运用溴离子示踪法评价玛纳斯河流域平原区潜水蒸发

潜水蒸发是干旱内陆盆地区地下水的主要排泄方式,但其定量评价存在很大的不确定性,是水均衡分析和水资源评价的难点.在新疆玛纳斯河流域平原区,以溴离子为示踪剂于2017年5月在不同土地利用类型区试验点投溴化钠,分别于2017年8月和2018年8月采样测定溴离子垂向分布,根据溴离子垂向运移速率确定潜水蒸发速率.试验点溴离子的浓度在垂向剖面上的分布呈现单峰形态且峰值上移,根据其峰值上移距离计算得出非沙漠区年平均潜水蒸发量为33.59 mm;不同土地利用类型潜水蒸发由强至弱依次为棉田、荒地、林地和沙漠,年平均蒸发量分别为41.71 mm、34.01 mm、11.28 mm、8.58 mm.溴离子示踪法评价潜水蒸发量的结果与前人相符;潜水蒸发速率与土地利用类型、包气带岩性、土壤体积含水量和潜水埋深有关,岩层粘粒含量越高、含水量越高、越靠近细土平原低地势区,潜水蒸发作用越强.      

巴丹吉林沙漠潜水蒸发的数值模拟研究

为了确定巴丹吉林沙漠潜水蒸发强度与地下水埋深的关系,基于巴丹吉林沙漠的气候背景、砂土特征和不同地下水埋深时的典型植被特点设计了54种情景,利用Hydrus-1D建立不同情景下的SPAC水分运移模型,对周期性气象条件驱动下的潜水蒸发开展数值模拟。模拟结果表明:多年平均潜水蒸发量有着随地下水埋深增大而非线性减小的趋势;不同情景的极限埋深都大于3m,在埋深等于3m时潜水蒸发量都小于最大值的5%;当地下水埋深为0.5~1.5m时,潜水蒸发量对地下水埋深的变化最为敏感;当地下水埋深为1m时,潜水蒸发量对包气带岩性的变化也很敏感;在地下水埋深小于0.5m和大于1.5m的区间,气候、岩性、地下水埋深的变化对潜水蒸发量的影响变得微弱。另外,多年平均潜水蒸发量和地下水埋深的这种非线性关系可以用一个新提出的经验公式进行较为准确的拟合,将这个研究结果用于评价巴丹吉林沙漠湖泊集中区地下水的蒸发消耗,发现潜水蒸发总量显著大于湖面蒸发总量,前者约为后者的2.5~2.6倍,必须在沙漠水分平衡的分析中加以考虑。     

橡胶坝蓄水对地下水补给及潜水蒸发影响数值模拟研究

利用河道橡胶坝工程增加傍河区地下水资源量,是解决我国北方水资源短缺的重要途径.以河南省南阳市白河橡胶坝蓄水补源工程为研究对象,建立傍河区地下水数值计算模型及河道水动力学模型,计算橡胶坝蓄水工程对地下水补给量及潜水蒸发的影响,为雨洪资源综合利用评估提供科学依据.     

叶尔羌河流域裸地潜水蒸发的数值模拟研究

利用地表能量平衡原理、微气象学以及土壤水热迁移理论建立了潜水蒸发模型,并采用全隐式有限差分格式进行求解。在求解过程中,对土壤热运动方程的上边界采用了第三类边界条件,同时采用自动调节步长等方法,增加了数值计算的稳定性,提高了计算速度。用本计算模型模拟了1994年5月份新疆叶尔羌河流域地下水均衡场的裸地潜水蒸发过程,并与当地的试验资料进行了比较分析,结果表明,采用的计算模型和方法可以进行较长时间内裸地的潜水蒸发估算。     

