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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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岩溶含水介质由管道、裂隙与孔隙３类空隙介质组成，它们对地下水流动具有不同的贡献，简述了当前岩溶水的几种主要定理评价方法，提出折算渗透系数ＫＬ概念，建立了岩溶三重空隙介质地下水流统一的控制方程，引出管道与裂隙在达西流与非达西流状态下的渗透系数与折算渗透系数的表达式，从而将达西流与非达西流耦合在一个模型中。本文提出岩溶三重介质地下水流的模拟方法，并给出理想模型的模拟结果。 相似文献
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岩溶含水介质由管道、裂隙与孔隙３类空隙介质组成，它们对地下水流动具有不同的贡献。简述了当前岩溶水的几种主要定量评价方法，提出折算渗透系数尺概念，建立了岩溶三重空隙介质地下水流统一的控制方程，引出管道与裂隙在达西流与非达西流状态下的渗透系数与折算渗透系数的表达式，从而将达西流与非达西流耦合在一个模型中。本文提出岩溶三重介质地下水流的模拟方法，并给出理想模型的模拟结果。 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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岩溶地下河管道流和管道结构及参数的定量示踪——以桂林寨底地下河为例 总被引：8，自引：0，他引：8
定量示踪研究是岩溶地下河管道流和管道结构参数估测的有用技术,可以为概化水文地质条件和数学模型研究提供科学依据.以桂林寨底地下河示踪试验为例,利用荧光素钠和罗丹明B为示踪剂,通过高精度、高密度和多指标的自动检测技术,不仅合理估算了管道流平均滞留时间、平均运移速度、弥散系数、管道过水体积、管道过水断面面积及其等效直径,而且表明常用示踪剂荧光素钠和罗丹明B在应用中存在的吸附性差异,认为荧光素钠吸附性弱,数据可信性强,而罗丹明B吸附性强,在数据解释中需要谨慎. 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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基于流量衰减曲线的岩溶含水层水文地质参数推求方法 总被引：2，自引：0，他引：2
分析流量衰减曲线是研究岩溶含水层水文地质参数的重要手段。在阐明流量衰减分析理论的基础上,通过连续监测一年寨底地下河出口的小时流量过程,共获取8 784组流量数据。首先选取典型的2013年9月25日3:00暴雨后至2013年10月13日17:00的446组流量数据作为研究对象,并利用MATLAB软件对该时间段的流量过程进行曲线拟合,从而确定了不同阶段流量衰减系数分别为0.642 5、0.025 8、0.001 5;然后通过流量衰减系数计算寨底不同含水介质导水系数T与给水度S的比值;最后利用裂隙率近似给水度的方法确定了寨底不同含水介质的水文地质参数。结果表明,寨底岩溶管道、裂隙、基岩介质导水系数分别为:258.87、3 865.98、40.64 m2/d。说明辅以必要的水文地质调查,确定管道分布和径流距离,流量衰减曲线可用于计算岩溶含水层不同介质的导水性能和给水度。 相似文献
9.
为深入研究管道流对岩溶含水系统水动力过程的影响,运用排水沟模块和管道流程序分别模拟实验室条件下的管道设置方式,并对模型结构以及模型参数的不确定性进行分析。岩溶地区的高度非均质性和观测资料的匮乏严重影响模型的精度,根据实际实验设置情况,建立3个不同的岩溶含水介质水文地质概念模型,并对渗透系数、给水度进行全局灵敏度分析。研究结果表明:出流总量对给水度的灵敏度高于对渗透系数的灵敏度,而出流过程对渗透系数和给水度的灵敏度大小随着时间变化;通过增加上覆孔隙含水层来改进模型结构的等效连续介质模型(排水沟模块)和准确刻画管道流紊流特征的双重孔隙模型(管道流模块)精度相差不大,模型结果的决定性系数分别为0.89和0.91。 相似文献
10.
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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基于MODFLOW的岩溶管道水流模拟方法探讨与应用 总被引：4，自引：2，他引：2
针对岩溶管道水流特征,选取广西寨底岩溶流域为研究对象,分别采用三维有限差分地下水流动模型(MODFLOW)中的Drain和River模块概化模拟岩溶管道特征,结合管道内上游、中游及下游三个观测孔对比分析两种方法的适用性,结果表明:末期等水位线图中位于管道两侧处流线均有形状突变,符合实际管道水流动态特征,且能模拟出管道内水位变化趋势。最后分析两种方法模拟管道水流的原理,Drain模块中岩溶管道仅起排水作用,不允许管道内水流流向周围含水层,而River模块允许岩溶管道水与周围含水层水流交换,因而相对Drain模块而言,应用River模块概化模拟岩溶管道更加精确。 相似文献
12.
