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河流污染对地下水的影响实验与模拟研究

作　者: 付强
导　师: 王文科
学　校: 长安大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 河流污染河流与地下水脱节重力分异水流及溶质运移耦合模型数值模拟
分类号: P641.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来，河流等地表水体的污染已经越来越严重，而河流与地下水存在着相互转化的关系，当河流受到污染时，地下水以及紧依河流分布的傍河水源地就不可避免的受到污染，这严重影响了工农业的正常运作、社会经济的发展和人类饮水安全。在这个基础上，本文以河流与地下水演化关系作为主线，采用室内砂槽物理模拟实验与数值模拟相结合的方法，分别筛取不同介质（细砂、中砂），研究保守性物质NaCl与非保守性物质硝基苯在河流-悬挂饱水带-包气带-地下水系统中的运移转化规律，构建对流、弥散、吸附共同作用下水流与溶质运移的耦合模型，定量描述河流污染对地下水的影响程度。通过研究与分析，本文得到以下结论：1、河流不是无限制的补给地下水，当地下水位降低到一定程度时，河流与地下水会发生脱节，而不同含水层介质的临界脱节水位不同，颗粒越粗越容易发生脱节，临界脱节水位越高。根据本文的实验，当含水层介质为细砂河流水位为160cm，临界脱节水位为90cm，此时水力坡度为0.78。即水力梯度J<0.78时，河流与地下水具有统一浸润曲线；当J=0.78时，河流与地下水临界脱节；当J>0.78时，河流与地下水处于脱节状态。而当含水层介质为中砂，河流水位为160cm，临界脱节水位为95cm，此时水力坡度为0.72。2、河流-地下水系统中溶质运移规律表明：污染质在河流-地下水系统迁移过程中，会发生重力分异现象，表现为相同时间内z方向运移范围比x方向大很多，这种现象在纯弥散作用下较为明显。3、污染质在河流-地下水系统运移过程中受到多种因素的影响：水力坡度，含水层介质，污染质种类等。其他条件相同时，含水层介质颗粒越粗，污染质运移速度越快；NaCl的运移速度比硝基苯运移速度快，并且最终达到的相对浓度最大稳定值也略大，NaCl约为1，硝基苯约为0.85；河流与地下水临界脱节时，污染质运移速度最快。4、基于饱和-非饱和流理论及溶质运移理论，建立了污染物运移耦合模型，较好的拟合了实验实测数据，并对不同污染质浓度、不同的河流与地下水转化关系等复杂条件下的污染物在河流-地下水系统中的运移规律做了模拟及预测。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究目的与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及存在问题  10-15
    1.2.1 河流与地下水转化关系研究现状  10-12
    1.2.2 污染物在河流-地下水系统中的运移现状研究  12-14
    1.2.3 存在的问题  14-15
  1.3 研究内容、方法、技术路线及创新点  15-18
    1.3.1 研究内容  15
    1.3.2 研究方法  15-16
    1.3.3 技术路线  16-17
    1.3.4 论文的创新点  17-18
第二章污染质在河流-含水层系统中运移理论  18-26
  2.1 地下水污染的含义  18
  2.2 地下水污染来源及主要污染物  18-19
  2.3 地下水污染的特点及污染途径  19-22
    2.3.1 地下水污染特点  19
    2.3.2 地下水污染的方式  19
    2.3.3 地下水的污染途径  19-22
  2.4 污染物在河流-地下水系统中的迁移过程  22-23
  2.5 河流污染对地下水及傍河水源地的影响因素  23-26
第三章实验装置与实验材料  26-34
  3.1 砂槽实验装置介绍  26-31
    3.1.1 实验装置设计思路  26
    3.1.2 实验装置结构  26-28
    3.1.3 实验观测系统  28-31
  3.2 关键参数测定试验  31-32
  3.3 实验方案设计  32-33
  3.4 实验注意事项  33-34
第四章实验结果分析及规律探讨  34-57
  4.1 水动力场的结果分析  34-39
    4.1.1 介质为细砂时水动力场结果分析  34-36
    4.1.2 介质为中砂时水动力场结果分析  36-39
  4.2 浓度场的结果分析  39-52
    4.2.1 对流、弥散作用对污染质运移的影响规律  39-44
    4.2.2 不同河流与地下水转化关系对污染质运移的影响  44-48
    4.2.3 不同种类污染质在河流地下水中运移规律的比较  48-51
    4.2.4 不同含水层介质对污染质运移的影响  51-52
  4.3 温度场结果分析  52-53
  4.4 衡量污染质运移过程中对流与弥散作用相对大小的指标  53-57
第五章污染质在河流-地下水系统中运移数值仿真模拟  57-73
  5.1 水流-溶质运移耦合模型  57-59
    5.1.1 水文地质概念模型  57-58
    5.1.2 数学模型  58-59
  5.2 模型的识别与验证  59-64
    5.2.1 模型的建立  59-60
    5.2.2 模型的识别与验证  60-64
  5.3 复杂条件下污染质在河流-对地下水系统中运移规律的数值模拟  64-73
    5.3.1 不同污染质浓度对污染质运移的影响  65-68
    5.3.2 不同河流与地下水转化关系对污染物迁移的影响  68-70
    5.3.3 不同含水层介质对污染物运移的影响  70-73
结论  73-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间取得的研究成果  77-78
致谢  78

河流污染对地下水的影响实验与模拟研究

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