长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟

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出版者:科学出版
作者:张洪江
出品人:
页数:24273
译者:
出版时间:2006-1
价格:60.00元
装帧:
isbn号码:9787030165558
丛书系列:
图书标签:
  • 长江三峡
  • 花岗岩
  • 优先流
  • 水文模拟
  • 地质灾害
  • 水土流失
  • 流域水文
  • 三峡地区
  • 岩溶地貌
  • 模拟研究
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具体描述

《长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟》对优先流的研究史、基本内涵和研究进展进行了较为系统的总结和归纳,并以长江三峡花岗岩区优先流为研究对象,以湖北省秭归县曲溪小流域为试验基地,选择曲溪小流域内典型林地坡面,采用剖面灌水法分析了优先流路径在土壤剖面上的水平分布和垂直分布特征,并从自然降雨条件下优先流的发生发展过程着手,对长江三峡花岗岩区林地优先流水文特性和发生发展规律进行了研究。通过观测降雨、地表径流、沟道径流、剖面渗流、优先流过程等,分析了优先流对壤中流的作用、优先流运动特性、降雨和土壤物理性质对优先流的影响等,并进一步探讨了优先流对地表径流过程的影响。以野外和室内测定原状土的基本参数为基础,借鉴国外优先流研究方面的方法与部分成果,建立了长江三峡花岗岩地区优先流模拟模型。

