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为了描述岩溶多重含水介质存在非达西流问题,研究管道流CFP模型在岩溶区数值模拟中的应用。在分析管道流CFP基本原理的基础上,通过建立概念模型算例(5个管道,上下临界雷诺数分别为2 000和4 000),探讨不同管道水文地质参数对出口流量及水流状态的影响,并对参数敏感性进行分析,最后将CFPM1模型应用于广西寨底岩溶地下河系统,探讨在实际应用中的管道流模型适用性。概念模型结果表明,参数敏感度从大到小依次为:管道直径、水力梯度、管道渗透系数、弯曲度及粗糙度,流量与雷诺数随管道参数增大而增大,水流状态从层流变为紊流。寨底岩溶管道流模型中3个观测井及地下河出口实测流量表明CFPM1能较好地模拟出岩溶地下水水位变化趋势。得出结论:CFPM1管道流模型允许岩溶管道与基岩含水层进行水流交换,能够较好地刻画岩溶区管道介质非达西流特征,但管道参数获取较为困难,且不能刻画岩溶管道形态变化。该方法具有一定通用性,可为实际应用提供指导。 相似文献
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岩溶区多重介质水流模型研究进展 总被引：9，自引：7，他引：2
数值模拟技术广泛应用于地下水资源评价工作中,为水资源合理开发利用提供科学依据。本文针对岩溶区的数值模拟技术展开研究,综述了岩溶区地下水流建模技术的主要方法和研究进展,介绍了SWMM模型、UGRFLOW模型、CAVE模型、CFP模型等多重介质模型的建模方式和运行原理。岩溶区地下水赋存介质复杂,管道、裂隙和空隙多重介质并存,水流特征多样,等效连续介质模型不能很好地刻画岩溶区复杂的地下水流特征。随着对岩溶水流系统研究的深入,二重和三重介质模型逐渐应用于岩溶区地下水流模拟工作中,取得较好成果,但仍存在如忽略中宽裂隙的导水作用、岩溶管道设置单一、模型适用性不强等问题。今后应从解析岩溶含水介质的结构特征入手,关注中宽裂隙在地下水流系统中的导水作用和水流特征,改进管道流模块以更好地刻画复杂的地下河管道,改进不同介质间水流交换量算法,提高模型精确性和适用性。 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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广西北山岩溶管道—裂隙—孔隙地下水流数值模拟初探 总被引：12，自引：1，他引：11
本文从水动力学角度分析各种岩溶含水介质中的水流特征,将其归纳为储水介质、导水介质和控水介质,并根据折算渗透系数ＫＬ的概念和建立耦合达西流和百达西流于一体的岩溶管道－裂隙－孔隙三重介质地下水模型,对广西环江北山矿区岩溶含水系统进行了初步探讨。北山实例的模拟结果表明,三重介质模型较全面地刻画了岩溶水动态的特征,反映了相对均匀裂隙流与控制性管道流并存、线性流与非线性流相互转变的运动特点,不仅理论上比较合 相似文献
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溶质暂态存储是岩溶地下水溶质运移过程中的普遍现象。为揭示岩溶管道与裂隙介质间溶质暂态存储机制,本文构建室内管道-裂隙物理模型,开展集中补给条件下的定量示踪试验,运用双区对流弥散模型实现溶质运移过程模拟。研究表明:随着集中补给水动力条件的增强,裂隙暂态存储水量呈线性增加趋势,溶质穿透曲线由单峰型向双峰型转变;管道和裂隙中的平均流速呈负相关关系,溶质在管道和裂隙中的滞留时间差决定了穿透曲线的形态;溶质暂态存储引发了穿透曲线的拖尾效应和双峰现象,对岩溶地下水溶质运移过程具有重要的控制作用。 相似文献
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岩溶地区往往具有高渗透性的岩溶管道,低渗透性的基岩,与多孔介质相比,水流在管道中的运移速度要大得多,穿过含水层的时间很小。岩溶地区含水层的这种特征给水流的数值模拟带来很大困难。 Conduit Flow Process （ CFP）管道流模拟程序,专门为岩溶地区的地下水数值模拟而设计,本文详细介绍其适用范围、实现原理及使用方法。 相似文献
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岩溶地下水系统单元网络数学模拟方法研究 总被引：5，自引：2，他引：3
本文提出的单元网络数学模拟方法,即用大单元块段及管道网络分别代表岩溶区相对均匀的裂隙化区域及非均匀分市的岩溶管道,地下水流动特征按渗流运动规津及管流运动规律分别表达,耦合求解。拟对难以用常规数学方法解决的复杂多重岩溶含水介质及其裂隙流与管道流并存、快速流与慢速流并存、线性流与非线性流并存以及非连续流等特殊水流规律的水文地质特性作定量评价。文中以北山矿迳流排泄区裂隙管道水系统为例,介绍了该方法的基本原理及处理线性流与非线性流并存水流运动规律的方法。 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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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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含水介质的空间分布及其非均质性对地下水流和溶质运移有着重要的影响。以淮南顾桥矿区作为研究对象,为了刻画矿区松散层含水介质的空间分布,使用转移概率地质统计方法建立含水介质的随机模型,对矿区水文地质结构的空间连续性和空间变异性进行表征;并将随机模拟得到的顾桥矿区含水介质剖面图与矿区原始水文地质剖面进行对比。结果表明,基于转移概率地质统计模拟方法可以比较准确地刻画矿区的水文地质结构;模拟剖面与原始水文地质剖面的比较显示模拟结果与实际含水介质空间分布情况有较好的一致性,转移概率地质统计方法在对含水介质非均质性刻画中具有较好的适用性。 相似文献
