【摘要】：傳統(tǒng)地下水?dāng)?shù)值模擬使用MODFLOW模擬地下水流場(chǎng),將含水系統(tǒng)概化為等效連續(xù)介質(zhì),地下水流為達(dá)西流。但在具有多重巖溶介質(zhì)結(jié)構(gòu)的西南地區(qū),大量管道暗河的發(fā)育,使得地下水具有達(dá)西流與非達(dá)西流并存的流動(dòng)特征,然而,MODFLOW無(wú)法對(duì)這一特征進(jìn)行描述。后美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基于MODFLOW開(kāi)發(fā)了MODFLOW-CFP(Conduit Flow Process)模塊,用于處理巖溶非達(dá)西流、多重孔隙介質(zhì)的復(fù)雜情況,其中CFPM1模式可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)線性層流模型與離散的管道網(wǎng)絡(luò)的耦合。CFPM1模式需賦予各管道屬性,通過(guò)管道臨界雷諾數(shù)、水量交換等實(shí)現(xiàn)水流轉(zhuǎn)變。本文依托重慶明月峽背斜潛在交通走廊可行性論證研究項(xiàng)目,運(yùn)用MODFLOW-CFP構(gòu)建典型巖溶含水系統(tǒng),討論管道流模擬的關(guān)鍵參數(shù)。依據(jù)明月山南段建立區(qū)域、場(chǎng)地兩級(jí)尺度的數(shù)值模型,首先應(yīng)用MODFLOW-CFP構(gòu)建明月山南段管道流地下水流區(qū)域模型,使用CFPM1模式對(duì)巖溶管道進(jìn)行刻畫,分析區(qū)域地下水流場(chǎng),為場(chǎng)地模型提供邊界條件等模型背景;后提出隧址區(qū)場(chǎng)地模型A、B兩方案,模擬管道段下方隧道開(kāi)挖、隧道高程選取對(duì)地下水流場(chǎng)變化及隧道涌水量影響。主要得出以下認(rèn)識(shí):(1)MODFLOW-CFP實(shí)現(xiàn)了巖溶含水系統(tǒng)中二元結(jié)構(gòu)裂隙-管道的地下水水流模型。將裂隙系統(tǒng)概化為等效多孔介質(zhì),管道系統(tǒng)使用CFPM1模塊概化為多段相互連接的管道,兩系統(tǒng)之間通過(guò)交換流量進(jìn)行耦合。通過(guò)構(gòu)建一典型的巖溶含水單元,基于MODFLOW-CFP模型分析裂隙介質(zhì)、流場(chǎng)背景以及管道參數(shù)對(duì)巖溶介質(zhì)管道流的影響。(2)以明月山南段為研究區(qū)建立區(qū)域、場(chǎng)地兩級(jí)尺度的數(shù)值模型。區(qū)域模型以管道所在的完整的水文地質(zhì)單元為模擬范圍,使用MODFLOW-CFP對(duì)巖溶管道進(jìn)行詳細(xì)刻畫,著重反映管道流情況及區(qū)域的地下水流特征;場(chǎng)地模型范圍縮小至隧址區(qū),將模型剖分細(xì)化,采用第三類邊界排水溝Drain模塊概化隧道,模型重點(diǎn)反映隧道開(kāi)挖對(duì)管道內(nèi)水體影響及隧道涌水量的預(yù)測(cè)。(3)區(qū)域模型構(gòu)建中,應(yīng)用MODFLOW-CFP對(duì)排花洞-張關(guān)段典型巖溶暗河管道進(jìn)行詳細(xì)刻畫。通過(guò)實(shí)際調(diào)查、鉆孔資料及示蹤試驗(yàn)等方式獲取管道介質(zhì)特征參數(shù),使用CFPM1模式對(duì)區(qū)域內(nèi)管道段進(jìn)行刻畫,通過(guò)觀測(cè)孔水位結(jié)果擬合,并提取區(qū)域模型的模擬結(jié)果為隧址區(qū)場(chǎng)地模型提供有力的背景條件。(4)建立兩種情況下的隧址區(qū)場(chǎng)地尺度數(shù)值模型:A方案隧道位于管道段(巖峰洞-干洞子)下部;B方案避開(kāi)暗河管道段,并根據(jù)巖溶垂直分帶特征進(jìn)行隧道高程位置討論。主要從隧址區(qū)周圍地下水水位變化、管道內(nèi)水體變化及隧道涌水量方面分析,為隧道規(guī)劃選址提供參考依據(jù)。場(chǎng)地模型模擬結(jié)果對(duì)比表示,B方案從地下水位變化程度、管道內(nèi)水體影響及隧道涌水量方面均優(yōu)于A方案。A方案中隧道穿越巖溶管道段下方,造成管道內(nèi)災(zāi)害水體向隧道處匯集,隧道涌水量為44210.54m~3/d,對(duì)巖溶暗河段影響較大。B方案所進(jìn)行的隧道空間位置模擬結(jié)果顯示,在隧道高程位于320-300m,隧道對(duì)周圍地下水及管道內(nèi)水體擾動(dòng)較弱,涌水量最低值達(dá)5738m~3/d,可作為隧道規(guī)劃的最佳高程段。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U452.11;P641.2
【圖文】：

技術(shù)路線圖

管道節(jié)點(diǎn)示意圖

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本文編號(hào)：2717531