长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟 长江三峡地区,作为我国重要的地质构造区域,其复杂的地质背景,特别是广泛分布的花岗岩体,对区域水文地质过程产生了深远影响。本文深入探讨了长江三峡花岗岩地区优先流运动的特性及其模拟研究,为区域水资源管理、地下水污染防治以及工程建设提供了重要的科学依据。 一、 优先流现象及其在花岗岩地区的表现 优先流,又称非达西流或通道流,是指在多孔介质中,由于介质的非均质性,水分并非均匀地渗透到整个介质中,而是沿着某些导水性较好的通道优先流动。在花岗岩地区,这种现象尤为显著。花岗岩作为一种侵入性岩石,其固有的裂隙、断层、微观孔隙以及岩石风化形成的岩石破碎带,构成了复杂的地下水运移网络。 1. 优先流形成的地质因素: 结构面(裂隙、断层): 花岗岩体内部发育着大量的结构面,这些结构面是岩石力学性质差异、构造应力长期作用的结果。裂隙的规模、密度、连通性和张开程度直接决定了其导水性。深部的断层带往往是区域性强导水通道。 岩性变化与风化: 即使在同一花岗岩体内部,也可能存在微观岩性差异。岩石的风化作用更是加剧了优先流的形成。地表附近的浅层花岗岩易风化成残坡积层,这些层状或块状的破碎岩石具有良好的渗透性,形成优先流层。 孔隙结构: 花岗岩的基质孔隙相对发育较差,但其微裂隙和晶界缝隙可以提供一定的渗透路径。当这些微观孔隙连通性增强时,也会表现出一定的优先流特征。 2. 优先流的类型与特征: 裂隙优先流: 主要由岩石内部的宏观裂隙和节理控制,水流沿裂隙快速下渗。 破碎带优先流: 由构造运动或风化作用形成的岩石破碎带,其渗透性远高于未破碎的花岗岩基质,形成主要的导水通道。 风化壳优先流: 在地表附近,花岗岩风化形成的残坡积层、全风化层等,其渗透性较高,形成浅层优先流。 混合型优先流: 在实际地质环境中,以上几种优先流类型往往相互叠加,共同影响地下水的运移。 二、 优先流模拟的研究方法 准确模拟长江三峡花岗岩地区优先流的运动,对于理解区域水循环、评估地下水资源量以及预测污染物迁移具有重要意义。目前,常用的模拟方法包括: 1. 离散裂隙网络模型(DFN): 原理: DFN模型将岩体内的裂隙系统视为一系列具有不同几何参数(长度、方向、张开度、粗糙度等)的离散体。通过生成和连接这些裂隙,构建出三维的裂隙网络,并在此网络上进行数值模拟。 优势: 能够较好地反映裂隙对地下水运移的控制作用,适用于裂隙发育明显的岩体。 挑战: 裂隙参数的获取难度较大,需要精细的地质勘探和数据分析。 2. 多孔介质连续介质模型(ECM)及其扩展: 原理: ECM将岩体视为具有宏观平均渗透性的均质或非均质多孔介质。然而,在优先流区域,传统的ECM难以准确描述水分沿少数通道快速运移的现象。 扩展模型(如双介质模型、双孔隙模型): 双介质模型(如双孔隙模型): 将岩体划分为两类区域:高导水性的裂隙(或破碎带)和低导水性的岩石基质。模型考虑了裂隙和基质之间的相互作用(如水力交换),能够更好地模拟裂隙优先流。 双孔隙模型: 进一步区分了岩石的宏观孔隙(如裂隙)和微观孔隙(如岩石基质的孔隙),并考虑了它们之间的物质交换。 优势: 概念清晰,模型相对成熟,便于在区域尺度应用。 挑战: 需要准确确定不同介质的导水性和相互作用参数。 3. 混合模型: 原理: 结合DFN模型和ECM的优势,例如,在裂隙发育密集的区域使用DFN,在基质渗透区域使用ECM,或者将DFN模拟结果作为ECM模型的边界条件或参数输入。 优势: 能够兼顾裂隙和基质的复杂性,提高模拟的精度。 挑战: 模型构建和耦合较为复杂,计算量大。 三、 长江三峡花岗岩地区优先流模拟的关键技术问题 在长江三峡花岗岩地区进行优先流模拟,需要解决以下关键技术问题: 1. 地质体精细化描述: 结构面参数化: 精确获取花岗岩体内的裂隙、断层、破碎带等结构面的空间分布、密度、连通性、张开度、粗糙度等参数,是DFN模型和双介质模型的基础。这需要结合遥感、地质填图、钻孔电视、声波探测、无人机勘探等多种手段。 风化层刻画: 对地表附近花岗岩的风化程度进行分级,并准确描述不同风化带的渗透性参数,对于模拟浅层优先流至关重要。 2. 渗透性参数的识别与赋值: 现场测试: 抽水试验、注水试验、孔隙水压力监测等是获取不同岩性单元和结构面渗透性参数的有效方法。 室内试验: 岩石渗透性测试、岩石力学试验可以为模型提供参数依据。 反演模拟: 利用实际观测数据(如水位、流量)对模型参数进行校准和反演,是提高模型预测精度的关键。 3. 多物理场耦合模拟: 水-力耦合: 考虑地下水流动对岩体变形的影响,尤其是在结构面区域,孔隙水压力变化可能引起结构面的开合,进而影响流速。 水-热耦合: 在某些地热活动区域,地下水与热的运移耦合可能影响水的粘滞性,从而改变渗透性。 水-力-化学耦合: 地下水与岩石的化学反应可能改变孔隙和裂隙的几何形态,进而影响优先流。 4. 模型尺度效应: 宏观与微观的衔接: 如何在不同尺度下准确地刻画和模拟优先流,是进行区域尺度研究的难点。例如,微观裂隙网络的模拟结果如何转化为宏观介质的参数。 四、 长江三峡花岗岩地区优先流研究的意义与应用 长江三峡花岗岩地区优先流运动的研究,具有重要的理论与实践意义: 1. 水资源评估与管理: 准确模拟地下水补给、径流和排泄过程,为区域水资源的合理开发利用提供科学依据。 理解优先流对区域地下水含水层系统的贡献,提高地下水资源量评估的精度。 2. 地下水污染防治: 预测污染物在优先流通道中的快速迁移路径和扩散范围,为制定地下水污染修复方案提供指导。 识别潜在的污染源及其影响区域,加强对关键区域的监测与管理。 3. 工程地质与灾害预测: 在水利工程、交通工程、矿山开采等建设中,优先流对边坡稳定性、地下结构渗漏等具有重要影响。 理解优先流有助于预测滑坡、崩塌等工程地质灾害的发生机制。 4. 生态环境保护: 优先流影响着地下水与地表水(河流、湖泊)的交换,对区域水生生态系统的健康具有重要作用。 结论 长江三峡花岗岩地区复杂的裂隙与破碎带系统,导致了显著的优先流现象。通过精细的地质刻画、先进的模拟方法(如DFN模型、双介质模型)以及对多物理场耦合和尺度效应的深入研究,能够更准确地理解和预测该地区地下水的运移规律。这项研究不仅深化了对复杂岩体水文地质过程的认识,也为长江三峡地区的水资源管理、环境保护和可持续发展提供了重要的技术支撑。

