地下水流数值模型内部参数灵敏度分析

以北京市朝阳区为研究区域,建立地下水水流数值模型,并对模型进行了识别。选取与地下水流场密切相关、反映地下水系统内部性质的渗透系数K与给水度μ作为敏感性分析的因子,采用单一参数灵敏度分析法与多参数组合灵敏度分析法,选取流场上游处和下游处的两个地下水头观测点进行参数变化引起的水位变幅分析,从而识别出影响地下水流场的主控因素。结果表明:研究区地下水流场对渗透系数K具有很高的敏感性;渗透系数K与给水度μ两个参数对区域地下水流场的影响中,渗透系数K占优。     

基于GMS的云南德厚水库下游废弃砒霜厂地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模拟是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为合理开发地下水资源、优化设计地下水开采方案及地下水污染修复提供定量依据。在分析德厚水库咪哩河流域裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上,运用GMS软件建立地下水流场模型和溶质运移模型,对裂隙岩溶水的流场和污染物进行了数值研究,判断出了污染源分布及污染羽扩展范围,分析了砒霜厂污染物运移对水库建设的影响。     

地下水流模型的建立——以华北平原为例

地下水流模型是辅助地下水资源量评价的一种工具,采用的建模方法主要是有限元法、有限差分法和边界元法。基于有限元法的地下水流模型包括地下水概念模型、数学模型、数值模拟模型3部分。概念模型建立包括含水层结构概化、研究区边界概化及水力特性确定3个步骤;数学模型和数值模拟模型建立包括数学方程式描述、区域剖分、定解条件处理、源汇项、水文地质参数确定、模型识别与检验及水量均衡分析7个步骤。以华北平原地下水流模型为例,阐述建模过程。     

浑水水力分离装置中水沙两相湍流的数值模拟

文章采用RNG(重整化群)k-ε双方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对浑水水力分离装置内水沙两相湍流场进行了数值模拟,得到浑水水力分离装置的柱体区、悬板区以及锥体区内含沙水流的平面速度矢量分布、含沙水流的紊动强度分布以及泥沙体积浓度分布。通过装置内清、浑水流场的计算结果,分析了泥沙的存在对装置内水流平均流速和紊动强度的影响,以及不同区域内影响水沙分离的主要作用力。研究结果表明泥沙的存在不会削弱水流的平均运动,但泥沙可有效地抑制水流的紊动扩散作用,有利于悬浮泥沙的沉降,装置内不同部位影响水沙分离的主要作用力不同,在锥体区和悬板区水沙分离主要依靠离心力,而在柱体主要依靠重力沉降。     

人工渗流场中的地下水流数值模拟

以天津滨海新区某拟建场地人工渗流场为研究对象,对研究区的水文地质条件进行分析和概化,用GMS7.1建立了水文地质概念立体模型。调用GMS7.1中的MODFLOW模块建立地下水流数值模型并求解,得到研究区的各项水文地质参数,再现并预测了研究区的地下水流场情况。计算结果表明,利用GMS建立的人工渗流场概念模型求解的各项水文参数较为精确,与现场实际情况吻合。同时,利用GMS进一步确定了合理的开采水方量及开采时间,为有效防治抽灌水引起的土体变形提供了理论依据。     

二滩水电站1号泄洪洞水力特性与掺气减蚀的三维数值模拟

基于VOF法和k-ε紊流模型,对二滩1#泄洪洞进行了全流道三维数值模拟计算,获得了泄洪洞的流场及速度场、压力分布、水相分布及空腔、流速矢量等水力特征参数。计算结果表明:在原有体型通气孔侧墙部位,水流掺气不充分,出现局部负压,是造成该部位发生空蚀破坏的主要原因。本文所采用的数值模拟模型计算可以成为研究泄洪洞水力特征和掺气减蚀的一种方法。     

李官堡水源地地下水流场数值模拟及预测

随着工业规模的发展,各城市都面临着地下水资源如何科学利用的难题,北方缺水城市沈阳李官堡水源地就面临着新增工业造成的用水压力,如何对该水源地的水资源进行科学评价是合理取用水的前提。在对模拟区范围、边界条件和孔隙水介质进行概化和对水文地质参数及其他参数确定的基础上,将该区域地下水流系统概化为均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统,运用GMS模型软件对研究区的地下水流场进行了数值模拟预测。通过模型识别和可靠性分析认为,所率定的模型参数符合实际且模型边界条件合理;预测认为该区域地下水资源量不能满足新增企业用水量9.8万m3/d的需求。该评价方法不仅具有应用和推广价值,而且具有为地下水资源科学规划提供科学依据的重要作用。     

