地下水封洞库群涌水量的预测研究—烟台地下水封LPG库为例.docVIP

硕士专业学位论文 地下水封洞库群涌水量的预测研究—以烟台地下水封LPG库为例 Estimation of Water Inflow into Underground Water Sealed Storage Caverns: Take Yantai Underground Water-sealing (LPG) Caverns For Instance 专业学位类型 ： 水利工程 所在学院 ： 环境学院 摘 要 地下水封洞库是由岩石和赋存于岩层中的地下水共同组成的一个压力容器。它是以地质体做建筑材料,以地质环境做建筑环境修建的一种特殊工程—典型的地质工程。与地上储备库相比，在地质条件适宜地区,地下储备库具有安全性高、不占或少占耕地、投资省、污染小、保护环境、节省钢材、使用寿命长等优点。当今大部分地下水封洞库主要用来储存石油，还有少部分用以储存液态或气态的化工原料。 保证洞库施工安全和长期安全稳定运行的关键是控制好水封，而如何合理准确预测洞库施工和长期运行不同阶段的涌水量，直接影响到地下结构方案、施工和运行安全以及工程建设成本。目前用于预测地下洞库涌水量的方法主要有比拟法、解析法以及数值模拟分析等多种方法。本文将利用数值模拟法对地下水封洞库群在施工期及运营期的涌水量进行预测，并结合具体的工程情况，分析水文地质模型模型模拟结果的准确性，对地下洞库类工程涌水量的预测工作提出合理化建议。 地下水封LPG（液化石油气Liquefied Petroleum Gas）洞库类工程的建设在我国才刚刚起步，目前没有很多成功的经验可以借鉴，本文以具体工程为例，介绍了如何运用数值模拟的方法对涌水量进行预测，这也可以为今后地下水封洞库类工程的涌水量预测工作提供一定的借鉴作用。 本文的研究区位于山东省烟台市，研究区内岩性主要为燕山一期含中粗粒黑云母二长花岗岩，主要的地下水存在类型为第四系孔隙水和基岩裂隙水。该地下水封液化石油气储备库是目前国内库容最大的，液化烃地下水封洞库设计库容100万m3，按储存介质不同而分成三个洞库，其中液化丙烷库50万m3，液化丁烷库25万m3， LPG库25万m3，主要地下工程包括9个主洞室、4个竖井、10条水幕巷道、6条交通巷道。洞库建设场地范围，南北长约750m，东西长约1000m。 本文以烟台某地下水封LPG洞库为例，利用数值模拟的方法对该项目施工期及后期运营期间的涌水量大小做了预测。本次论文工作首先从野外调查工作开始，野外调查工作主要包括地下水位的测量、模型边界的踏勘、地下水位季节性波动的测量记录、河流水位、流速和流量的测量等工作。野外第一手资料的准确性非常重要，直接影响到模型模拟的精度和结果的可信度。然后在试验场地上进行了必要的水文地质试验，水文地质试验主要包括提水及恢复试验、注水试验、压水试验等，通过一系列的水文地质试验可以确定模型中的参数，包括渗透系数和降雨入渗系数等。运用三维地下水模拟软件—FEFLOW软件，利用确定好的模拟区范围、模型分层情况、边界条件、模型参数等数据，建立数学模型。首先利用建立好的数学模型模拟天然流场，将结果与钻孔水位和水文地质调查点的水位进行比较，校验模型的仿真性与准确性。同时，模拟出的天然流场的结果可以作为施工期模型的初始流场。然后根据施工期设计，对不同施工阶段以及后期运营期的情况建立对应的数学模型进行模拟计算。对模型运行出的结果进行水均衡分析，得出洞库每天的涌水量及水幕系统每天的补水量。运用ARCGIS软件对模型模拟出的不同阶段的渗流场与天然渗流场进行空间分析，得出不同阶段的水位降落漏斗的大小和范围。 通过以上一系列工作，本文得到以下结论： 1.绝大多数钻孔的平均渗透系数值在10-4—10-5m/d之间。该数量级范围对于地下洞库类项目要求的渗透系数而言较小，水封条件因此可以得到基本保证。 2.综合前期水文地质资料，建立了库区三维地下水流动数值模型，并利用实测水位数据对模型进行校验，拟合效果较好，得到的参数以及渗流场可用于后续的洞库施工、运营渗流场的模拟。 3.利用拟合得到的模型，对施工期及运营期的涌水量以及相应水幕补水量进行模拟预测。，施工期各阶段最大涌水量介于94.4～316.9m3/d，而稳定涌水量介于63～439m3/d，水幕在施工期补水量介于72.3～287.6m3/d。 4.施工期内的每个阶段都是初期涌水量比较大，而后期涌水量变小且趋于稳定。这是由于在施工初期，洞库上方的水头较大，进而水力梯度也相对较大，所以洞库涌水量也较大，随着施工的进行，洞库上方的水头由于洞库涌水而降低，导致水力梯度减小，所以涌水量也随之减小。 5.运营期洞库涌水量经过短暂的下降之后即很快达到稳定，稳定值约327.9m3/d，而水幕补水量则经过短暂的上升之后达到稳定，稳定值约267 m3/d。