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这本书的书名听起来就充满了科学探索的魅力,"长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟"。光是“长江三峡”这几个字,就勾勒出一幅波澜壮阔的自然画卷,那里雄奇的山峦,奔腾的江水,以及其中蕴含的亿万年地质变迁,总是引人遐想。而“花岗岩地区”则将焦点聚焦在一种坚韧而古老的地质构造上,它构成了三峡壮丽景色的骨骼。接着,“优先流运动”这个概念,瞬间将读者的好奇心推向了更深的层面,它暗示着一种在复杂地质环境中,水分或其他流体运动的特殊规律,也许是控制着地下水补给,或是影响着地表侵蚀的关键。最后,“及其模拟”更是让人期待,这意味着作者们不仅深入观察和研究了自然现象,还运用了先进的科学技术,将这些复杂的运动过程在计算机中进行复现和预测。作为一名对自然科学和工程技术都颇感兴趣的读者,我迫不及待地想知道,作者是如何将这几个看似独立的元素巧妙地联系起来,又是如何解析出花岗岩地区那种不为人知的“优先流”秘密,以及这些模拟结果又将为我们理解三峡地区的生态环境、水文地质,乃至未来的工程建设带来怎样的启示。这本书无疑为我们打开了一扇通往地下世界,通往地质动力学前沿的窗口,让人充满探索的欲望。

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这本书的名字,"长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟",光是读起来就觉得充满了学术的厚重感和对自然界深层规律的探索。三峡地区,我们国家重要的地理单元,其独特的地质背景——花岗岩,以及其中可能存在的“优先流运动”,这几个关键词组合在一起,立即激发了我对背后科学研究的好奇心。我一直认为,花岗岩这类岩石,虽然看起来坚固,但在其内部往往存在着复杂的裂隙系统,这些裂隙的分布、规模、连通性,是决定地下水如何在其内部运动的关键。而“优先流运动”,这听起来就像是地下水在遵循着某种“选择性”的路径在流动,而不是像在松散的土壤中那样缓慢而均匀地扩散。这可能意味着,在三峡的花岗岩体中,存在着一些特别有利的通道,水流更倾向于沿着这些通道前进。这对于理解三峡地区的水文地质系统,比如地下水的补给来源、径流路径、排泄方式,乃至地表水与地下水的相互作用,都将提供非常宝贵的视角。更让我感到兴奋的是,“模拟”这个词,它意味着作者们可能不仅进行了理论上的分析,还运用了现代的计算科学和工程技术,通过建立数学模型来重现和预测这些优先流动的过程。这种定量化的研究方法,很可能为我们揭示出许多肉眼无法直接观察到的地下水运动规律,也可能为三峡地区的生态环境保护、水资源管理以及工程建设提供重要的科学依据。

