，建立陶枣盆地下水模型进行模拟、检验、参数反演，推断地下水污染通道，提出通过增大矿坑水排放、注浆封堵串层通道、矿坑巷道填充的方法保护岩溶水。结果表明：陶枣盆地岩溶水主要污染成分为硫酸根离子，串层污染方式主要为断裂带串层、煤矿开采导致的底板破碎带等串层；注浆封堵是治理断裂带串层污染岩溶水的最佳保护措施；矿坑巷道填充技术是治理底板破碎带串层污染岩溶水的最佳保护措施。

关键词：岩溶水污染预测数值模拟串层污染陶枣盆地

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济南泉域岩溶含水介质发育特征研究

济南大学学报（自然科学版） 2024年第3期38卷 280-287页

作者：王榕臻邢立亭邓兴于苗袁学圣济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东女子学院社会与法学院山东济南250300 山东省地质矿产勘查开发局山东省第五地质矿产勘查院山东泰安271000 山东省地质矿产勘查开发局山东省地矿局岩溶塌陷防治重点实验室山东泰安271000

为了表征和刻画岩溶介质空隙结构的复杂性和非均质性,以济南泉域为例,基于岩心的计算机断层扫描图像、压汞实验结果和节理裂隙测量等数据,采用图像二值化处理、分形维数理论和数理统计方法,识别济南泉域岩溶含水介质结构特征,分析含水... 详细信息

为了表征和刻画岩溶介质空隙结构的复杂性和非均质性,以济南泉域为例,基于岩心的计算机断层扫描图像、压汞实验结果和节理裂隙测量等数据,采用图像二值化处理、分形维数理论和数理统计方法,识别济南泉域岩溶含水介质结构特征,分析含水介质岩溶发育程度及其影响因素。结果表明:研究区内炒米店组、北庵庄组和三山子组a段为岩溶发育程度相对更好的含水层组;炒米店组优势节理集中,岩溶发育优于马家沟群的;炒米店组与三山子组a段的岩溶连通性更优,储水性更好;北庵庄组、三山子组a段的分形维数均明显大于其他层组的,岩溶发育程度分形指数评价均为非常发育;北庵庄组和炒米店组岩石相对溶解度较高,三山子组a段可溶性矿物含量较多,受水流侵蚀更易发育溶蚀裂隙、溶孔或溶洞。

关键词：岩溶发育含水介质特征计算机断层扫描分形理论济南泉域

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陶枣盆地岩溶水水化学特征及劣变机制

安全与环境工程 2024年

作者：曹杰邢立亭陈洪年张飞邢学韬刘锁柱赵洋洋邓兴高帅济南大学水利与环境学院山东省鲁南地质工程勘察院山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队(山东省地矿工程勘察院)

煤矿开采造成陶枣盆地奥陶系灰岩裂隙岩溶水SO42-浓度超标，岩溶水水质劣变。本研究综合运用了数理统计、图解法、硫氧同位素分析、水文地球化学模拟和PCA-APCS-MLR模型等方法进行分析。结果表明：①研究区岩溶水主要为弱碱性水，岩溶水... 详细信息

煤矿开采造成陶枣盆地奥陶系灰岩裂隙岩溶水SO42-浓度超标，岩溶水水质劣变。本研究综合运用了数理统计、图解法、硫氧同位素分析、水文地球化学模拟和PCA-APCS-MLR模型等方法进行分析。结果表明：①研究区岩溶水主要为弱碱性水，岩溶水中SO42-浓度范围为106.09～1133.51 mg/L，高值区主要分布在各水源地集中排泄点附近，水化学类型以HCO3·SO4-Ca和SO4·HCO3-Ca型为主；②研究区的水化学组分受岩石风化作用的控制，主要来源碳酸盐岩溶解，存在阳离子交替吸附作用；③岩溶水中δ34S-SO42-介于-1.7‰～3.3‰之间、δ18O-SO42-介于1.2‰～12.6‰之间，反映SO42-来源较为单一，通过δ34S-SO42-和δ18O-SO42-各来源特征值分析表明，串层污染、矿坑排水沿河道渗漏以及大气降水下渗为岩溶水的主要SO42-来源途径，其来源平均贡献率分别44.28%、30.00%、25.72%；④采矿活动致使煤系地层高SO42-矿坑水进入岩溶水引发的地下水流系统变异，这是陶枣盆地岩溶水水质劣变的根本原因。本研究对于陶枣盆地岩溶水污染防控和供水安全具有重要的指导意义。

关键词：岩溶水水化学特征劣变机制地下水流系统陶枣盆地

不同胶结度的饱和土壤孔隙尺度结构对地下水渗流特性的影响

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土壤学报 2024年第2期61卷 398-407页

作者：侯玉松辛虎刘苏胡晓农苏靖芳吴吉春邢立亭济南大学水利与环境学院济南250022 中国科学院南京土壤研究所南京210008 南京大学地球科学与工程学院南京210023

