CFP 管道流数值模拟方法综述

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。     

弯曲岩溶管道溶质运移的尺度效应研究

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解译具有一定指示作用。     

基于CFP的岩溶管道流数值模拟研究——以桂林寨底地下河子系统为例

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。     

岩溶管道与裂隙介质间溶质暂态存储机制

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。     

水箱-管道系统溶质运移实验研究及其岩溶水文地质意义

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。     

地表地下耦合的水量及溶质运移模拟研究进展

地表水与地下水之间存在强烈的相互作用,构建地表水和地下水耦合的水量和溶质运移模型可以揭示地表水和地下水之间的相互作用机制,并提高地表地下水量水质预测的精度。介绍了现有的地表地下耦合的水量及溶质运移模型,对比了各模型的求解方法和适用领域,总结了这些模型的应用现状。其中水量模型中全耦合模型精度较高,是未来模型发展的主流方向,溶质运移模型中溶质反应过程模拟较为欠缺。未来应在优化求解算法、提高溶质反应模拟和加强裂隙介质模拟等方面深入开展相关研究。     

岩溶管道与裂隙介质间溶质交换研究进展

岩溶管道与裂隙介质间的溶质交换是岩溶地下水溶质运移过程中一种常见的现象,其对岩溶水系统中污染物的运移过程具有关键控制作用.我国南方岩溶区管道与裂隙介质间的溶质交换在灌入式集中补给条件下十分复杂,其物理过程刻画与模拟极具挑战.基于对国内外相关研究成果的归纳整理,总结分析了溶质交换过程的观测、试验、机理、控制因素和模拟方法,并指出了当前研究中存在的薄弱环节.进一步的研究应在结合野外实际条件的基础上,开展室内非稳定流条件下的溶质交换控制性试验,分析其影响控制因素,揭示管道与裂隙介质间溶质交换的物理机制;深入对溶质交换边界条件的刻画,建立耦合溶质交换过程的溶质运移数学模型,并利用野外场地尺度的人工示踪试验进行验证.     

昆明地热田岩溶地下热水系统中溶质运移的模拟

通过对昆明地热田深层基岩地下热水系统的地质、水文地质条件和开采现状的分析,建立了考虑温压变化和越流条件的岩溶热储层中地下热水的水流和溶质(污染物)运移的准三维非稳定流数学模型.对开采条件下地热田Ⅱ块段地下热水系统中水位及F-、Cl-、NH+4、SO2-4浓度的模拟结果表明,所建立的模型合理、可靠,具有较高的仿真性.模型可预测不同条件下地热田地下热水的流场和溶质浓度的动态变化趋势,为防治地下热水环境的进一步恶化提供参考.     

地下水溶质运移数值模拟模型参数的局部灵敏度研究

采用局部灵敏度分析方法计算天津市滨海新区南港工业区内某研究区含水层渗透系数、降水入渗补给系数、纵向弥散度、孔隙度对地下水溶质运移数值模拟模型模拟结果的影响。结果表明,含水层渗透系数、纵向弥散度及孔隙度灵敏度较高,对模拟结果影响较大,降水入渗补给系数对模拟结果影响很小。三个灵敏参数的灵敏度排序为孔隙度>纵向弥散度>渗透系数。     

岩溶洼地内涝蓄水量与不同级次裂隙对溶质迁移影响的室内实验与模拟

岩溶洼地在西南地区分布广泛,岩溶地下水为当地居民生产和生活的主要水源,研究岩溶洼地内涝条件下裂隙系统中的溶质迁移及响应规律可为峰丛洼地区岩溶地下水的污染防控提供科学依据.基于相似原理构建了岩溶洼地-裂隙系统物理模型,采用对流-弥散模型和脉冲响应模型对溶质迁移过程进行了模拟分析,探讨了不同级次裂隙和内涝蓄水量大小对溶质迁...