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这本书的标题,"长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟",光听着就感觉充满了硬核的学术气息,但同时也让我感受到了对我们国家伟大工程所在地深层奥秘的探索。长江三峡,这片承载着千年历史和壮丽山河的土地,其地下的结构和水文特性,对于理解整个长江流域的水资源分布和生态平衡至关重要。而“花岗岩地区”则是一个关键的限定词,它指出了研究的区域地质背景,花岗岩的渗透性特点、裂隙发育规律等,都是影响地下水运动的重要因素。 “优先流运动”这个概念,对我来说是一个新颖的切入点,它暗示着地下水的流动并非均匀渗透,而是存在着某些“捷径”或“通道”。这让我联想到,是否是因为三峡地区的花岗岩体中存在着大量的构造裂隙、节理,甚至是一些隐伏的断层带,这些通道成为了地下水优先流动的路径?如果真是这样,那么研究这种优先流的分布和规律,对于评估该地区的地下水资源潜力、预测地下水位变化,甚至在水利工程(如大坝建设)的选址和设计中,都可能提供非常重要的地质和水文信息。而且,书中提到了“模拟”,这表明作者不仅仅是做了定性的描述,而是可能通过科学的模型,对这些复杂的地下水运动过程进行了定量化的分析和预测。这无疑是一项极具挑战性的工作,也预示着这本书的内容将是理论与实践相结合的深度研究。

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听闻这本书的书名——《长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟》,我立刻联想到了一幅壮丽而又复杂的地下画卷。长江三峡,这片以其雄伟的山峦和奔腾的江水闻名于世的地理区域,其地下的构造和水文特征,一直是科学界关注的焦点。尤其是“花岗岩地区”,它暗示了研究的对象是坚硬的基岩,而花岗岩的孔隙度和渗透性通常较低,地下水的流动往往受制于裂隙网络。由此,“优先流运动”这个概念便显得尤为关键。我猜测,这本书的研究重点可能在于揭示在三峡地区的花岗岩体中,地下水是如何沿着特定的通道(如张性裂隙、节理、断层破碎带等)进行快速、高效的迁移,而非均匀地渗透于整个岩体之中。这种“优先流”的存在,很可能对区域的水文循环、地下水资源的可持续利用,以及地质灾害(如滑坡、崩塌)的发生有着直接或间接的影响。而“模拟”一词,则让我对接下来的内容充满了期待。这是否意味着作者们运用了先进的数值模拟技术,例如基于离散裂隙网络模型或连续介质介孔模型,来定量地描述和预测这种复杂的地下水流动行为?模拟结果的准确性和可靠性,将是衡量这项研究价值的重要标准。我非常好奇,书中将如何处理三峡地区复杂的地质条件和地下水相互作用,以及这些模拟成果将为我们揭示哪些关于三峡地下水系统的全新认识。

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我之前一直对长江三峡地区的地下水系统充满好奇,尤其是考虑到这里复杂的地质构造和多样的岩性。提到“花岗岩地区”,我脑海里立刻浮现出那些坚硬、致密的岩石,它们在地表形成了壮丽的山体,但在地下,它们又是如何承载和传递地下水的呢?“优先流运动”这个词,我是在一些水文学和地质学的文献里偶尔接触到的,它通常指的是在渗透性不均匀的介质中,水体沿着某些特定路径(如裂隙、断层等)优先渗透的现象。在花岗岩这样的基岩中,裂隙网络的存在几乎是必然的,而这些裂隙的分布、连通性以及充填物,都会极大地影响地下水的流动方式。这本书的名字直击了这个核心问题,它似乎承诺要深入揭示在三峡花岗岩地区,这种“优先流”是如何形成的,其主导因素是什么,以及它对整个区域地下水资源的管理和保护有何影响。更令人兴奋的是,“模拟”这个词,意味着作者们可能利用了数值模型,通过数学方程和计算方法,来重现和预测这些复杂的地下水运动过程。这不仅仅是理论上的探讨,更是将复杂的自然过程工程化、量化,这对于水文地质勘探、地下水资源评价,甚至应对极端天气事件(如干旱或洪水)都具有重要的实际意义。我非常期待书中能够提供详细的模型建立过程、参数选择依据,以及模拟结果的验证和讨论,相信这本书会为我们提供一个全新的视角来理解三峡地区神秘的地下水世界。

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