天然河床滤床地下水流态变化模拟试验及水量计算方法研究

发布时间：2017-11-22 04:19

  本文关键词：天然河床滤床地下水流态变化模拟试验及水量计算方法研究

  更多相关文章： 渗滤取水 非饱和带 地下水流态特征 室内模拟试验 数值模拟

【摘要】：天然河床渗滤取水技术是近些年来逐渐被广泛应用的一项清洁高效低成本的取水技术,其依靠天然河床滤床的吸附净化作用,通过渗滤的方式,达到对河水的清洁效果,相比传统的取水方式大大降低了成本,简化了工艺流程。在渗滤取水过程中,由于河床表面泥膜的弱透水性,往往在取水速率大于补给速率的时候,含水层内部出现大范围的非饱和带,使得后期的水量大幅减少,地下水流场不再是饱和流场,因此利用传统的水量计算方法,忽略非饱和带的影响,计算结果会出现错误,达不到预期的设计水量,这种现象的产生是多个因素影响的结果,然而目前已有的研究,对于影响取水量的因素没有明确的定量分析,对于取水管附近由于非饱和带的产生,地下水流态变化特征的研究一直是模糊与空白的。本文通过北票市渗滤取水工程建立的概念模型,构建室内模拟试验模型,基于地下水动力学原理,模拟不同影响因素下的取水效果,分析地下水流态变化特征。将试验得到的实际取水量与通过传统水量计算方法得到的取水量进行对比分析,讨论各种计算方法的适用性。基于以上分析,运用Visual Modflow对北票渗滤取水工程典型硐室取水渗流场进行数值模拟,分析各影响因素下的地下水流态,判别非饱和带产生临界条件及非饱和带产生对流场的影响。根据上述研究内容和方法,得到以下结论:(1)天然河床滤床取水方式的地下水流场为三维饱和非稳定流;河水通过弱透水层以下渗的方式补给地下水,地下水运动特征可看作有越流补给的非完整井运动。(2)河水作为渗滤取水的水量来源,河水位越高,水头差越大,下渗补给量越多,取水量越大,相反河水位越低,河水下渗补给量也有限,增大竖井降深,取水量增加幅度也不大。(3)随着竖井中的降深增大,河床下部取水量也逐渐增大,但随着抽水时间持续,在竖井降深过大时,取水量不再增加甚至逐渐降低。(4)当含水层表面出现冻层时,将大大降低取水量,同一水位条件下,同样竖井降深得到的取水量也远小于非冻层条件,并且冻层条件下,因为河水下渗补给受阻,很快便到达含水层的最大取水量。(5)由于下部抽水速率大于河水下渗补给速率,非饱和带先在含水层表层的饱和带下部形成,后逐级向下部扩展,含水层内部含水率由上部先降低扩展至下部同样降低,含水层整体含水率骤降,非饱和带在含水层中达到最大,此时取水量达到极限值,在非饱和带产生之前,随着取水过程的进行,取水量是随着含水层内部含水率的降低不断增大的,然而在非饱和带扩展至整个含水层之后,含水层含水率迅速降低,而取水量也随之降低,但此前取水量已经出现下降趋势。(6)利用Visual Modflow软件建立北票渗滤取水数值模型,模拟分析不同影响因素下取水口附近地下水流场特征,确定控制非饱和带产生的临界条件的数值模拟计算方法,所建立的模型符合渗滤取水原理,确定所建立的数值模拟方法可为渗滤取水工程的设计计算提供理论依据,模拟结果具有参考价值。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641.2

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本文编号：1213457