包气带弱渗透性黏土透镜体对降雨入渗补给影响的数值模拟

大气降雨是华北平原浅层地下水的主要补给来源。长期过量开采地下水造成地下水位持续下降,使原来处于饱水带的透镜体位移到包气带中,形成了厚度大、非均质性更为复杂的包气带。厚层包气带中弱渗透性黏土透镜体对于降雨入渗补给的影响是关系到降水入渗过程及补给量评价的基本问题。用HYDRUS软件建立数值模拟模型,模拟探讨单次降雨条件下,透镜体埋深、宽度比、厚度等要素对入渗路径、入渗补给时间和入渗补给量的影响。结果表明:入渗过程中弱渗透性黏土透镜体两侧会形成较快的绕流;透镜体会减小补给峰值并延长总体补给时间,但不改变补给起始时间;透镜体埋深与极限蒸发深度的相对关系决定了潜在补给量的大小,透镜体埋深或因透镜体形成的上层滞水处于极限蒸发深度以上会减少潜在补给量。     

高盐度潜水蒸发试验研究现状及展望

多年来,许多专家学者对干旱区潜水蒸发的机理和规律做了大量研究工作,并取得了明显进展.但这些传统意义上的蒸发研究均未考虑潜水矿化度对潜水蒸发的影响,将在淡水条件下得出的潜水蒸发有关参数直接用于极端干旱区高盐度潜水蒸发的计算必将产生偏差.虽然部分学者注意到矿化度对于潜水蒸发的影响,但开展的研究只限于一般矿化度(小于10 g...     

潜水摄动有限元的随机数值模拟

潜水水流的动态随机模拟是一个复杂而难解决的问题.通过建立二维潜水非稳定流模拟的摄动随机有限元模型, 把控制方程的主要参数渗透系数和给水度随机变量、及源汇项和边界条件看作随机变量.在充分考虑4种随机因素的条件下, 推导出求解潜水二维非稳定流均值和方差的9个方程; 重点介绍了不同方程数值离散的特殊处理方法.通过设定理想例子对模拟结果进行了分析, 表明随机变量中边界条件值方差、渗透系数方差变化对水头方差变化的影响很小, 给水度方差的变化对水头方差的变化影响很大.本模型考虑因素全面, 对一般的潜水非稳定流随机模拟都可应用.本研究给出了边界、渗透系数、给水度的随机因素对潜水动态模拟的影响, 丰富和补充了地下水运动的随机理论.      

淮北平原小麦和大豆生长条件下潜水蒸发实验模拟

利用五道沟水文实验站62套原状土蒸渗仪1991～2015年长系列实验资料,采用非线性拟合方法,模拟了砂姜黑土和黄潮土冬小麦和夏大豆各生育期潜水蒸发随埋深变化的规律。通过多种线型拟合,砂姜黑土两种作物潜水蒸发量随埋深的增大而递减,均呈指数函数关系;黄潮土小麦在返青前和大豆出苗-分枝期,潜水蒸发量随埋深的增大而递减,呈指数函数关系,小麦返青期以后和大豆分枝期后,潜水蒸发量在0.5～0.8m埋深区间达到最大值,在0.5～0.8m区间以浅随埋深增大而增大,在0.5～0.8m区间以深随埋深增大而减小,呈复合函数关系。     

降雨入渗补给地下水数值模拟研究

针对在地下水资源评价中入渗补给量采用经验估算存在较大误差的问题,以神东矿区为例,在广泛调查矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟的方法建立包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟矿区内不同地段降雨入渗强度,探讨影响降雨入渗强度的主要因素,计算得出研究区降雨入渗系数大致在0.18~0.27,分析认为影响降雨入渗强度的因素有降雨量、潜水埋深、包气带岩性等。其中在研究区广泛分布的风积沙对地下水资源起到了一定的保护作用。     

水资源评价中潜在蒸发力计算方法简介

在水资源评价中，蒸发量的求解方法，不需要用地中渗透仪观测求得，而是通过当地的气象资料计算出潜在蒸发力，再乘以相应的换算系数，即可求解出包气带的实际蒸发量，参与水均衡计算。     

