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《科技信息》论文精选

宁乡县灰汤矿区地下热水人工回灌条件下动态特征分析
摘要:灰汤地区地下热水持续下降,为缓解下降趋势,2011年进行人工回灌。为系统的掌握人工回灌对地下热水的影响,通过建立地下水动态监测系统,得出人工回灌条件下灰汤地下热水水位、水温、水质变化规律。为灰汤地下热水有序开采提供有力的依据。
关键词:地下热水;人工回灌;水位;水温;水质
 
随着灰汤地区经济的发展,尤其是旅游业迅速发展,对地下热水需求量增加,无序开采使灰汤地下热水位逐年下降:1974年地下热水高出地面自流[1],2002年水位降至30多米,2010年降至55米[2],并且,下降速度有逐年加大趋势。2011年我院在Ⅶ号井以西约60m处钻探成井了一口回灌井,2011年11月11日正式实施回灌至今。
为准确评价人工回灌条件下地下热水的动态变化,我院于2013年8月30日-2014年8月30日对灰汤地区地下热水进行了动态监测(监测井分布见图1)。监测项目包括水量(回灌量及开采量)监测、水位监测、水温监测、水质监测。其中水量、水位监测为回灌井及各个开采井(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号);水温监测为各个开采井;水质监测包括回灌水质监测(回灌井)和地下热水水质监测(Ⅴ和Ⅶ井)。
 
图1  监测井点布置图
1  监测期间水量和水位变化关系
通过对比分析水位标高与开采量-回灌量差值关系,随着开采量-回灌量差值增加,水位标高大致呈线性减少,线性关系为y1=-0.0022x+56.5333(见图2)。水位标高变化离散性大,主要是受回灌量、开采量的影响。
(1)若开采量与回灌量基本平衡时,水位标高可基本保持在56.5m。
(2)开采量与回灌量差值保持基本不变时,可以保持水位基本稳定。
(3)在夏季用水淡季时,开采量比较小(基本保持不变)的前提下,可以通过加大回灌量来提高地下水位埋深,以供冬季用水旺季时用。
 
图2  开采量-回灌量与水位标高线性相关关系图
2  监测期间水量和水温变化关系
2.1回灌量与水温关系
监测期间,水温随着回灌量增加而降低,变化关系为y2=-0.0002x+76.594(见图3),但是受回开采量影响较大。
2.2开采量-回灌量差值与水温关系
监测期间,水温随着开采量-回灌量差值增加而升高,变化关系为y3=0.0017x+75.67(见图4),但是受回灌水量影响较大。
 
      图3  回灌量与水温线性相关关系图        图4  开采量-回灌量差值与水温线性相关关系图
3  监测期间水量和水质变化关系
3.1回灌量与偏硅酸、氟含量关系
监测期间,地热流体仅偏硅酸、氟含量均达到有医疗价值浓度及命名矿水浓度,在此仅比较回灌量与偏硅酸和氟的关系。回灌量与偏硅酸和氟含量的关系,为含量随着回灌量增加而降低。偏硅酸含量变化关系为:y4=-0.006x+86.693(见图5);氟含量变化关系为:y5=-0.0001x+4.485(见图6)。
 
图5  开采量-回灌量差值与偏硅酸线性相关关系图   图6  开采量-回灌量差值与含量线性相关关系图
3.2回灌量与水质关系
监测期间,离子或元素含量变化主要受回灌水量影响,各离子变化随回灌水量变化关系:
(1)大部分离子或元素含量随回灌水量变化相关性不明显;
(2)随着回灌水量增加,含量增加的主要有:Ca2+、Mg2+、Sr等;
(3)随着回灌水量增加,含量减少的主要有:Na+、SO42-、HCO3-、H2SiO3、负硬度等。
灰汤热水具有特定的化学成份和气体成份,动态较稳定、高温、脉状承压,这些特征说明灰汤地下热水是在特定的地质和水文地质条件的物理化学环境下形成的。
灰汤热水水质类型为低矿化重碳酸-钠,这种类型完全由热水的埋藏与补给条件决定的。而回灌水为重碳酸钙型水,这些水在回灌压力下渗到地壳深处时,便在高温高压的物理化学环境中,使Ca逐渐被Na所代替,而转换为Na含量高的重碳酸钠水。Sr等重金属元素因比重较大,回灌前含量较少,在回灌压力及流体的带动下,加速了Sr等重金属元素的流动,故使该元素的含量增加。
4  回灌前和监测阶段对比分析
4.1水位在回灌前和监测阶段对比
对比回灌试验前和监测期间水位标高平均值(见表1),回灌试验前Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号开采井水位标高平均值为29.60~30.54m,监测期间Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号开采井水位标高平均值为55.08~57.21m,水位标高升高23.03~25.52m,平均升高24.66m。改善了水位持续下降的趋势。

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