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岩溶管道溶质运移的尺度效应研究对穿透曲线的正确解译非常重要,但目前针对单一弯曲管道中溶质运移尺度效应的研究仍比较缺乏。文章将岩溶管道和溶潭分别概化为透明软管和水箱,基于前期建立的水箱-管道系统(简称“管道系统”),在水箱下游设置不同长度的弯曲管道,通过示踪试验研究管道运移尺度对穿透曲线的影响,并采用暂时存储模型模拟试验曲线。结果表明：(1)随着水箱下游管道长度的增加,峰值质量浓度逐渐缓慢降低,穿透曲线上升段斜率无明显变化,穿透曲线拖尾逐渐缩短,表明运移管道长度增加对溶质运移的影响大于下游管道弯曲;(2)穿透曲线偏度系数、后段溶质羽穿透时间和溶质羽穿透时间与管道系统长度呈良好的负线性相关关系(R2>0.96);(3)当对称和不对称水箱管道系统长度分别增加至154.5 m和164.3 m时,偏度系数接近0,穿透曲线分布接近对称;(4)弥散系数、存储区截面积和交换系数与管道系统长度呈良好的负线性相关关系,当对称和不对称水箱管道系统长度分别增加至159.9 m和178.1 m时,存储区截面积接近0,水箱导致的溶质运移滞后效应基本消失。研究结果对野外岩溶管道穿透曲线的... 相似文献
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基于CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究 总被引：2，自引：0，他引：2
多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例（1个落水洞、4个直管道）,探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。 相似文献
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岩溶管道结构特征对岩溶水资源的合理取用、保护及地下工程安全施工均具有重要影响。目前在利用示踪试验曲线分析岩溶管道结构特征时,难以通过曲线叠加、钝锋、不规则上升和下降等形态准确解释多条岩溶管道连接关系、地下湖所处位置和地下水状态。运用地下水溶质运移理论,推导出岩溶管道流溶质运移模型,根据模型绘制三维溶质运移形态和理论时间-浓度曲线,结合水力学相关知识,对岩溶管道连接关系、地下湖位置及岩溶管道流形态变化对应的时间-浓度曲线进行解释。得出以下主要结论:（1）曲线出峰个数对应岩溶管道条数,由于管道径流长度及流速存在差异,双管道并联曲线存在3种模型,分别为2个孤立的单峰、下降曲线存在双峰叠加和2个连续上升的叠加峰;（2）单管道曲线下降梯度个数对应地下湖个数,多管道需结合管道个数和地下湖位置具体分析下降梯度和地下湖个数关系,根据地下湖位置将双管道并联岩溶管道划分4种类型,即地下湖存在于未分支管道、主管道、支管道、主管道和分支管道上;（3）曲线形态极速变化标志着管道流发生表流和承压流的相互转化。研究结果可为岩溶地区地下水保护及地下工程安全建设提供保障。 相似文献
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裂隙网络管道模型弥散试验 总被引：1，自引：0，他引：1
为了探求不同裂隙几何参数对裂隙网络溶质运移的影响,基于离散裂隙网络思想和优势流、沟槽流理论,建立裂隙管道网络概念模型,搭建不同管径、不同连通方式的管道网络试验装置,进行渗流和溶质运移实验。运用应用广泛的模拟软件CHEMFLO-2000建立等效多孔介质模型,拟合不同几何参数下等效弥散度,定量刻画不同管道网络几何参数对溶质运移的影响,讨论了不同管径、连通方式等与等效弥散度之间的关系。通过进一步分析得出:在连通方式相同的情况下,不同管径的管道网络等效弥散度存在差异,但是差异不大;溶质在小管径中的穿透时间短于大管径,穿透曲线缓和程度相差不大;管道网络连通方式越复杂,其等效弥散度越大、对溶质运移的影响越大、穿透曲线越缓和、路径越长,等效弥散度越大;用这种等效弥散度的方法表征管道网络对溶质运移的影响,与多孔介质弥散度具有相似性;管道数目、管道面数目与等效弥散度成正相关关系,且等效弥散度随尺度的增大而增加。 相似文献
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穿透曲线反演管壁溶质通量的实验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
泉口穿透曲线提供了一个便捷有效的方法来研究岩溶含水层中污染物的运移。在旱季,滞留在石灰岩中的污染物通
过岩壁释放入管道,与管道水相混合并运输到下游泉口,因此,泉口穿透曲线能够反演出污染物释放时的管壁溶质通量。
笔者利用一个基于运移稀释模型的解析解,由40条实验室测量的穿透曲线来反演出相应的管壁溶质通量。结果表明,其基
本形状与穿透曲线相似,管壁透水的非均匀性在穿透曲线上明显表现出来,而在管壁溶质通量上表现为强振荡。因此,管
壁溶质通量比泉口穿透曲线对管壁透水的非均匀性有更高的分辨率。该通量是一个连接泉口穿透曲线和污染物在岩石中早
期分布的中间量,本文提供了一种研究管壁污染物释放过程的新方法。 相似文献
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王寨盆地是大武富水地段的一个特殊补给区,地质条件较为复杂,水文地质条件的研究相对较少,利用示踪试验对该区进行水文地质条件研究,是一种简单有效的方法。本次示踪试验采用钼酸铵作为示踪剂,历时75天,钼离子浓度历时曲线分为单峰型、双峰型和多峰型,地下水视流速平均值为23373m/d。通过试验揭示了王寨盆地岩溶发育特征为溶孔、溶隙、裂隙、管道、溶洞并存,地下水径流通道有单一管道型、单管道有水池型、多管道型和多管有水池型,具有多向性和复杂性;主要的地下水径流通道有3个,均汇入淄河断裂带;地下水流向以西南、东南、正东(东北)为主,整体流动较为缓慢,溶质的运移以正东(东北)方向最快;王寨断层和边河断层具有良好的导水性。因试验在枯水期进行,降雨量较小,地下水开采的日周期性影响也相对稳定,故试验时段地下水流场较稳定,试验结果所揭示的水文地质问题也较准确。 相似文献
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为了研究流量条件对岩溶管道溶质运移的影响,设计9种不同管道流量进行示踪实验,发现随着流量升高,峰值浓度逐渐增大,穿透曲线(BTC)拖尾逐渐缩短,弥散系数基本不变。在3种管道结构中,单管峰值浓度随流量升高增加的速度最快,不对称水箱峰值浓度随流量升高增加的速度最慢。相比单管道,对称水箱导致溶质瞬态存储在漩涡中明显滞后,不对称水箱导致主体溶质滞后穿透以及部分溶质瞬态存储在漩涡中滞后运移。根据中间7种流量的实验数据,拟合得到BTC特征参数与峰值时间的关系式和特征参数与流量的关系式。采用2种方法预测最大和最小流量条件下的BTC特征参数:根据流量预测峰值时间,接着根据峰值时间预测其他特征参数;分别根据流量预测多个特征参数。结果表明方法 2的预测效果较好,但在野外条件下方法 1有优势。 相似文献
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为了研究岩溶管道中溶潭对溶质运移的影响,在实验室内构建水箱-管道系统,在不同管道结构和水流条件下进行定量示踪实验并得到相应的穿透曲线(BTCs);采用Qtracer2软件分析溶质运移参数,采用滞后系数R分析实验结果与一维经典对流弥散方程解析解之间的差别。实验结果显示:随着水箱数量的增加,示踪剂(NaCl)峰值质量浓度逐渐降低,弥散系数和弥散度逐渐增加,穿透曲线拖尾逐渐增长,表明水箱的瞬态存储使溶质运移滞后;与不对称水箱相比,对称水箱BTC拖尾较长;峰现时间随着不对称水箱数量的增多明显滞后;出口流量增加时,弥散度减小,BTC拖尾变短。一维经典对流弥散方程解析解仅对单管道最大流量条件下的BTC拟合较好,对流量较小的单管道和水箱-管道系统的BTC拟合较差,需研究适用的模型解释其拖尾现象。 相似文献