水资源评价中潜在蒸发力计算方法简介

在水资源评价中，蒸发量的求解方法，不需要用地中渗透仪观测求得，而是通过当地的气象资料计算出潜在蒸发力，再乘以相应的换算系数，即可求解出包气带的实际蒸发量，参与水均衡计算。     

基于主成分分析的裸地潜水蒸发与气象要素关系模拟

基于五道沟水文实验站1993～2015年潜水蒸发和气象观测资料,分析多气象要素间的多重共线性问题,采用主成分分析法并提取出主成分作为解释变量,建立潜水蒸发与主成分的多元线性回归预测模型。结果表明,地温、绝对湿度和平均气温的容忍度均小于0.1,方差膨胀因子均大于10,气象要素间存在明显的多重共线性。提取出三个主成分,第一主成分主要反应地温、绝对湿度、平均气温、水汽压力差和水面蒸发的影响,第二主成分与相对湿度密切相关,第三主成分与风速密切相关。建立的潜水蒸发多元回归预测模型数据维度较低,精度较高且通过各项显著性检验,可用于潜水蒸发实际预测。     

解决潜水蒸发问题的阿维里扬诺夫经验公式在地下水数值模型中的应用——以格尔木河流域为例

数值模型对地下水流和溶质运移等问题进行模拟的方法以其有效性、灵活性和相对廉价性逐渐成为地下水研究领域的一种不可缺少的重要方法。在地下水浅埋区,蒸发是地下水的主要排泄方式之一,而地下水埋深是影响蒸发度的敏感因子,因此,数值模型中对地下水埋深的拟合精度,将直接影响地下水数值模拟模型的精度。本文以格尔木河流域为例,通过阿维里扬诺夫经验公式的线性与非线性模型的计算结果对比,来说明如何利用蒸发的数学模型提高模拟精度。     

屏蔽电极法数值模拟

提出了屏蔽电极法--一种通过电流补偿来改变地下电流密度分布,从而突出深部目标体的异常,达到提高电法勘探深度目的的方法.先从理论上作了分析,然后利用ANSYS软件进行了直流电阻率剖面和电阻率测深法的模拟计算.结果表明,当屏蔽电极的位置和补偿电流的大小选择合理时,屏蔽电极法较之一般直流电阻率法的探测深度有明显提高,提高程度与地质体本身的形态、产状有内在的联系.理论分析和数值模拟都说明了该方法能够有效地提高直流电阻率法的勘探深度.     

Van Genuchten模型参数对降水入渗数值模拟的敏感性

详细分析不同评价指标下的van Genuchten方程参数敏感性,对于深入认识参数物理意义、合理确定参数值、提高降水入渗数值模拟准确性具有重要意义.用HYDRUS软件建立一维变饱和水分运移模型,以实际补给量、补给过程曲线和极限蒸发深度作为评价指标,采用单因素扰动分析法对van Genuchten方程各参数敏感性进行理论分析,进而选取多组参数实例,分析同一岩性类别下,不同土样土壤水力参数差异及其对入渗补给模拟结果的影响.结果表明:形状系数 (n)、土壤进气值的倒数 (α) 与极限蒸发深度呈负相关关系,是影响极限蒸发深度的显著因素;饱和含水率 (θ_s)、n、饱和渗透系数 (K_s) 对于入渗补给影响的敏感性较高,三者在实际土样粒径分布、干密度和孔隙性的共同影响下发生同向变动.合理的参数敏感性分析及数值模拟调参过程需结合土壤参数的物理意义来开展.      