饱和土壤中地下水渗流过程的研究在诸多领域具有重要意义,土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流特性有显著影响。土壤颗粒胶结度是土壤的基本属性之一,但是目前针对不同胶结度的土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流影响的研究尚少。采用整体... 详细信息

饱和土壤中地下水渗流过程的研究在诸多领域具有重要意义,土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流特性有显著影响。土壤颗粒胶结度是土壤的基本属性之一,但是目前针对不同胶结度的土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流影响的研究尚少。采用整体重排算法构建不同胶结度的土壤介质孔隙尺度结构,基于此运用有限元软件模拟介质中地下水渗流过程开展相关研究。结果表明:土壤颗粒胶结度对饱和土壤中地下水渗流具有显著影响。随着胶结土壤颗粒百分数Pc从0增至60.20%,流场的变异函数增大了70.15%(从1.233到2.098),即随着胶结度增大,流速空间非均质性显著增强。此外,沿地下水主要流动方向和垂直于主要流动方向上的流速概率密度分布函数均越来越发散。流速接近平均流速的区域减少,不流动区、优势流区同时显著增大。当Pc从0增至60.20%时,地下水中不流动区比例增大了23倍(从2.06%到48.31%),而优势流区比例增大了将近9倍(从0.27%到2.41%)。当平均流速不同时,渗流特征的以上变化趋势保持不变。此外,本研究发现不同胶结度介质间的孔隙尺度结构差异正是引起地下水渗流特性发生上述变化的内在原因。

关键词：地下水渗流特性土壤颗粒胶结度孔隙尺度结构数值模拟

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济南泉域岩溶水水化学特征及其演化规律

中国农村水利水电 2024年第9期 29-37,44页

作者：唐俊平刘中业侯森戈邢磊邢立亭朱恒华黄林显中国海洋大学山东青岛266075 山东省地质调查院山东济南250013 北方岩溶城市地下空间探测与开发利用创新基地山东济南250013 济南大学山东济南250024

天然条件下,济南泉域岩溶水水质优良,随着社会经济快速发展,岩溶水环境质量发生了显著变化。为研究泉域地下水化学特征演化规律,在收集多年泉域岩溶水主要离子化学特征的基础上,综合采用Piper三线图、Gibbs模型、离子比值、因子分析等... 详细信息

天然条件下,济南泉域岩溶水水质优良,随着社会经济快速发展,岩溶水环境质量发生了显著变化。为研究泉域地下水化学特征演化规律,在收集多年泉域岩溶水主要离子化学特征的基础上,综合采用Piper三线图、Gibbs模型、离子比值、因子分析等方法识别泉域水化学演化特征及影响因素。结果表明:①泉域岩溶水中以HCO_(3)-和Ca^(2+)为主要阴阳离子,来源于碳酸盐岩风化,泉域岩溶水化学类型从间接补给区到排泄区总体由HCO_(3)·SO_(4)-Ca逐渐转变为HCO_(3)-Ca型;②泉域岩溶水化学演化过程主要受岩石风化作用、阳离子交换作用以及人类活动的共同影响,其中Na^(+)、Cl^(-)表现为多源性,主要来源于岩盐溶解和人类活动;③不同时间阶段内泉域水化学影响因素的强度不同,人类活动对泉域的影响逐年增强,混合作用是人类活动对泉水影响的体现,多因素的共同作用使得泉域水化学特征及演化规律愈加复杂。探究泉域水化学演化规律对保护岩溶水环境具有指导意义。

关键词：水化学特征演化规律影响因素济南泉域

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干旱地区矿区顶板水力性质变异机理

煤炭学报 2013年第12期38卷 2196-2201页

作者：邢立亭武强谷亚伟济南大学资源与环境学院山东济南250022 山东省地下水数值模拟与污染控制工程技术研究中心山东济南250022 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

西北干旱地区的侏罗纪煤田开采极大地破坏水资源,通过锦界煤矿排水量历时变化与水均衡分析,阐明了矿区开采前、后地下水循环模式的变化,基于煤矿开采前后矿区孔隙水、裂隙水以及双层混合水位特征研究,认为矿区顶板水力性质的变异是回采... 详细信息

西北干旱地区的侏罗纪煤田开采极大地破坏水资源,通过锦界煤矿排水量历时变化与水均衡分析,阐明了矿区开采前、后地下水循环模式的变化,基于煤矿开采前后矿区孔隙水、裂隙水以及双层混合水位特征研究,认为矿区顶板水力性质的变异是回采工作面推进过程中顶板隔水层的导通性与隔水层弥合性的统一演化过程诱发的,矿区顶板隔水层的导通性与弥合性改变矿区地下水循环途径,进而形成干旱地区的大水矿床。同时认为基于顶板水力性质变异的实时矿井涌水量预测方法将是下一步矿床水文地质学研究的重点问题。