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岩溶区地下水数值模拟研究进展 总被引：2，自引：2，他引：0
岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。 相似文献
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提出一个数学模型以研究碳酸盐岩含水层由其原始状态到成熟岩溶含水系统的发展过程。模型由３个模块组成：（ａ）二维连续空隙水渗流模块,表示裂隙系统（“分散流”系统）,即岩溶空管道之间水性差而贮水性强的那部分岩体;（ｂ）非连续管道网络模块,模拟冉溶道内发生的层流、紊流运动和溶质运移过程;（ｃ）碳酸盐岩溶蚀模块。管道－裂隙系统模型的模拟结果表明,模拟那种复杂的、具有多种地下水补给方式的岩溶含水盆地的演化是可 相似文献
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Tracer concentration data from field experiments conducted in several carbonate aquifers (Malaga province, southern Spain) were analyzed following a dual approach based on the graphical evaluation method (GEM) and solute transport modeling to decipher flow mechanisms in karst systems at regional scale. The results show that conduit system geometry and flow conditions are the principal factors influencing tracer migration through the examined karst flow routes. Solute transport is mainly controlled by longitudinal advection and dispersion throughout the conduit length, but also by flow partitioning between mobile and immobile fluid phases, while the matrix diffusion process appears to be less relevant. The simulation of tracer breakthrough curves (BTCs) suggests that diffuse and concentrated flow through the unsaturated zone can have equivalent transport properties under extreme recharge, with high flow velocities and efficient mixing due to the high hydraulic gradients generated. Tracer mobilization within the saturated zone under low flow conditions mainly depends on the hydrodynamics (rather than on the karst conduit development), which promote a lower longitudinal advection and retardation in the tracer migration, resulting in a marked tailing effect of BTCs. The analytical advection-dispersion equation better approximates the effective flow velocity and longitudinal dispersion estimations provided by the GEM, while the non-equilibrium transport model achieves a better adjustment of most asymmetric and long-tailed BTCs. The assessment of karst underground flow properties from tracing tests at regional scale can aid design of groundwater management and protection strategies, particularly in large hydrogeological systems (i.e. transboundary carbonate aquifers) and/or in poorly investigated ones. 相似文献
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Tomás Morales-Juberías Martín Olazar Jose María Arandes Pedro Zafra Iñaki Antigüedad Félix Basauri 《Environmental Geology》1997,30(3-4):143-151
A model based on numerical solutions, which allows for solving the dispersion equation under variable recharge and velocity conditions, is developed to simulate solute transport in conduit flow aquifers during flow recession periods. As an example, the evolution of a tracer in the little known karst conduit that links the sinking stream of Oma valley to the Olalde spring is investigated in the karstic region of Santa Eufemia-Ereñozar (Basque Country, Spain). The model, with different hypothetical structures, allows for obtaining series of tracer breakthrough curves, which are fitted to experimental data using an optimization algorithm. These results, although they can be used to simulate the tracer evolution between the two points considered, do not allow for determining the internal structure and spatial disposition of contributions in the aquifer. 相似文献