水位波动下包气带透镜体影响LNAPL迁移的数值模拟研究

轻质非水相液体（LNAPLs）在土壤包气带中具有多相态特征,非均质性、地下水位波动等因素将显著增加包气带内LNAPLs污染的复杂程度。已有研究多关注于揭示包气带内自由相LNAPLs的污染过程,少有更为深入地探究水位波动时非均质结构对LNAPLs迁移及各相态分布规律的影响。基于TOUGH2程序构建包气带多相流数值模型,以揭示透镜体结构与地下水位波动共同作用下LNAPLs迁移过程及相态分布。研究结果表明：（1）含水率变化是LNAPLs迁移分布的主要控制因素,包气带内受透镜体介质岩性、水位波动影响所呈现的含水率变化直接控制LNAPLs迁移规律及分布特征;（2）水位恒定时,细砂透镜体使LNAPL呈“蓄积穿透-横向扩展-绕流”迁移,粗砂透镜体则是LNAPL垂向迁移的“优势通道”,水位波动引起的细砂透镜体含水率变化使“绕流”显著增强,粗砂透镜体则进一步呈现“优势空间”作用;（3）水位恒定时,细砂透镜体模型中LNAPL滞留于透镜体内部,粗砂模型中LNAPL则集中于透镜体下方,水位波动下透镜体附近LNAPL分布范围扩展,两模型LNAPL分布面积较水位恒定时分别增大51%、63%;（4）两模型中LNAPL挥发通量均呈“先减小-后增大”规律,并受LNAPL-气体接触条件及LNAPL分布状况共同作用,水位波动打破三相平衡状态,主要表现为水位抬升阶段LNAPL挥发增强,此时两模型中平均挥发量较水位恒定时增大124%～126%。研究为非均质石油污染场地中的LNAPL污染过程认识提供了科学的理论依据。     

新郑市浅层地下水流数值模拟及评价

通过分析新郑市水文地质条件,建立了概念模型,运用GMS软件建立三维地下水流的数值模拟模型,对研究区浅层地下水资源进行现状评价,并对2015年和2020年地下水位进行了预测.结果表明,研究区地下水水位持续下降,到2020年水位将会下降5～10 m,部分地区可能会出现开采漏斗,为了降低地下水位的下降幅度,应该调整产业结构,加强水资源的管理,提高水资源的利用率,从而减少地下水资源的开采.     

强夯法有效加固范围的数值模拟

强调了强夯单点夯击时的三维空间概念,并建立了这一概念的地基模型及相应的数值模型,目的在于通过数值模型的模拟,从土力学及土动力学基础了解强夯有效加固范围的分布。并用实测资料验证了模型的实用性,证明其模拟结果与实际情况基本相符。     

酒泉盆地南缘老君庙构造带应力场数值模拟

老君庙构造带处于酒泉盆地南缘新生代前陆冲断带上,纵向上,叠置于早白垩世断陷盆地的南部隆起和石大凹陷之上。利用构造应力场数值模拟计算,分别对酒泉盆地南缘山前冲断带的老君庙构造带新生代平面断裂系统及老君庙构造带西段北东向地质剖面进行应力场分析。通过与油气分布区域的对比,得出了以下结论:应力场数值模拟X方向位移场显示构造带西侧的断层具有左行走滑性质,构造带中部以逆冲为主,东部断层位移具有右行走滑的性质;Y方向位移场显示断层位移具有左行走滑性质。老君庙构造带上高应力区中所圈闭的低应力区是油气聚集最有利的区域,应该把这些应力圈闭区域作为油气勘探的重点,如庙西背斜、老君庙推覆体中盘、下盘以及老君庙背斜翼部等低应力圈闭区。     

节理岩体法向蠕变特性的数值模拟

对含节理面的岩体模型进行数值模拟,研究节理面倾角、间距和条数等对节理岩体的轴向瞬时应变、轴向蠕变应变的影响。结果表明：(1)含单组平行贯通节理时,且节理面等间距均匀分布时,当节理面的倾角β为90°时,轴向瞬时应变和蠕变应变随节理面条数的增加几乎没有变化。当节理面条数保持不变,随着节理面的倾角β由0°增加至90°时,轴向瞬时应变和轴向蠕变应变呈先增加后减小的变化规律。(2)当节理岩体模型中含有2条交叉的贯通节理面时,竖直荷载方向与第1条节理面间的夹角,以及两条节理面间的夹角对节理岩体的轴向瞬时应变和蠕变应变均有所影响。