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傍河抽水驱动下河流与地下水关系演化的数值模拟研究

姚珂君  
【摘要】: 研究河流与地下水关系的演化过程,对深化沿河地段地下水资源形成的认识,发展与创新河床下地下水运动的理论和研究方法具有十分重要的理论和实际意义。 本文在总结河流与地下水的关系及渗流特征的基础上,结合室内砂槽实验,以饱和-非饱和渗流理论为指导,构建了抽水驱动下河流与地下水的关系演化模型,利用GMS软件模拟研究傍河抽水驱动下河流与地下水关系演化过程及影响因素。论文的主要内容有: 1.讨论河流与地下水关系及渗流特征,并以实验研究为例,探讨了抽水驱动条件下河流与地下水的关系从具有统一浸润曲线到脱节的演化过程。 2.构建了抽水驱动下河流与地下水关系演化的数学模型,并根据不同的影响因素设计的模拟方案,利用GMS软件进行模拟。 3.分析总结模拟结果,揭示抽水驱动下河流与地下水关系演化的动力学过程。 4.模拟结果对比分析,指出含水层介质、河床弱透层、含水层弱透层、河床形状四种因素对演化过程的影响。 (1)河流与地下水关系演化过程与介质性质的相关小,与排泄水位相关性大。 (2)河床弱透层存在使得临界脱节水位升高、地下水排泄量减小、悬挂饱水带厚度减小。 (3)含水层弱透层存在使得临界脱节水位升高、地下水排泄量减小。当弱透层靠近河流时,阻碍河水入渗,促进脱节;当弱透层靠近地下水排泄区域时,阻碍地下水排泄,延缓脱节。当含水层中存在多层弱透层,对河流向地下水转化起阻碍作用的主要是河床中心以下的第一层弱透层,其他部分对流场的影响很小。 (4)相对于矩形河床,三角形河床的渗漏面积减小,河水补给量减小,地下水的临界脱节水位升高。当河流与地下水脱节后,矩形河床的悬挂饱水带呈半圆形,三角形河床的悬挂饱水带呈直立菱形。


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