地下水流场中驻点的水动力学和水化学特征研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:PYY7896321
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地下水流场中流速空间分布的不均匀性是很常见的现象。过去,很多学者都从介质的非均质性角度来解释该现象的成因。实际上,即使含水介质均质各向同性,在多种条件下也会发生流速不均匀分布的现象。例如,由于地下水位的起伏,均质各向同性盆地中可以发育不同级次的流动系统,流动系统之间存在滞流区和驻点(Tóth,1963; Fetter,2001; Jiang et al.,2011)。前人大都基于稳定流的假设讨论了地下水流动系统中的驻点发育规律,对非稳定流条件下驻点发育规律的认识还很不全面。Tóth(1963,1980)认为油气等物质可以聚集在滞留区,由于没有开展定量研究,驻点附近物质能否聚集还存在争议。针对这些尚未解决的问题,本论文开展了如下理论和实际研究。本文改进了Tóth的复杂盆地剖面模型,将上部定水头边界改为入渗补给边界,利用数值模拟方法分析了隧道开挖前后流动系统的变化。隧道开挖前,在上部为入渗补给的边界条件下,依然可以发育多级次流动系统,存在驻点。隧道开挖后,地下水流场发生显著的变化,局部流动系统逐渐消失,最后只剩下区域流动系统。与不同级次流动系统的变化和消失所对应的是驻点位置的变化和消失,驻点的演化规律可以用来简便刻画地下水流动系统的演化规律。在此基础上,选择重庆尖峰岭隧道的典型剖面作为实例,研究隧道在开挖前后地下水流动系统中驻点的演化规律,验证了理论模型中地下水流动系统中驻点的演化规律。本文以理想驻点为例,分别建立了保守性物质的迁移模型、聚集性物质的迁移模型和衰变性物质的迁移模型,通过数值模拟进行了对比分析,研究了驻点附近物质聚集的机理。研究发现,对于保守性物质,驻点附近不会发生物质聚集;对于聚集性物质,驻点附近发生了浓度偏大的现象;对于衰变性物质,驻点附近发生了浓度偏小的现象。本文的研究成果,加深了人工开采这种非稳定流条件下地下水流动系统演化规律以及稳定流条件下驻点附近物质聚集机理的认识,完善了地下水流动系统理论,对于水资源开发、石油和矿产勘探等领域具有指导意义。
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