Due to the high heterogeneity and complexity of water flow movement for multiple karst water-bearing mediums,the evaluation,effective development,and utilization of karst water resources are significantly limited.Matrix flow is usually laminar,whereas conduit flow is usually turbulent.The driving mechanisms of water exchange that occur between the karst conduit and its adjacent matrix are not well understood.This paper investigates the hydrodynamic characteristics and the mechanism of flow exchange in dual water-bearing mediums(conduit and matrix)of karst aquifers through laboratory experimentation and numerical simulation.A karst aquifer consisting of a matrix network and a conduit was proposed,and the relationship between the water exchange flux and hydraulic head differences generated from the laboratory experiments was analyzed.Two modes of experimental tests were performed with different fixed water level boundaries in the laboratory karst aquifer.The results indicate that the water exchange capacity was proportional to the square root of hydraulic head differences.The linear exchange term in the conduit flow process(CFP)source program was modified according to experimental results.The modified CFP and the original CFP model experimental data results were compared,and it was found that the modified CFP model had better fitting effects.These results showed that the water exchange mechanism between conduit and matrix is very important for solid-liquid interface reaction,water resource evaluation,and understanding of karst hydrodynamic behavior. 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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典型岩溶水系统碳汇通量估算 总被引：6，自引：1，他引：5
现代岩溶学研究成果表明,碳酸盐岩在全球碳循环中响应极其迅速,水循环过程中的碳汇效应显著。本研究选取广西桂林寨底地下河系统、广西环江大安地下河系统、重庆北碚青木关地下河系统三个典型岩溶地下水系统,利用各系统地下河的流量和HCO3-浓度的监测资料,采用简单化学平衡模式法估算碳汇通量(CO2)。结果显示,寨底地下河系统的单位面积年碳汇通量为68.82 t/(km2.a),大安地下河系统的单位面积年碳汇通量为81.18 t/(km2.a),青木关地下河系统的单位面积年碳汇通量为100.07 t/(km2.a)。分析认为同一个岩溶水系统的结构特征和环境条件基本上是稳定的;地下河的流量和HCO3-浓度是影响岩溶碳汇强度的关键因素,尤其是地下河流量的变化对碳汇强度的影响显著;不同岩溶水系统的碳汇通量不但受水化学条件和地下水动力条件的控制,同时受土地利用变化的影响。该研究对于改进碳循环模型和评价岩溶地质碳汇有重要意义。 相似文献
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在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性. 相似文献
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基于FEFLOW的岩溶管道模型构建方法探讨 总被引：1，自引：1，他引：0
岩溶管道流模型的刻画一直是岩溶区开展地下水数值模拟研究中的难点所在,基于此,文章以贵州六枝特区某项目为例进行地下水数值模拟研究,探索了在FEFLOW离散特性功能模块下岩溶管道流模型的刻画方式与方法。在详细分析研究区地质及水文地质条件的基础上,对研究区范围、边界、含水层结构等概化,建立了研究区的水文地质概念模型;以ArcGIS软件为辅助,基于有限元法的FEFLOW软件为操作平台,利用区内钻孔资料及野外测算结果,通过软件公式编辑、插值等功能分别获得各层顶底板高程属性,将数据输入FEFLOW后,对模拟区平面三角剖分进而空间离散构建了研究区的三维地质模型;并利用FEFLOW软件的离散特性功能模块,将研究区灰场南部岩溶洼地与岩脚泉间划定为特定区域,建立缓冲区并给予其高特异性,耦合哈根-泊肃叶流体流动公式,在模型中刻画了岩溶管道流模型;最后探讨了特殊地质构造与岩溶管道模型的刻画方式与方法刻画出了符合案例区的三维向斜褶皱地质模型和岩溶管道流模型。 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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定量示踪技术是分析岩溶含水层水力特征和岩溶水系统结构的重要手段,地下河浊度是制约定量示踪试验精确性的关键因素。针对西南典型岩溶地下河,以三次不同水动力条件下示踪试验为研究对象,通过对比分析浊度、流量及示踪剂浓度变化探讨浊度来源及其对示踪剂和管道参数的影响。试验过程中,确定存在上、下临界流量使水流从层流过渡为紊流状态,浊度主要来源从管道内部再悬浮颗粒过渡为外源悬浮物,计算上、下临界流量分别为0.7 m~3/s和0.4 m~3/s。通过浊度与示踪剂的相关关系研究浊度对示踪剂的影响,结果表明当浊度大于25时,浊度与示踪剂浓度呈负相关关系,且浊度越大,对示踪剂的影响越大。最后通过对比确定,第一次示踪试验浊度影响较小,并估算了岩溶管道参数,为进一步水资源评价提供基础。 相似文献