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Emin Ciftci Cem B. Avci Osman S. Borekci A. Ufuk Sahin 《Environmental Earth Sciences》2012,67(8):2399-2409
Groundwater solute transport phenomena typically occur in water-bearing zones with heterogeneous solute dispersive characteristics and/or media hydraulic properties. A radial basis function collocation method (RBFCM)-based numerical method was developed in order to investigate the ability of RBFCM to accurately portray solute transport phenomena under heterogeneous conditions. Simulations were performed for 1-D and 2-D transport scenarios in which scale-dependent dispersivity fields were taken into consideration and compared with available analytical solutions. Different radial basis functions (RBFs) were employed for assessing the sensitivity of the present method on the selected RBFs. The simulation results were also compared with the results of MT3DMS which is a modular three-dimensional transport model with alternative solution schemes including the method of characteristics, the implicit central finite difference and the third order total variation diminishing finite volume. The proposed model was also used to simulate a real case condition where solute transport through a two-layer soil medium had been investigated experimentally. The results showed that RBFCM represented a powerful tool for predicting the solute transport occurrence under heterogeneous conditions with high accuracy. 相似文献
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岩溶管道结构影响泉流量变化的数值模拟研究 总被引：2，自引：0，他引：2
采用MODFLOW-CFP建立管道流数值模型,模拟岩溶含水系统在暴雨期的响应过程,以泉口流量峰值作为因变量,分别对控制管道结构的4个参数以及落水洞集中补给比例进行调整,研究管道结构如何控制泉流量变化过程。结果表明:管道直径、管壁渗透系数和落水洞补给比例对泉口流量峰值均表现为正相关,其中管壁渗透系数影响最大;管道弯曲度值较小时其增大促进出口流量峰值变大,当径流途径变长引起的流量减小幅度超过管壁面积变大引起的流量增大幅度时,流量峰值逐渐变小;管壁粗糙度在达到两个相对应的雷诺数临界值时水流状态发生突变,导致流量峰值也表现为两次突变。 相似文献
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在岩溶含水系统中，作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用，而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响，前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象，进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨，而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此，本研究结合北方岩溶水系统的发育特征，借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析，而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型，对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟，并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关，而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小，且呈现出一定的波动性，尤其是当管壁粗糙度较小时，波动比较明显。经敏感性分析发现，管壁渗透系数和埋深的敏感性最高，其次为弯曲度和管道坡度，而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下，年最大泉流量为0.45 m3/s，平均泉流量为0.36 m3/s；在75%降水保证率下，年最大泉流量为0.41 m3/s，平均泉流量为0.31 m3/s，与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。 相似文献
