河流地表水-地下水的相互作用是地球水文循環(huán)的重要過(guò)程。而潛流交換作用是地表水-地下水相互作用中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),它控制著地表水-地下水之間物質(zhì)和能量的傳輸以及生物化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而影響到整個(gè)流域的生態(tài)健康。本文基于雷諾平均N-S方程(RANS)、k-ω湍流模型和Darcy方程,采用COMSOL結(jié)合CFD-Fluent的數(shù)值模擬方法,構(gòu)建三角形河床形態(tài)影響下的地表水-地下水耦合模型。主要分析了地表水湍流流動(dòng)特性、水沙交界面流動(dòng)特性和潛流交換區(qū)流動(dòng)特性,探究三角形河床形態(tài)影響下的地表水-地下水潛流交換規(guī)律。主要研究成果如下:基于已有的水槽試驗(yàn)實(shí)測(cè)的地表水流速分布結(jié)果,對(duì)第六段沙丘流速分布結(jié)果進(jìn)行模型驗(yàn)證,結(jié)果表明所構(gòu)建的地表水-地下水耦合模型可以良好地刻畫(huà)水沙交界面附近的流場(chǎng)。三角形河床對(duì)水沙交界面的壓強(qiáng)和流速分布影響較大,其迎水坡角度與水沙交界面壓強(qiáng)呈負(fù)相關(guān),與波峰處流速呈正相關(guān)。地表水入口流速與水沙交界面壓強(qiáng)極值及其流速均呈正相關(guān)。湍流強(qiáng)度和壁面切應(yīng)力的最大值穩(wěn)定出現(xiàn)在三角形河床波峰處,說(shuō)明波峰較容易受到地表水湍流的影響而發(fā)生形變。針對(duì)不同的三角形河床形態(tài),提出了一種水沙交界面的上升流和下降流...

【文章頁(yè)數(shù)】：56 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1河流潛流帶示意圖

河岸調(diào)蓄和地下水排放與補(bǔ)給為單項(xiàng)流動(dòng)，潛流交換作用是潛流帶內(nèi)的地表水-地下水雙向流動(dòng)。如圖1-1所示，潛流帶（Hyporheiczone）是河流河床內(nèi)水分飽和的沉積物層[12-14]，連接著河流水體、沉積物和地下水[3]。潛流帶中存在地表水與地下水之間物質(zhì)和能量的交換與過(guò)渡[1....

圖1-2三角形河床形態(tài)下的潛流交換示意圖

與飽和沙床之間發(fā)生交換，稱為泵吸交換[21,23]（見(jiàn)圖1-2a）；河床移動(dòng)變化時(shí)也會(huì)導(dǎo)致，河床孔隙水隨著河床移動(dòng)過(guò)程中的釋放和地表水進(jìn)入飽和沙床，這一過(guò)程稱為沖於交換（見(jiàn)圖1-2b）[21]；另外，在河床移動(dòng)過(guò)程中，同時(shí)包含沖於交換和泵吸交換，兩種交換的混合稱為混合潛流交換（....

圖2-1水流連續(xù)性方程微元示意圖

56]。二維湍流流體連續(xù)性方程的微元體示意圖見(jiàn)圖2-1。根據(jù)質(zhì)量守恒原理得到湍流流體在單位時(shí)間內(nèi)流入與流出微元體差值等于該段時(shí)間內(nèi)微元體中流體的增加量。建立方程如下[57]：圖2-1水流連續(xù)性方程微元示意圖Fig.2-1Schematicdiagramofwater....

圖3-2河流和海洋中常見(jiàn)的河床形態(tài)

3.1.1概化模型試驗(yàn)設(shè)置波狀河床形態(tài)是自然界中最為常見(jiàn)的河床表面形態(tài)之一，如河床沙波，波長(zhǎng)從厘米級(jí)到米級(jí)，海洋中甚至可達(dá)到數(shù)公里[23]。如圖3-2，河床沙波、海洋沙波和河道中的深潭-淺灘結(jié)構(gòu)，起伏河床表面形態(tài)的幾何特征主要體現(xiàn)在波峰及波谷分布，可以概化為三角形河床幾何形態(tài)。....

本文編號(hào)：4027584