李官堡水源地地下水流场数值模拟及预测

随着工业规模的发展,各城市都面临着地下水资源如何科学利用的难题,北方缺水城市沈阳李官堡水源地就面临着新增工业造成的用水压力,如何对该水源地的水资源进行科学评价是合理取用水的前提。在对模拟区范围、边界条件和孔隙水介质进行概化和对水文地质参数及其他参数确定的基础上,将该区域地下水流系统概化为均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统,运用GMS模型软件对研究区的地下水流场进行了数值模拟预测。通过模型识别和可靠性分析认为,所率定的模型参数符合实际且模型边界条件合理;预测认为该区域地下水资源量不能满足新增企业用水量9.8万m3/d的需求。该评价方法不仅具有应用和推广价值,而且具有为地下水资源科学规划提供科学依据的重要作用。     

奎河周边浅层地下水流及溶质运移数值模拟

根据典型地区地下水动态和溶质运移情况,结合水文地质条件和其他资料,建立了相应的水文地质概念模型。利用有限元数值模拟软件FEFLOW实现了对研究区地下水流系统和溶质运移的模拟。在水位过程线拟合、水位误差分析和溶质相关性分析的基础上,对地下水流系统和溶质运移模型进行了识别、校验,并利用所建立的数值模型预测了研究区地下水溶质运移演化情况。     

某发电厂循环水流道数值模拟

针对某电厂发电机组循环泵水力振动,采用雷诺时均N-S方程结合标准湍流模型,对循环泵进水流道水流流态进行FLUENT三维数值模拟,研究了流道整体流场、水力旋涡、喇叭口区域流速和泵筒体区压力分布。研究结果表明,循环泵进水流道流场紊乱,流速大,旋涡严重,斜坡处回流区旋涡直径达3 m,泵体区域旋涡直径达5 m;泵吸入口水力条件恶劣,喇叭口区旋涡直径达3 m,流速不均,最高达0.9 m/s;泵筒体四周压力不均,南北两侧压差达500 Pa。     

悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层地下水非稳定流计算

针对悬挂式止水帷幕基坑中复杂的地下水流动,建立了考虑止水帷幕的圆形基坑承压含水层地下水非稳定流动计算模型。通过对地下水流动计算模型的Laplace变换和有限Fourier余弦变换,推导了Laplace空间的水头降深解,采用Stehfest数值逆变换提出了悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层地下水非稳定流水头降深半解析解。在验证计算方法正确性和数值逆变换计算准确性的基础上,利用工程实例验证了计算方法的工程适用性。分析了悬挂式止水帷幕插入深度对圆形基坑地下水流动的影响规律,阐明了止水帷幕对基坑内外地下水控制的积极作用,为合理开展悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层的减压降水设计提供了计算方法。     

基于 ADNIA 的基坑渗流有限元分析

基坑工程许多事故是地下水引起的,船坞基坑中常采用防渗设施来减小地下水的危害,而对渗流规律的分析研究尚未明确。为了进一步研究基坑防渗设施对渗流场的影响,应用温度场数学模型来模拟渗流计算,通过 ADINA － T 进行渗流模拟,得到不同工况下船坞基坑典型断面的渗透水头及坡降的分布变化规律,防渗设施对渗透水头和压力均有明显的下降作用,形成了较大的渗径长度,有效的缩小了渗透坡降,分析研究结果有利于进一步认识基坑在防渗设施下的渗流规律,为基坑渗流和防渗设施的研究提供理论依据。     

Identification of the Saline Zone in a Coastal Aquifer Using Electrical Tomography Data and Simulation

A novel approach that borrows methods commonly used in environmental geophysics was developed for obtaining the estimates of the aquifer parameters. Specifically, estimates of hydraulic conductivity were obtained from field measurements of the electrical resistivity while accounting for the karsticity of the geological formations in the area of study. Geophysically determined hydraulic conductivity estimates were introduced to a 3-D groundwater numerical simulator (Princeton Transport Code – PTC) to compute the hydraulic heads distribution of the area of interest. The calibration of the numerical model was obtained matching the hydraulic-heads predicted by the simulator with the hydraulic-heads measured at specific well locations. Simulated hydraulic-heads were used with the Chyben-Herzberg equation to approximate the position of the sharp freshwater/saltwater interface of the base of the water supply aquifer. The existence of the faults impacts the groundwater flow and the distribution of the freshwater/saltwater interface.     

