文档介绍：巍山煤矿开采对地下水影响的数值模拟研究第一章绪论选题背景及研究意义中国属于采煤大国之一,煤炭产量为世界首位,在全国的一次性能源结构中的比例为 70 %多[1-2] 。全国百分之二十五的原煤产量来自我国的的重要能源化工基地山西省,全省的大部分区域地下埋藏着丰富的煤炭资源,占了整个山西省面积的百分之四十左右,主要包括大同、宁武、西山、霍西、河东与沁水六大煤田[3-4] 。然而, 煤与水一起储存在相同的地质实体中,在自然状况下,都具备各自的变化情况和储存条件。因为采煤抽水打破地下含水层之前的自然状态,开采范围内各个含水层的水位等值线发生了较大的弯曲,改变成类似漏斗一样的形状以开采范围为中心,同时地下各个含水层各自之间的补给、径流、排泄的关系发生了很大的改变,开采范围内各个含水层的水位下降较快,周边的各个含水层向开采范围中心附近含水层汇聚,各个含水层水流速度加快,整个周边的含水层水位下降,水资源储存量也随之减少,一部分承压含水层转变成无压含水层,最终导致煤层的上覆地下含水层遭受显毁坏,原先的含水层被迫变成透水层[5-6] 。地下水必定会在新的环境中寻找新的平衡,在寻找新的平衡期间势必要对原有的生态环境发生改变,且产生一定的影响,如地面下沉、地面塌陷、地裂缝、地下水水质恶化、海水入侵、荒漠化及沙化等[7-9] 。近年来,全国各族人民在国民经济的快速发展的大好形势下,人们对环境保护的观念也随之增强,全国的学者们对采煤引起地下水的相关问题给予了高度的重视,分别从不同角度进行了研究,并取得了一定成果,山西省作为我国严重缺水的省份之一,增强采煤对地下水环境影响等评价的研究就显得相当必要[10-12] 。巍山煤矿井田位于山西省晋中市榆次区城北直距约 19km 处,井田呈不规则多边形,设计产量为每年万吨,允许开采石炭系太原组的 13-15 号煤层,服务时间为 11. 7 年。本文采用 GMS 建立数学模型的方法,以 13-15 号煤层上覆基岩裂隙含水层为主要研究对象,利用有限元法对数学模型进行求解,定量分析和预测了采煤后地下水流场的变化及其发展趋势,能够提供一定的科学依据在水资源应用与生态环保方面。国内外研究现状在国外,斯图尔曼[13]( stallman) 于 1956 年开始把数值计算应用到地下水的研究中[14] ,但是由于运算比较大量,使数值计算的发展有了一定的限制。 19 世纪 60 年代华尔顿( alton) 第一次把电子计算机应用于地下水数值模拟中[14] ,数值法应用的开始实现,才使得数值法计算在地下水研究方面有了快速发展。一个既可靠又具有实用价值的地下水数值模拟模型由 Anderson 等提出并创建,它包括以下几个步骤:确定数值模型的目标、创建概念与数学模型、模型的设计、模型的计算与求解、模型的分析与校正、灵敏度分析校正的、模型的识别与验证、模型的预报与分析、分析预报的灵敏度、模型的最终设计和模型最终结果的输出、后续模型的检查及对模型可能的再设计[15] 。 Wood 提到时间步长关系与有限单元法计算的相关联系,这一关系对于二维地下水流的运动模拟产生重大影响[16] 。 Kim 等学者以排出地下水产生的 reverse water level fluctuation 情景建立相应的数值模型模拟,并且详细阐述了产