【摘要】：水庫(kù)大壩是重要的基礎(chǔ)設(shè)施和水資源利用及調(diào)控的有效手段,它在發(fā)揮著巨大效益的同時(shí),也會(huì)在不同尺度和層面上對(duì)下游河道潛流帶造成物理、化學(xué)等方面的變化。攔河大壩影響的主要方面反映在地下水與地表水的相互作用,影響著地表水與地下水水分、溫度和溶質(zhì)的交換。因此,進(jìn)一步了解潛流交換過(guò)程對(duì)于保護(hù)大壩下游河流生態(tài)、流域的地表水與地下水系統(tǒng)健康具有重要價(jià)值和意義。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)通過(guò)構(gòu)建的數(shù)值模型對(duì)水流流速v、水深H、沙丘波高h(yuǎn)及河床底質(zhì)滲透率k等單一影響因素影響下的潛流交換規(guī)律進(jìn)行研究,結(jié)果表明水流流速v、沙丘波高h(yuǎn)h及河床底質(zhì)滲透率k與潛流交換程度呈正相關(guān)關(guān)系,水深H與潛流交換程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;(2)通過(guò)模擬注射器向沙丘中注入染料的過(guò)程,以監(jiān)測(cè)域點(diǎn)濃度變化至平衡所消耗的時(shí)間t作為評(píng)價(jià)指標(biāo),基于正交試驗(yàn)法對(duì)地表水-地下水耦合模型參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析,研究了潛流交換過(guò)程影響因素的敏感性大小,結(jié)果表明潛流交換過(guò)程主要影響因素為水流流速v和河床底質(zhì)滲透率k,水流流速v影響程度尤為明顯,處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì),河床底質(zhì)滲透率k影響程度次之;而河床沙丘波氋h對(duì)河床潛流交換過(guò)程的影響也很顯著;依據(jù)極差分析原理得出結(jié)論:對(duì)于本文模型的潛流交換過(guò)程,影響因素流速v的敏感性最高,河床底質(zhì)滲透率k敏感性次之,河床沙丘高度h的敏感性要大于水深H。(3)對(duì)河床進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析,結(jié)果表明由于紊流的脈動(dòng)隨機(jī)性,和二維模型相比,三維模型y=0.15m切面壓力及溶質(zhì)濃度分布會(huì)出現(xiàn)差異;根據(jù)水砂交界面的X、Y、Z方向水分通量及水分總通量、溶質(zhì)總通量計(jì)算結(jié)果,表明潛流交換過(guò)程以垂向?yàn)橹?迎水面水分和溶質(zhì)總通量都大于背水面,引起水分和溶質(zhì)在河床中的運(yùn)移和滯留。對(duì)三維模型和二維模型下監(jiān)測(cè)域點(diǎn)溶質(zhì)隨時(shí)間變化曲線進(jìn)行了對(duì)比分析,表明三維模型下的變化速率要略大于二維模型,三維模型迎水面B處域點(diǎn)相比較二維模型會(huì)出現(xiàn)變化速率先快后慢的現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV133
【圖文】：

地下水有著密切的聯(lián)系，地表水是地下水的重要補(bǔ)給源，地下水也會(huì)反補(bǔ)給地互作用的深度和廣度的主要影響因素是水文條件和地形地質(zhì)條件。在地下水作用的過(guò)程中，存在著一個(gè)交界區(qū)域被稱為潛流帶，它影響著河流地表水和水分、溫度和溶質(zhì)的交換[4]，二者的相互作用既能使溶質(zhì)在河床中發(fā)生滯留溶質(zhì)在河流地表水中遷移造成影響[5]，它們受到潛流交換的控制[6]。潛流帶水、側(cè)向河岸帶和地下水之間非常重要的位置[7]。示意圖如圖 1-1 所示[8]。

湍流模式理論假定湍流中的流場(chǎng)變量由一個(gè)時(shí)均量和一個(gè)脈動(dòng)量組成，以此 方程可以得出雷諾時(shí)均 N-S 方程（簡(jiǎn)稱 RNS 方程）。再引入 Boussinesq湍流雷諾應(yīng)力與應(yīng)變成正比之后，湍流計(jì)算就歸結(jié)為對(duì)雷諾應(yīng)力與應(yīng)變之間計(jì)算。慮圖 2-1 所示的單元體，由質(zhì)量守恒定律[48,49]可知，時(shí)間內(nèi)流進(jìn)與流出單元等于時(shí)間內(nèi)單元體中水量的增加，因此，建立如下方程[50]：

濃度梯度引起的相對(duì)于平均流速運(yùn)移的分子擴(kuò)散[54]。下面在 α 組上，建立 α 組分的對(duì)流—擴(kuò)散方程。、qy、qz分別為達(dá)西流速在 x、y、z 方向上的分量，θ 為河床底質(zhì)的有的滲流區(qū)域?yàn)榫|(zhì)各向同性，取滲流區(qū)域中心點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y，z△z 的六面微單元體（圖 2-2）。在 dt 時(shí)間段內(nèi)，引起單元體中的對(duì)流、彌散作用。它們引起單元溶質(zhì)質(zhì)量的變化分別計(jì)算如下。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2749222