基于温度示踪的地下水流速流向探测及含水层水力层析扫描研究

论文摘要

地下水的流速、流向作为含水层渗流场重要的参数,在地下水的开发利用、环境污染防治、污染物运移和工程建设等方面有着重要的作用,然而地下水埋藏于地表以下,想要直接测量地下水的流速流向十分困难,地层中非均质含水层空间结构的复杂性会引起地下水运动的复杂性。地下水的流动特性可以反映含水层渗流场的分布情况,通过对地下水流速和流向的探测不仅可以得到含水层渗流参数,还有助于对非均质含水层的刻画。然而,传统水文地质学中测量地下水流速流向的方法周期长,难以保证精度;基于点稀释原理的人工同位素示踪法,所用的同位素具有放射性有损试验人员的健康并且会对地下水会造成污染。本文提出了一种基于温度示踪的地下水流速流向探测方法,把温度作为示踪剂,通过对温度数值的测量进而探测出地下水的流速、流向。基于温度示踪的地下水流速、流向探测研究具有不会对环境造成污染,易于测量,并且不会改变地下水渗流场的物质组成等优点。本文的主要研究工作及其研究成果如下:(1)研制了地下水流速流向温度示踪探测试验系统。该系统包括数据采集设备、流速流向探头、试验砂箱系统、水循环系统、渗流流速调节系统等重要部分,可以模拟出不同温度状态下的不同的地下水水平流速,并且研制了可以360°旋转的地下水流向温度探头。(2)开展了基于温度示踪的地下水流速、流向的探测研究。利用地下水流速流向温度示踪探测试验系统,在地下水流速的研究中,分析了在不同地下水渗流速度条件下,地下水水温、流速探头尺寸和流速探头内热流流速对进出探头两端温度差值的影响;在地下水流向的研究中,分析了在不同地下水渗流流向条件下,地下水水温、地下水渗流流速和流向探头内热流流速对进出探头两端温度差值的影响,并提出了基于温度示踪的流速、流向经验公式。(3)研究了地下水流速对含水层渗流特性刻画的影响。通过自行研制的地下水含水层层析扫描试验系统,开展了有无地下水流速条件下的抽水试验,分析了地下水流速对含水层渗流特性刻画的影响。结果表明:有地下水流速条件下,正演得到的监测井内水位变化、拟合曲线K值、总水头中低水头区域范围、压力水头分布等数值以及反演得到的含水层渗流特性分布场等信息全面优于无地下水流速情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 选题依据及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 环境同位素示踪研究
•     1.2.2 天然温度场示踪研究
•     1.2.3 示踪稀释法研究
•   1.3 主要存在的问题
•   1.4 本文研究内容及技术路线
• 第二章 地下水流速流向温度示踪探测试验系统
•   2.1 概述
•   2.2 试验砂箱系统
•   2.3 渗流流速调节系统
•   2.4 流速流向探头
•   2.5 数据采集设备
•   2.6 水循环系统
•   2.7 试验步骤
•     2.7.1 地下水流速试验步骤
•     2.7.2 地下水流向试验步骤
•   2.8 本章小结
• 第三章 基于温度示踪的地下水流速探测研究
•   3.1 概述
•   3.2 不同地下水温度与温度差值?T的研究
•     3.2.1 DS组试验结果分析
•     3.2.2 地下水温度与温度差值?T综合分析
•   3.3 流速探头型号与温度差值?T的研究
•     3.3.1 内表面积与温度差值?T结果分析
•     3.3.2 外表面积与温度差值?T结果分析
•   3.4 流速探头内热流流速与温度差值?T的研究
•     3.4.1 ZL-1 组试验结果分析
•     3.4.2 ZL-2 组试验结果分析
•     3.4.3 ZL组试验结果综合分析
•   3.5 综合分析
•   3.6 本章小结
• 第四章 基于温度示踪的地下水流向探测研究
•   4.1 概述
•     4.1.1 流体横掠单管流动分析
•     4.1.2 热源分析
•   4.2 地下水渗流流速与温度差值?T的研究
•     4.2.1 DW组试验结果分析
•     4.2.2 地下水渗流流速与温度差值?T的综合分析
•   4.3 不同地下水水温与温度差值?T的研究
•     4.3.1 DD-1 组试验结果分析
•     4.3.2 DD-2 组试验结果分析
•     4.3.3 DD组综合试验结果分析
•   4.4 探头内热流流速与温度差值?T的研究
•     4.4.1 GN-1 组试验结果分析
•     4.4.2 GN-2 组试验结果分析
•     4.4.3 GN组综合分析
•   4.5 综合分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 基于地下水流速流向的含水层水力层析研究
•   5.1 概述
•   5.2 地下水含水层层析扫描试验系统
•     5.2.1 试验仪器
•     5.2.2 非均质层析砂箱含水层制作
•     5.2.3 试验步骤
•   5.3 基于地下水流速流向的正反演研究
•     5.3.1 建立非均质含水层数值模型
•     5.3.2 非均质含水层渗流特性反演研究
•     5.3.3 基于地下水流速流向的正演模型研究
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论及展望
•   6.1 本文的主要研究工作及结论
•   6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙志伟

导师: 梁越

关键词: 温度示踪,地下水流速,地下水流向,非均质含水层,水力层析

来源: 重庆交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 重庆交通大学

分类号: TV139.1

DOI: 10.27671/d.cnki.gcjtc.2019.000720

总页数: 106

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