关键词：干旱地区顶板水力性质导通性弥合性

基于不同机器学习法的黄土高原地区气温模拟比较研究

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基于不同机器学习法的黄土高原地区气温模拟比较研究

作者：邢立亭西北师范大学

学位级别：硕士

在全球变暖的大背景下,近地表气温的模拟研究已经成为一个重要的研究内容,研究近地表气温的变化对于分析气候的演变规律,预测未来的气候变化情况具有重要的意义和作用。近地表气温数据主要依靠气象站点获取,在地形复杂的广大地区,气象... 详细信息

在全球变暖的大背景下,近地表气温的模拟研究已经成为一个重要的研究内容,研究近地表气温的变化对于分析气候的演变规律,预测未来的气候变化情况具有重要的意义和作用。近地表气温数据主要依靠气象站点获取,在地形复杂的广大地区,气象站点稀少,很难依靠气象站点的内插或者外推获得空间分布的近地表气温数据。机器学习在气温模拟中有着很好的优势,但不同的机器学习法在不同的区域有着不同的模拟精度,因此本文以气象站点较少的黄土高原为研究区利用遥感数据结合机器学习法来模拟得到空间连续分布的近地表气温数据。本文选取了MODIS 4个时相的地表温度数据、经纬度、海拔、坡度、坡向、归一化植被指数、太阳辐射、地表反照率和降水13个变量作为深度神经网络(DNN)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)三种机器学习模型的输入数据,得到了三种近地表气温的模拟结果,并利用气象站点的实测数据对三种模型的模拟结果进行验证,比较得出了模拟黄土高原近地表气温的最优模型。此外本文还选取了ERA-5、ERA-Interim和CSFR三种精度较高、时间连续性较好的气温再分析资料对最优模型气温的模拟结果在变化趋势、空间分布及误差方面进行了比较。最后使用精度较高的随机森林模型模拟得到了黄土高原地区2003～2017年逐月空间分布的近地表气温。通过本文的研究得出的主要结论如下:(1)随机森林模型相较于其他气温模拟方法,模拟的精度较高,平均绝对误差为0.91℃。均方根误差为1.06℃,且模型在不同区域的稳定性较好,相较于其他气温模拟方法,模型的输入因子也容易获取,具有更好的普适性。(2)卫星夜晚获取的地表温度数据对近地表气温模拟结果十分重要,在变量选取时要选取卫星夜晚获取的地表温度数据作为模拟近地表气温的重要参数,本文为使用夜晚地表温度数据进行近地表气温的研究提供了依据。(3)随机森林模拟结果的月均变化趋势与实测站点的变化趋势更为一致,CSFR再分析资料整体上对近地表气温有明显的高估,ERA-5和ERA-Interim气温再分析资料也存在不同程度的高估。(4)使用随机森林方法模拟的近地表气温数据相较于CSFR、ERA-5和ERA-Interim气温再分析资料,空间分辨率更高,数值之间的过渡也更为合理,更加验证了随机森林在模拟近地表气温的适用性和模型的稳定性。(5)气温的最高值分布在黄土高原的中部,低温分布在西部和南部的高原山地,气温受海拔的影响较大;从季节上看,黄土高原地区春季和夏季的平均气温总体呈现出波动上升的趋势,冬季平均气温的数值较为稳定,气温上升幅度不大,秋季呈现出下降的趋势;2003～2017年黄土高原地区年均温整体上呈现出逐年上升的趋势,从年均温空间分布上看,局部地区增暖的趋势较为明显。

关键词：近地表气温机器学习随机森林深度神经网络支持向量机遥感

基于多源遥感数据的温度-土壤湿度-降水干旱指数(TMPDI)的构建与应用

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干旱区研究 2021年第5期38卷 1442-1451页

作者：满元伟李净邢立亭西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070

干旱在全球范围内产生了深远的社会和经济影响,可靠的干旱监测对防旱抗旱工作具有重要指导意义。由于在植被覆盖度和农作物种植率较低区域使用植被状态或单因子进行干旱监测时精度较低,故本文采用地表温度(LST)、降水量(P)和土壤湿度(SM... 详细信息

干旱在全球范围内产生了深远的社会和经济影响,可靠的干旱监测对防旱抗旱工作具有重要指导意义。由于在植被覆盖度和农作物种植率较低区域使用植被状态或单因子进行干旱监测时精度较低,故本文采用地表温度(LST)、降水量(P)和土壤湿度(SM)数据,基于三维欧氏几何空间中欧氏距离方法构建了一种新的干旱指数:温度-土壤湿度-降水干旱指数(TMPDI)用于干旱监测。并以甘肃省为研究区,利用SPI、SPEI、遥感数据以及小麦单位面积单产对TMPDI进行验证。结果表明:TMPDI与SPI、SPEI高度相关(R^(2)>0.64),且在干旱监测中兼顾降水量与气温影响的同时,降低了使用降水量或地表温度进行干旱监测的不确定性,提高了土壤湿度在农业干旱监测中的准确性与有效性,能准确地描述干旱事件的时空演变特征,同时也能较好地反映出干旱强度与干旱面积率的变化对小麦产量造成的影响,说明TMPDI在农业干旱监测中具有较高的有效性和可靠性。

关键词：干旱指数干旱监测遥感 MODIS TRMM GLEAM