南水北调中线干渠内排段地表水与地下水耦合模拟研究

发布时间：2017-06-01 17:07

  本文关键词：南水北调中线干渠内排段地表水与地下水耦合模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：南水北调中线工程是为解决水资源分布不均,实现水资源合理配置而兴建的一项大型跨流域调水工程。确保调水水质安全是使南水北调工程实现供水效益的前提,是评价其成败的关键依据。在工程设计及建设过程中,为减轻地下水扬压力对干渠的不良影响,采用单向逆止式的排水系统,致使地下水和干渠水存在紧密的水力联系,导致内排段沿线受污染的地下水将直接对工程的水质安全造成威胁,内排段长达400余公里。因此,开展内排段地表水与地下水的耦合模拟研究,对确保总干渠水质安全具有重要意义。本文以河北保定西部山区内排段为研究对象,基于Excel建立地表水与地下水的耦合模型,实现了地下水与总干渠之间通过逆止阀的水量交换与溶质运移的定量分析。本论文将总干渠与地下水分别作为一个完整的系统进行研究,根据总干渠的水动力条件以及污染物质的输运特征,建立了一维圣维南水流模型及一维对流-扩散水质模型,调查分析区域内水文地质条件,建立了一维稳定地下水流模型及一维溶质运移模型。根据逆止阀安装工况,以水位差为变量求解地表水与地下水的耦合模型,采用Extensible Markup Language、Visual Basic Application语言开发了通用的数值模拟模型,经验证模型的求解精度满足模拟要求。通过研究区内总干渠两侧地下水环境的调查分析,以小王京村的典型污染物为研究对象,结合区域地质条件,利用开发的地表水与地下水的耦合模拟模型,模拟预测在不同工况条件下地下水水质变化对干渠水的水质影响,模拟结果显示:(1)按总干渠Q=150m3/s流量模拟,地下水通过逆止阀补给干渠的水量为663m3/d,对干渠水动力条件影响很小;(2)干渠处地下水中硝酸根离子浓度最高为479mg/L时,通过逆止阀补给干渠后,对干渠水中硝酸根离子浓度贡献值为0.47mg/L;(3)通过突发污染事故模拟,污染物运移到放水河渡槽的时间为3960s。
【关键词】：南水北调中线 Excel 耦合模型 溶质运移 逆止阀
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;TV68
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 引言11-18
• 1.1 研究背景和选题意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 地表水与地下水方程耦合模拟现状12-13
• 1.2.2 集成耦合模型研究现状13-15
• 1.2.3 基于Excel的数值模拟现状15
• 1.3 存在问题15-16
• 1.4 研究内容与技术路线16-18
• 1.4.1 研究内容16
• 1.4.2 技术路线16-18
• 第2章 研究区概况18-26
• 2.1 自然地理概况18-19
• 2.1.1 气象18
• 2.1.2 水文18-19
• 2.2 地形地貌19
• 2.3 地层岩性19-21
• 2.4 地质构造21
• 2.5 区域水文地质条件21-22
• 2.5.1 含水层组及其特征21
• 2.5.2 地下水补、径、排特征21-22
• 2.6 中线工程概况22-23
• 2.7 区域水环境质量现状23-26
• 第3章 地下水数值模拟模型26-31
• 3.1 概念模型26-27
• 3.2 数学模型27-31
• 3.2.1 一维地下水流模型27-28
• 3.2.2 一维溶质运移模型28-31
• 第4章 明渠数值模拟模型31-42
• 4.1 明渠水动力数学模型31-37
• 4.1.1 一维圣维南方程组31
• 4.1.2 控制方程的离散及求解31-33
• 4.1.3 初始边界条件33-37
• 4.2 明渠溶质运移模型37-40
• 4.2.1 数学模型37
• 4.2.2 控制方程的离散及求解37-40
• 4.3 耦合模型40-42
• 第5章 基于EXCEL的可视化实现42-59
• 5.1 界面设计42-45
• 5.1.1 功能区设计42-43
• 5.1.2 数据录入43
• 5.1.3 结果输出43-45
• 5.2 数学函数的可视化实现45-54
• 5.2.1 地下水模型的可视化求解45-47
• 5.2.2 耦合模型的可视化求解47-49
• 5.2.3 明渠数值模型的可视化求解49-54
• 5.3 EXCEL中模型结果验证54-59
• 5.3.1 地下水模型结果验证54-56
• 5.3.2 明渠模型结果验证56-59
• 第6章 模型应用59-69
• 6.1 污染物现状预测与结果分析59-67
• 6.1.1 地下水数值模拟59-62
• 6.1.2 明渠数值模拟62-64
• 6.1.3 现状预测与结果分析64-67
• 6.2 突发污染事故模拟预测67-69
• 第7章 结论与建议69-71
• 结论69
• 建议69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-77
• 附录77-93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王文科;李俊亭;王钊;冯西洲;徐敏;王文明;杨丽君;;河流与地下水关系的演化及若干科学问题[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年02期

2 蒋业放,张兴有;河流与含水层水力耦合模型及其应用[J];地理学报;1999年06期

3 周超峰;;基于Excel单变量的河渠水面曲线计算[J];河南水利与南水北调;2013年14期

4 周剑;程国栋;王根绪;李新;胡晓农;韩旭军;;综合遥感和地下水数值模拟分析黑河中游三水转化及其对土地利用的响应[J];自然科学进展;2009年12期

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本文编号：413062