本文關鍵詞：天然河床濾床地下水流態(tài)變化模擬試驗及水量計算方法研究

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【摘要】：天然河床滲濾取水技術是近些年來逐漸被廣泛應用的一項清潔高效低成本的取水技術,其依靠天然河床濾床的吸附凈化作用,通過滲濾的方式,達到對河水的清潔效果,相比傳統(tǒng)的取水方式大大降低了成本,簡化了工藝流程。在滲濾取水過程中,由于河床表面泥膜的弱透水性,往往在取水速率大于補給速率的時候,含水層內部出現(xiàn)大范圍的非飽和帶,使得后期的水量大幅減少,地下水流場不再是飽和流場,因此利用傳統(tǒng)的水量計算方法,忽略非飽和帶的影響,計算結果會出現(xiàn)錯誤,達不到預期的設計水量,這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是多個因素影響的結果,然而目前已有的研究,對于影響取水量的因素沒有明確的定量分析,對于取水管附近由于非飽和帶的產(chǎn)生,地下水流態(tài)變化特征的研究一直是模糊與空白的。本文通過北票市滲濾取水工程建立的概念模型,構建室內模擬試驗模型,基于地下水動力學原理,模擬不同影響因素下的取水效果,分析地下水流態(tài)變化特征。將試驗得到的實際取水量與通過傳統(tǒng)水量計算方法得到的取水量進行對比分析,討論各種計算方法的適用性。基于以上分析,運用Visual Modflow對北票滲濾取水工程典型硐室取水滲流場進行數(shù)值模擬,分析各影響因素下的地下水流態(tài),判別非飽和帶產(chǎn)生臨界條件及非飽和帶產(chǎn)生對流場的影響。根據(jù)上述研究內容和方法,得到以下結論:(1)天然河床濾床取水方式的地下水流場為三維飽和非穩(wěn)定流;河水通過弱透水層以下滲的方式補給地下水,地下水運動特征可看作有越流補給的非完整井運動。(2)河水作為滲濾取水的水量來源,河水位越高,水頭差越大,下滲補給量越多,取水量越大,相反河水位越低,河水下滲補給量也有限,增大豎井降深,取水量增加幅度也不大。(3)隨著豎井中的降深增大,河床下部取水量也逐漸增大,但隨著抽水時間持續(xù),在豎井降深過大時,取水量不再增加甚至逐漸降低。(4)當含水層表面出現(xiàn)凍層時,將大大降低取水量,同一水位條件下,同樣豎井降深得到的取水量也遠小于非凍層條件,并且凍層條件下,因為河水下滲補給受阻,很快便到達含水層的最大取水量。(5)由于下部抽水速率大于河水下滲補給速率,非飽和帶先在含水層表層的飽和帶下部形成,后逐級向下部擴展,含水層內部含水率由上部先降低擴展至下部同樣降低,含水層整體含水率驟降,非飽和帶在含水層中達到最大,此時取水量達到極限值,在非飽和帶產(chǎn)生之前,隨著取水過程的進行,取水量是隨著含水層內部含水率的降低不斷增大的,然而在非飽和帶擴展至整個含水層之后,含水層含水率迅速降低,而取水量也隨之降低,但此前取水量已經(jīng)出現(xiàn)下降趨勢。(6)利用Visual Modflow軟件建立北票滲濾取水數(shù)值模型,模擬分析不同影響因素下取水口附近地下水流場特征,確定控制非飽和帶產(chǎn)生的臨界條件的數(shù)值模擬計算方法,所建立的模型符合滲濾取水原理,確定所建立的數(shù)值模擬方法可為滲濾取水工程的設計計算提供理論依據(jù),模擬結果具有參考價值。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P641.2

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本文編號：1213457