淮北采煤塌陷蓄水区地下水流场分布特征分析

为了解淮北采煤塌陷蓄水区地下水分布规律,在充分收集研究区已有相关成果资料的基础上,从研究采煤塌陷区域含水层结构变异入手,运用Visual Modflow软件对研究区地下水流场变化特征进行模拟、分析。结果表明：1）煤层完全开采情况下矿坑不再排水,因采煤矿坑排水而下降的松散层孔隙水水位在降雨补给和河流补给的作用下将逐渐回升,但基本无法恢复至采前水平;2）裂隙岩溶水接受塌陷区湖泊地表水和松散层孔隙水通过垂向网络型导水裂隙带不断入渗补给,导致研究区域裂隙岩溶水水位上升和溢出而形成多个局部水丘。闭坑后采煤塌陷蓄水区地下水流场分布规律研究成果可以为类似采煤塌陷蓄水区地下水资源综合利用提供参考。     

坝址区渗流场模拟的可靠性分析

本文针对坝址区渗流场模拟结果的可靠性问题，简要介绍了渗流随机模拟方法，以拉西瓦坝址区为例，采用条件模拟的顺序指示模拟方法，对岩体渗透系数作了大量模拟，建立了描述三维渗流场的数值模拟模型，进行了渗流场的100次模拟，并进一步对渗流模拟的结果作了统计分析。结果表明，渗透系数的条件模拟很好地表征了坝址区岩体渗透性特征，渗流随机模拟可定量分析模拟结果的可靠性，可为重大工程设计提供切实可行的依据。     

砂土场地排桩围护挡墙渗漏水对基坑变形规律的影响

针对富水砂层排桩挡墙渗漏水及基坑变形问题,以某地铁车站基坑工程为背景,采用数值模拟和现场实测方法对比研究砂土场地止水帷幕局部渗漏水前后基坑挡墙侧向位移、墙后地表沉降及围护桩墙内力变化规律。研究结果表明：止水帷幕局部渗漏加剧了渗流作用对基坑变形的影响,围护桩侧向位移曲线随基坑开挖深度的增大由“斜线”形向“鼓肚”形分布演变,墙后深层土体侧向位移曲线随水平距离L_p增大由非线性“鼓肚”形转变为线性分布;止水帷幕局部渗漏引起地表沉降量及影响范围增大,漏水后地表沉降显著影响区扩展为漏水前的2~3倍;围护桩身内力随基坑开挖深度增加而逐渐增大,漏水后桩身最大剪力和弯矩较漏水前减小;抑制渗漏通道扩展和阻止水土流失加剧是控制基坑渗漏灾害恶化的有效途径。研究成果可为砂土地区深基坑渗漏灾害防治与施工控制提供参考。     

不同止水帷幕插入深度下基坑降水对周边环境的影响预测分析

我国沿江沿海地区地下承压水分布特征及水文地质条件复杂,该地区基坑降水对周边环境的影响预测分析是技术难题。为研究不同止水帷幕插入深度下坑外地表沉降和坑外水位降深对坑内降水的响应特征,本文以常州地铁2号线某深基坑工程为例,采用有限元软件ABAQUS建立了基坑降水三维分析模型。结果表明:随着止水帷幕插入比的增大,基坑降水对周边环境的影响范围逐渐减小。定义止水帷幕插入承压含水层深度占其层厚的比值为插入比,当止水帷幕插入比小于1/2时,降水对坑外环境影响较大;当止水帷幕插入比大于3/4时,其止水效果与止水帷幕完全隔断承压含水层时接近,降水对坑外环境影响很小。研究成果为该地区地铁车站基坑止水帷幕优化设计提供良好的理论依据。     

浑水水力分离清水装置的流场数值模拟

对新型净水装置-浑水水力分享清水装置内部清水流场进行三给数值模拟。应用雷诺应力模型建立数学模型，采用有限体积法离散方程，运用SIMPLEC算法进行求解，初步得到浑水水力分享清水装置清水流场的颁规律。经分析发现，该装置内的流动是典型的三维非轴对称流场，其中的切向流速分布呈现出明显的强迫涡特征，其垂直面上，形成一内侧向下、外侧向上的环形流动。同时，通过与试验结果进行对比，证明利用雷诺应力模型可以有效模拟装置内的清水流场。     

渗漏对武汉地区长江一级阶地地连墙结构基坑影响的离心模型试验研究

武汉地区长江一级阶地是典型的二元结构地层,承压水与长江和汉江贯通,地下水位的变化极易对该区域的基坑工程造成危害,尤其是当基坑地连墙存在渗漏点时。假设承压水位上升导致渗漏点出现渗水或流砂,渗漏点逐渐增大甚至会威胁地连墙稳定,或导致墙外地表下沉。以武汉地区某临江基坑为原型,采用离心模型试验,针对地下水位升高引起地连墙薄弱点出现渗透的问题,研究基坑的变形和稳定性。试验结果表明,当基坑地连墙上部预设薄弱点且承压水位超过地连墙薄弱点时出现渗漏破坏,造成的地连墙外侧地基沉降明显增大,且影响范围大,这与基坑开挖引起的变形规律显著不同。研究成果为武汉地区长江一级阶地受承压水位影响的基坑工程设计和施工提供参考。