河口海岸带附近地下水运移规律研究

【摘要】：本论文以理论研究为主线辅以实际探索,对河口海岸带地下水运移规律进行了深入浅出的研究与分析。以河口海岸带地下水运动的“潮汐”特征为主线,本论文的主要研究内容包含了河口海岸带的地下水动力特性、河口海岸带的溶质运移特性等,其中包括: (1) 将指导实验模拟的相似理论引入推导垂向非均质因素(工程影响因素)影响下近岸地下水运动解析解中,应用方程分析法寻求垂向非均质含水层之间的相似比例系数。通过相似变换使得新解适于模拟天然情况下的垂直层状含水层或人工的垂向非均质含水层结构(防渗墙)影响情况下的水流规律。 (2) 从经典控制理论出发对一维垂向非均质含水层中潮汐响应问题进行推导分析,将半无限含水层设定为单输入控制下单输出线性开环系统,以传递函数作为含水层系统的基本数学描述,从另外一个角度对基于相似理论推导的该问题进行验证。 (3) 建立极坐标形式地下水二维潮汐运动模型。基于含时间t的格林函数推导象限域的河口含水层潮汐运动解析解和基于不含时间项t的格林函数推导出了扇形含水层区域在潮汐作用下地下水波动的解析解,通过概念模型描述了含水层在海潮和河口潮汐共同作用下地下水运动规律。 (4) 基于河口区域二维潮汐运动问题的控制方程和特点,采用简洁的数学转换提出求解相应的轴向各向异性含水层地下水潮汐运动的理论与方法。推得的解析解是本文新推导的扇形含水层二维潮汐运动解析解与前人求解的解析解的进一步推广与完善。 (5) 基于地下水饱和非饱和变密度水流和溶质运移模型,在概念模型的基础上通过数值模拟对地下河口的咸淡混合带的潮汐效应进行研究,并根据数值试验中咸淡锋面的特征以及对岸滩倾角效应的分析划分了地下河口咸淡混合的类型。 (6) 对于河口海岸带的真实环境进行了初步模拟探讨,结合实测资料探讨了河口海岸带地下水运移的各种自然特征现象,为今后对河口前缘地带的地下水运移规律的系统性研究奠定了一定的基础。 (7) 将Tabu搜索法应用在水文地质参数的反演上,结合河口海岸带地下水运移模拟参数优化反演问题对该方法进行了验证,表明此方法源于人工智能,显示出随机搜索的优势。