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溶质在土工合成衬垫（GCL）长期入渗过程中具有明显的化学-渗透特性。室内渗透试验表明：阳离子之间的置换效应对GCL衬垫渗透系数影响较大,10 mM的CaCl2溶液使渗透系数上升至2.5×10-11 m/s,而30 mM的CaCl2溶液使渗透系数上升至5.6×10-11 m/s。渗透液体浓度的增加缩短了溶质穿透GCL的时间,且预饱和处理试剂对GCL渗透系数的变化影响较大,采用蒸馏水作为预饱和试剂处理GCL衬垫对其渗透系数的影响明显小于CaCl2溶液;建立了考虑膜效应和离子交换效应条件下溶质运移耦合动力学模型,并对GCL穿透试验过程中溶质浓度的变化进行了预测,仿真计算结果表明,10 mM和30 mM两种CaCl2溶液渗透条件下,Ca2+浓度变化的试验结果和计算结果均相吻合,验证了耦合动力学模型的可靠性;从Ca2+浓度及流量穿透曲线分布可知,化学-渗透效应可有效地延缓溶质的迁移速度。随着溶质浓度的降低,阻滞作用更显著。因此,在分析GCL衬垫中溶质入渗特征时,必须考虑化学-渗透效应的影响。 相似文献
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不同深度岩溶管道的高密度电阻率法反演特征 总被引：10，自引：8，他引：2
高密度电法在岩溶区找水具有很好的效果,岩溶山区岩溶管道深度各异,为了探寻岩溶管道深度变化下高密度电阻率的响应规律,本文以高密度电阻率法原理为基础,采用高密度电阻率法微测系统,利用铜柱体模型,模拟均匀介质下不同深度岩溶管道的高密度电阻率响应特征。结果表明:当岩溶管道深度大于15倍电极距时,矩形AMN装置和滚动MNB装置未能探测到该深度的岩溶管道;当岩溶管道深度小于10~11倍电极距时,矩形AMN和滚动MNB装置联合能较精准地定位岩溶管道在平面上的投影位置;岩溶管道反演异常的横向宽度始终大于真实异常横向宽度,反演异常顶部埋深小于或等于真实异常顶部埋深,且岩溶管道深度越浅,反演异常体的形态、大小、埋深越接近真实异常;随岩溶管道深度的增加,岩溶管道的矩形AMN装置和滚动MNB装置异常反演形态由椭圆向半椭圆、弓形变化,直至消失。 相似文献
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Simulating flow in karst aquifers at laboratory and sub-regional scales using MODFLOW-CFP 总被引：5，自引：1，他引：4
Groundwater flow in a well-developed karst aquifer dominantly occurs through bedding planes, fractures, conduits, and caves created by and/or enlarged by dissolution. Conventional groundwater modeling methods assume that groundwater flow is described by Darcian principles where primary porosity (i.e. matrix porosity) and laminar flow are dominant. However, in well-developed karst aquifers, the assumption of Darcian flow can be questionable. While Darcian flow generally occurs in the matrix portion of the karst aquifer, flow through conduits can be non-laminar where the relation between specific discharge and hydraulic gradient is non-linear. MODFLOW-CFP is a relatively new modeling program that accounts for non-laminar and laminar flow in pipes, like karst caves, within an aquifer. In this study, results from MODFLOW-CFP are compared to those from MODFLOW-2000/2005, a numerical code based on Darcy’s law, to evaluate the accuracy that CFP can achieve when modeling flows in karst aquifers at laboratory and sub-regional (Woodville Karst Plain, Florida, USA) scales. In comparison with laboratory experiments, simulation results by MODFLOW-CFP are more accurate than MODFLOW 2005. At the sub-regional scale, MODFLOW-CFP was more accurate than MODFLOW-2000 for simulating field measurements of peak flow at one spring and total discharges at two springs for an observed storm event. 相似文献