潛流帶地表水與地下水相互作用研究

目錄
總序一
總序二
總序三
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 潛流交換機理分析方法研究 2
1.2.2 潛流交換示蹤方法 4
1.2.3 流熱耦合模型理論研究 13
1.2.4 流熱耦合模型的研究現(xiàn)狀及應用 16
1.2.5 土體熱傳導系數(shù)模型研究 21
1.2.6 水熱運移試驗研究 23
1.2.7 潛流交換影響因素敏感性分析研究 25
1.3 潛流帶研究的關鍵問題 27
第2章 數(shù)學模型 29
2.1 溫度場與滲流場耦合數(shù)學模型 29
2.1.1 基本假設 30
2.1.2 溫度場對滲流場影響機理 31
2.1.3 滲流場對溫度場影響機理 32
2.1.4 潛流帶地下水流動與傳熱 34
2.1.5 溫度場控制方程 40
2.1.6 滲流場控制方程 40
2.1.7 溫度場與滲流場耦合控制方程 43
2.2 潛流交換溫度示蹤法數(shù)學模型 46
2.2.1 潛流交換溫度示蹤方法基本原理 46
2.2.2 潛流交換溫度示蹤法的主要優(yōu)勢 49
2.2.3 一維穩(wěn)態(tài)熱運移方程的解析模型 49
2.2.4 一維瞬態(tài)熱運移方程的解析模型 51
2.3 潛流交換離子示蹤法數(shù)學模型 55
2.3.1 計算流體動力學模擬的湍流雷諾平均方程 55
2.3.2 標準 k-ω方程 59
2.3.3 對流彌散方程 61
2.4 求解軟件介紹 64
第3章 “土體流-固-熱耦合試驗系統(tǒng)”的研制及參數(shù)測定 66
3.1 “土體流 -固-熱耦合試驗系統(tǒng)”的研制意義 66
3.2 試驗裝置的組成及構造 66
3.3 試驗土料 69
3.4 土壤水熱性質參數(shù)的確定 69
3.4.1 土壤飽和導水率 69
3.4.2 土壤水分特征曲線 70
3.4.3 非飽和土壤水熱性質參數(shù) 77
第4章 低溫水入滲條件下粉黏土滲透性試驗研究 80
4.1 水的物理性質 80
4.2 滲透系數(shù)測量試驗 82
第5章 溫度示蹤法河岸帶研究 89
5.1 河岸帶水熱運移規(guī)律的研究 90
5.2 環(huán)境因素影響下的河岸帶水熱動態(tài)變化 91
5.2.1 入滲水頭的影響 91
5.2.2 輻射溫度的影響 103
5.2.3 入滲水溫的影響 112
5.3 運移規(guī)律的數(shù)值模擬結果分析驗證 122
5.3.1 不同入滲水頭影響下河岸帶流熱運移數(shù)值模擬與驗證 122
5.3.2 不同輻射溫度影響下河岸帶流熱運移數(shù)值模擬與驗證 126
5.3.3 不同入滲水溫影響下河岸帶流熱運移數(shù)值模擬與驗證 131
第6章 潛流交換離子示蹤法室內試驗 136
6.1 二維地表水-地下水耦合模型的構建 136
6.1.1 二維概念模型 136
6.1.2 模型評估 137
6.1.3 模型驗證 138
6.1.4 單一影響因素下的潛流交換規(guī)律 139
6.1.5 河床潛流交換離子示蹤模型參數(shù)敏感性分析 148
6.2 三維地表水-地下水耦合模型的構建 152
6.2.1 三維概念模型 153
6.2.2 三維概念模型下的潛流交換規(guī)律 154
6.2.3 流速影響下的潛流交換規(guī)律 157
6.2.4 水深影響下的潛流交換規(guī)律 160
6.2.5 波高影響下的潛流交換規(guī)律 162
6.2.6 河床底質滲透率影響下的潛流交換規(guī)律 165
6.3 三維模型與二維模型的對比研究 167
第7章 潛流交換溫度示蹤法野外試驗 170
7.1 案例資料介紹 170
7.2 實測資料處理 171
7.3 模型邊界條件及參數(shù) 172
7.3.1 邊界條件 172
7.3.2 模型參數(shù) 173
7.4 模型驗證 174
7.5 河岸帶溫度場時空分布規(guī)律研究 175
7.6 河岸帶垂向流速對比分析研究 178
7.6.1 不同解析模型計算垂向流速對比分析 178
7.6.2 不同深度河岸帶地下水垂向流速對比分析 181
7.7 河岸帶流熱耦合模型參數(shù)敏感性分析 182
7.7.1 Morris敏感性分析方法 182
7.7.2 河岸帶流熱耦合模型參數(shù)敏感性 183
第8章 河岸帶流熱耦合模型構建及對比研究 185
8.1 河岸帶流熱耦合數(shù)學模型 186
8.1.1 流動方程 186
8.1.2 熱量運移方程 186
8.1.3 土體熱傳導系數(shù)經驗模型 186
8.2 河岸帶流熱耦合模型在COMSOL中的開發(fā) 187
8.2.1 COMSOL中的二次開發(fā)環(huán)境 187
8.2.2 流熱耦合模型的實現(xiàn)方法 188
8.2.3 野外實測資料收集及模型設置 189
8.3 河岸帶流熱耦合PDE建模有效性驗證 192
8.4 河岸帶流熱耦合模型驗證及對比分析 194
8.5 基于正交試驗法的河岸帶流熱耦合模型參數(shù)敏感性分析 200
第9章 總結與展望 203
參考文獻 205
彩圖