地下水补给与非饱和流

5.1 前言水是多种学科研究的对象,由于各种学科的专家们参与这种研究,所以有时对同一个现象其用语不同。所以,首先弄清楚本章中所使用的用语的含义。浸润(infiltration)表示水穿过土壤表面向土壤中渗入的过程。在水文学中将这一过程称为渗透。在本文用土壤物理学领域里常用的浸润。向下渗透(percolation)是指浸润后的水,在土壤中向地下水面移动的过程。其中,浸润后的水在土壤中沿着倾斜面侧向移动时,这个过程称为侧向渗透,然而,将土壤定为地下水面与地面之间的部分,它所含的水称之为土壤水。相应地把地下水面以下的水称为地下水。而且,地下水面以上的部分称为土壤水带;其以下部分称为地下水带。地下水带的水流就是地下水流。     

沉降速率作为独立变量的水流构造三维稳定域图

介绍了D.R.Lowe(1988)建立的以悬移质沉降速率作为独立控制变量的水流构造三维稳定域图。该图不仅适用于浊流沉积,而且还可以适用于降落主流水中的火山碎屑沉积、风暴沉积等。     

陡坡河道上测流建筑物水力选型初步研究

一、前言国际标准化组织制订的三角形量水堰和各种型式测流槽等规范,大多数适用于缓坡河道和较小流量。而陡坡河道上水流特性远比缓坡上的水流复杂,急流与固体边界两者相互作用所引起的水流型态的变化,人们了解得还很不够,因此在陡坡河道上利用建筑物测流,迄今仍属少见。以致国际标     

含水层结构和地下水面形态的虚拟模拟——以苏锡常地区为例

利用Visual C++作为虚拟苏锡常地区第四系含水层结构和地下水面形态的开发工具,采用OpenGL对它们进行三维可视化表达,研究者可采用不同的显示方式对含水层和地下水面进行观察,了解各地层间的空间分布特征、含水层间的补给关系、地下水面的形态和水平方向上地下水补给区和排泄区的分布情况,以及地下水面的动态演示过程。     

黄河冰情概述

一、冰情概述河流冰情现象的产生,主要由于水体与大气对流失热,水温下降至略低于0℃所致。它首先受控于太阳辐射、气温等气象因素,同时还受到水流速度大小的约束。概括起来,影响     

连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

为了选择适用于复杂连续弯道的二次流修正方法,选取了线性方法中两种典型的计算模式,通过在正交曲线坐标系二维浅水动量方程中增加扩散应力项开发了考虑二次流影响的平面二维水流模型。基于不同复杂度的4个连续弯道试验的水位和流速分布资料,通过理论分析和数值试验对比定量评估了传统二维模型和两种二次流修正方法在连续弯道水流模拟中的效果。测试结果表明,Delft3D模型的二次流修正方法自由度较高,适用于不同复杂度的连续弯道水流模拟,而Lien模型二次流修正方法适用于微弯或中弯,应用于中弯时需要慎重选用,不适用于急弯连续弯道模拟。两种方法比较,建议连续弯道水流模拟中优选Delft3D模型的二次流修正方法。     

地下水等水位线图的编制和使用

一、地下水等水位线图的定义和分类无论为任何目的所进行的水文地质调查时地下水等水位线图都是不可缺少的基本资料之一,因为它可以告诉我们许多地下水赋存以及运动的特徵和规律,它具体表示地下水面的起伏和地形图表示地形的起伏有着同样的意义。我们都知道地形的形成是有其复杂因素的,同样的地下水面起伏的形成,也有其极为复杂的多方面原因。     

利用有限单元伽勒金法反求非线性流情况下砾石层的渗透系数

地下水流问题的数字计算机的应用,现虽处于高度发展阶段,但在采用这种数学物理模型时,首先要知道含水层的导水性能。过去利用水位观察资料或抽水试验资料计算水文地质参数的方法,只能适用于简单的含水体系,由于高度复杂的地质体并且间隙水流为非线性的这类参数如何确定还没有解决,如果利用近期发展起来的有限单元法来反求参数是一种理想的选择,特别是与古典的伽勒金法结合起来,既可简化数学处理过程,并有利于解非线性流问题。古典的伽勒金法原来只能适用于简易的分析域,而且要求介质为均一,但与空间离散的有限单元法结合起来,还便于解非均质而且边界不规则的问题。     

二元插值函数在地下水位计算中的应用

地下水位值接关系到地下水流数值模拟的精度,在传统地下水位计算中常常用一元线性行值法,实际上,地下水面是一连续变化的曲面,按传统方法计算,不符合客观实际,影响数值模拟的精度,本文着重介绍了二元插值函数计算地下水位的原因及其评价方法,并将此方法运用到中国科学院长春地理研究所国家“九五”农业科技攻关大安试验示范区地下水位计算工作中,证明其具有较高的实际应用价值。     