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以西南某典型岩溶区为例,解析示踪试验在岩溶管道连通性以及获取水文地质参数中的应用。选择落水洞为投放点,分别从落水洞西侧和东侧寻找地下水出露点作为接收点,判别落水洞地下径流的实际去向以及落水洞与接收点之间的水力联系。结合Qtracer2软件对示踪试验成果进行定量解析,确定示踪剂回收率、地下水平均流速、最快流速,估算出岩溶管道结构特征和水文地质参数。结果表明:落水洞与接收点JS01、JS03之间不存在直接水力联系;落水洞与接收点JS02存在水力联系且岩溶管道极为发育,含水介质不均匀,地下水运移路径较为通畅,为典型的紊流流态;落水洞地下径流的主要方向是由西向东,但在丰水期雨量较大期间,接收点JS04能够接收到荧光素钠,说明丰水期水位上涨后两者间会有水力联系,导致部分水量向落水洞西侧排泄。 相似文献
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B. Trček 《Environmental Geology》2008,55(2):269-276
The role of the unsaturated zone in the karst aquifer hydraulic behaviour was brought into focus in these studies of the catchment
of the Hubelj spring (SW Slovenia). The variations of natural tracers in precipitation and in groundwater during a summer
storm event made it possible to trace local flow and solute transport in the observed aquifer. The results produced data on
the aquifer recharge, storage and discharge processes, as well as on mechanisms that affected them, which reflects a karst
groundwater dynamics also at a regional scale. They point out the significance of effects of the fast preferential flow—epiflow
that is the main factor controlling solute/contaminant transport towards the aquifer saturated zone. Numerous arguments indicate
that the karst aquifer flow and solute transport mechanisms depend on the hydraulic behaviour of the epikarst zone. 相似文献
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为探究岩溶含水系统中裂隙-管道介质间不同补给方式下水流交换情况,在实验室内借助高精度摄像仪和有色示踪剂对其进行可视化观测。设计多组试验对单独补给裂隙、共同补给、裂隙和落水洞分开同时补给三种补给方式下水流交换情况进行探讨,从而定性地分析水流交换情况。试验结果表明:落水洞对裂隙水扩散的影响随裂隙距离落水洞的距离增大而减小;相较于共同补给情况,单独补给裂隙情况下落水洞对裂隙水扩散影响较大;在分开同时补给情况下裂隙与落水洞补给水量相同时,仅呈现裂隙对落水洞的单向补给。 相似文献
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Artificial tracer experiments were conducted in the mature karst system of Jeita (Lebanon) under various flow conditions using surface and subsurface tracer injection points, to determine the variation of transport parameters (attenuation of peak concentration, velocity, transit times, dispersivity, and proportion of immobile and mobile regions) along fast and slow flow pathways. Tracer breakthrough curves (TBCs) observed at the karst spring were interpreted using a two-region nonequilibrium approach (2RNEM) to account for the skewness in the TBCs’ long tailings. The conduit test results revealed a discharge threshold in the system dynamics, beyond which the transport parameters vary significantly. The polynomial relationship between transport velocity and discharge can be related to the variation of the conduit’s cross-sectional area. Longitudinal dispersivity in the conduit system is not a constant value (α?=?7–10 m) and decreases linearly with increasing flow rate because of dilution effects. Additionally, the proportion of immobile regions (arising from conduit irregularities) increases with decreasing water level in the conduit system. From tracer tests with injection at the surface, longitudinal dispersivity values are found to be large (8–27 m). The tailing observed in some TBCs is generated in the unsaturated zone before the tracer actually arrives at the major subsurface conduit draining the system. This work allows the estimation and prediction of the key transport parameters in karst aquifers. It shows that these parameters vary with time and flow dynamics, and they reflect the geometry of the flow pathway and the origin of infiltrating (potentially contaminated) recharge. 相似文献