地下河洞穴发育的系统演化

洞穴成因在岩溶学理论研究中占有极其重要的地位，岩溶洞穴的渗流带，潜流带和地下水面生成理论是众所周知的，ＤａｖｉｓＷ．Ｍ（１９３０）提出了灰岩洞穴成因的两循环模式，即洞穴的发育早期在潜流带，后期则入于渗流带中，本世纪７０年代以来，ＦｏｒｄＤ．Ｃ进一步提出了灰岩洞穴自潜流带向地下水面发展的四状态模型（ｔｈｅｆｏｕｒ－ｓｔａｔｅｍｏｄｅｌ）是近代灰岩洞穴成因理论研究的重要进展。根据我国南方灰岩分布区大量     

基于栅格DEM的多流向算法述评

基于栅格DEM的流向算法是数字地形分析的重要研究内容之一。在分布式水文模型、土壤侵蚀等领域中,当需要获取与流向直接相关的水文参数(如汇流面积、地形指数等)的详细空间分布时,多流向算法(MFD)明显优于单流向算法(SFD)。根据所采用的水流分配策略,将现有MFD分为四类:(1)固定水流分配权重的MFD;(2)水流分配权重随汇流面积变化的MFD;(3)水流分配权重随局域地形特征变化的MFD;(4)基于局域形态单元的MFD。从模型合理性、算法复杂度和易用性、对DEM误差的敏感性等方面进行的分析表明,水流分配权重随局域地形特征变化的MFD优于其他三类MFD。目前对MFD采用人造DEM数据集的直接定量评价研究还十分不足,文章以一个例子来体现直接定量评价MFD的可行性及有效性,同时也定量反映出水流分配权重随局域地形特征变化的MFD具有更低的计算误差。目前通用的针对流向算法的DEM洼地平区预处理算法多针对SFD而设计,不适合MFD的实际应用,本文对适用于MFD的DEM预处理算法所应具有的特征也进行了讨论。     

非饱和裂隙介质中地下水流的运动

本文分析了控制裂隙多孔介质中水流渗透的基本过程，给出了各阶段锋面运动的渐近解，并与数值解进行对比。其成果适用于核废物处置、有害废物处理及石油回采等方面。     

水动力学模型与集合卡尔曼滤波耦合的实时校正多变量分析方法

为减少非恒定水流计算中的不确定性,在水流随机运动系统状态空间模型基础上,应用集合卡尔曼滤波(EnKF)技术建立了非恒定水流分析的实时更新(校正)方法。该方法适用于非线性的随机微分方程,过程和观测噪声可以是非正态分布。同时,为充分利用水位、流量等误差量级相差巨大的观测中所蕴含的有效信息,导出了EnKF多变量分析格式。以明渠单峰洪水过程的合成数据为例,考察了运用建立的实时更新方法分析预报一维洪水演进的性能。重点对比了采用不同精度等级下的水位和流量观测资料进行滤波的效果。在中国现行标准规定的允许观测误差范围内,以水位观测进行一维洪水动力学模型的滤波分析可有效地控制误差、估计流量、识别水流运动系统状态。长江干流清溪场至万县江段实际洪水计算还证实:该方法通过插入即时观测,可实时更新模型状态,给出与实际更为接近的计算。     

垂向二维非恒定流及悬浮物分布模型研究

采用σ坐标变换拟合复杂边界、VOF方法追踪自由水面变化和SIMPLE算法求解控制方程等建立垂向二维非恒定水流及悬浮物分布数学模型。该模型适用于变量在横向上分布基本均匀的水流流动特性及悬浮物扩散迁移过程的模拟,与刚盖假定或静水压强假定等条件下建立的垂向二维数学模型相比更符合实际情况。分别对概化水库水流结构的沿程变化、明渠均匀流及带有槽沟的明渠非均匀流及悬浮物浓度分布进行了模拟,计算结果与实测值符合良好。模型的应用可为河道或水库的洪水调度、水污染控制、取水工程优化等提供参考。     

长江口水流挟沙力公式初步研究

本文根据泥沙运动理论和水流能量平衡原理,结合水流对泥沙的作用效果并分析了现有水流挟沙力公式的适用条件,通过实测资料的整理和研究,推导得出长江口水流挟沙力公式.结果表明,河口半潮平均挟沙力应考虑水流对悬移质的输送和对床沙中悬移质的上浮,同时还应考虑河口其它动力因素(如风、波浪等)及其各类动力过程的非线性作用效应对水流挟沙力的贡献.本文提出的公式从泥沙输运及悬浮的角度去分析河口水流挟沙力,从而有利于河口冲淤特性的分析研究.对长江口而言,洪季水流对泥沙的输运作用大于悬浮作用,落淤的可能性大于冲刷;而枯季水流对泥沙的作用则以悬浮为主,冲刷的可能性大于落淤,从另一侧面解释了长江口"洪淤枯冲"的现象.     

河网水流数值模拟方法研究

讨论了河网概化的一般原则,并在分析单一河段水流数学模型的基础上,建立了可以适用于一般河网体系水流数值计算的数学模型,并采用荆江—洞庭湖的相关资料进行了验证.结果表明,模型的计算值与实测值吻合较好,说明该模型具有较好的适用性.     

高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法研究进展

地下水流数值模型不仅是认识深部水动力场形成演化机制的有效工具,也是建立核素迁移数值模型的基础,因而是高放废物处置场选址和安全评价中重要的技术手段。高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法较多,如何选择适当的方法也是值得关注的问题。针对高放废物深地质处置地下水流数值模拟技术展开研究,通过阅读大量国内外文献,文章系统阐述了目前常用的4 类地下水流数值模拟方法的研究进展、适用条件和实例应用;综述了深地质处置中常用的模型不确定性分析方法及研究成果,列表给出了适用于放射性废物地质处置的地下水流数值模拟软件及其在废物处置选择和安全评价中的应用。研究结果表明:等效连续介质模型适用于大区域、长序列、裂隙发育程度较高或较均匀的地区,该类模型方法成熟、所需的数据和参数易于获得,但是不能精确刻画裂隙介质中地下水的流动特征。离散裂隙网络模型适合解决处置场地、储罐尺度等需要精细刻画的地下水流问题,但由于需要大量裂隙及其连通性数据、相关参数等,该方法存在着工作量大、耗时多的缺点。双重介质模型主要用于解决区域尺度裂隙水流问题,但并不能表现出裂隙介质的各向异性、不连续性等特征,因而适用范围存在一定的限制。等效-离散耦合模型可以通过区域分解法对裂隙密度大的区域采用等效连续介质模型,对于裂隙密度较小的地区采用离散裂隙网络模型,从而更符合一般地质条件下裂隙渗流的特征,但也存在交换量难以确定、模型耦合技术问题。通过灵敏度分析,将不同敏感因子对模型敏感指标的影响程度进行排序,提高模型精度、减少参数不确定性分析的工作量。蒙特卡罗法是目前常用的一种模型不确定性方法,原理简单、易于实现。文章展望了数值模型在仿真性、不确定性分析、预测和多介质耦合等方面的研究前景。     

荧光剂稀释法测稳定流的实验研究

荧光剂稀释法测稳定流的实验研究安鸿志，王新辉，陈晓，林亚（新疆水文总站）一、引言稀释法测稳定流是国际标准化组织（ＩＳＯ）确认的常用测验江河流量的方法之一。它的特点是测验设施比较简单、安全，一般不需横跨河道测流。特别适用于水流湍急、河道断面不规整、紊流...     

水流冲刷过程中的边坡临界滑动场及河岸崩塌问题研究

针对河岸崩塌问题分析和研究,在考虑江河水位升降引起坡外水压力变化及坡内非稳定渗流基础上,同时考虑水流冲刷引起的河床冲深及河岸后退,提出了水流冲刷过程中的边坡临界滑动场和适用于天然江河崩岸的数值模拟,并对水流冲刷过程中的崩岸问题进行了分析。通过对两类不同土质岸坡的崩岸数值模拟,分析了水流冲刷引起的河床冲深及河岸后退过程中坡体的稳定性变化,探讨了不同土质岸坡的崩岸类型及崩塌模式。结果表明,坡度较陡的黏性岸坡崩塌时趋近于平面破坏且通过坡脚;坡度较缓的粉土岸坡崩塌时沿曲面破坏,且在水位骤降过程中易发生局部崩塌。     

我国地面沉降模拟现状及需要解决的问题

我国现有模型有下列特点:水流模型都是准三维模型,模型中的参数都是常数,沉降模型采用线弹性模型,水流模型和沉降模型的耦合分二步进行。因此,模型还存在难以精确刻画由弱透水层释水引起的地面沉降,不符合准三维模型的应用条件。水流方程应是一个变系数的动态水流方程,渗透系数、贮水率不应视为常数。土层压缩非线性,有蠕变、塑性变形存在,沉降模型采用线弹性模型不适合,对土层厚度变化大的地区沉降模型必须是三维的,滞后现象必须克服。如何描述引起地裂缝的水平位移,分两步进行的耦合不合适,要做到水流模型与沉降模型的真正耦合等八个方面的步骤。本文提出分三步进行的解决方案:首先采用三维水流模型,以便不仅给弱透水层建立方程,还能考虑它的各向异性,参数值能随着土层的变形沉降而不断改变。沉降模型为能考虑蠕变、塑性变形的非线性模型;水流模型和沉降模型要做到能真正耦合。其次,解决滞后问题。最后,建立三维沉降模型,考虑水平位移和地裂缝问题。