潮汐对地下水波动影响的数值模拟

本文从经典的Boussinesq方程出发，在考虑浸润面影响的基础上，建立了基于有限差分法的滨海地区一维地下水运动数值模型。通过将潮汐运动概化为正弦波，模拟了滨海地区地下水水位随潮汐波动的变化。结果显示，地下水水位的波动相对于潮汐波动来说具有不对称性、振幅衰减以及相位滞后等特征。通过比较受潮汐影响的地下水平均水位与不考虑潮汐影响的地下水水位发现，实际的地下水平均水位要高于未考虑潮汐影响的地下水水位。最后数值模拟了浸润面的形成和消失的过程。     

潮汐引起滨海承压含水层地下水位变化的数值模拟

海潮波动可以引起海岸带地下水位发生波动。建立基于有限差分法的滨海地区一维承压含水层地下水运动数值模型。通过将潮汐波动概化为正弦波,模拟滨海地区地下水位随潮汐波动的变化。结果表明,受海潮影响的滨海含水层地下水位与海潮有相似的波动特征,但变幅减小,受海潮的影响程度与离海岸的距离有关,随着离海岸距离的增加地下水位的变幅及潮汐效率呈负指函数衰减,地下水位对海潮的滞后时间随距离呈线性增加。例如,当承压含水层导水系数为31．25m^2／h、储水系数为4．5×10^-4及海潮振幅为2．5m、周期为24．7h时,在距离海岸500m处,振幅为1．35268m,潮汐效率为0．54107,滞后时间为1．825h。在距海岸达4389m以远时可以认为地下水位不受海潮波动的影响。     

基于井水位潮汐响应探讨含水层的水力特征及其变化

为了科学地认识应力荷载对地下水渗流运动规律的影响,揭示井孔-含水层系统与地震活动的响应关系,以华蓥山断裂带附近的大足井和北碚井为例,基于潮汐响应推求观测段含水层水力特征参数,探讨汶川地震对含水层水力特征及地下水流运动状态的影响,并对其变化机制进行解释。结果表明：大足井附近含水层中地下水运动以径向流为主,利用潮汐径向流模型计算出含水层水平渗透系数与以往抽水试验的结果基本一致;北碚井孔-含水层系统中地下水垂向流和径向流并存,引入越流含水层系统模型得到越流系数范围为1.5×10-8~2.5×10-8 s-1;汶川地震后,北碚和大足井水位均发生了阶降变化且含水层中地下水垂向流运动增强,分析认为原因是该区域侏罗系砂岩含水层在较大范围内存在着统一的水力联系,且局部裂隙发育,倾角较大,地震导致含水层发生膨胀变形和裂隙疏通,在重力作用下地下水顺层或沿裂隙通道流动。研究结果有助于提高对含水层受力变形与渗流相互作用的认识,进一步深化井孔-含水层系统对地震活动响应机制的研究     

滨海地区潮汐对地下水位变化影响的统计学分析

本文采用互相关分析、谱分析、Mallat分解重构算法等理论与方法,利用实测的潮汐资料和观测井水位资料,并结合实测的电导数据,从统计学上分析计算了广东省珠海市唐家镇附近,滨海含水层地下水水位波动的原因以及波动的位相、周期、振幅对海潮潮汐的响应。结果表明,微承压水和基岩裂隙水水位波动的原因均是含水层承受的质量负荷随潮汐的变化而变化;微承压水水位波动相对海潮潮汐的位相延迟时间约为7.0h,基岩裂隙水约为1.5h;微承压水水位波动的周期组成成份比海潮潮汐略少,基岩裂隙水水位波动的周期组成成份与海潮潮汐基本相同;微承压水水位波动的振幅约为海潮潮汐的1/100左右,基岩裂隙水为1/3左右;本研究区域海潮潮汐对浅层基岩裂隙水水位波动的水平影响范围在1 000m之内。     

滨海地区潮汐对地下水位变化影响的统计学分析—以中山大学珠海校区为例

摘要：本文采用互相关分析、谱分析、Mallat分解重构算法等理论与方法,利用实测的潮汐资料和观测井水位资料,并结合实测的电导数据,从统计学上分析计算了广东省珠海市唐家镇附近,滨海含水层地下水水位波动的原因以及波动的位相、周期、振幅对海潮潮汐的响应。结果表明,微承压水和基岩裂隙水水位波动的原因均是含水层承受的质量负荷随潮汐的变化而变化;微承压水水位波动相对海潮潮汐的位相延迟时间约为7.0h,基岩裂隙水约为1.5h;微承压水水位波动的周期组成成份比海潮潮汐略少,基岩裂隙水水位波动的周期组成成份与海潮潮汐基本相同;微承压水水位波动的振幅约为海潮潮汐的1/100左右,基岩裂隙水为1/3左右;本研究区域海潮潮汐对浅层基岩裂隙水水位波动的水平影响范围在1000m之内。     

区域地下水资源量计算及水位动态变化分析

本文根据水源地水文地质条件,结合抽水试验数据资料,确定该区域含水层平均厚度、单井涌水量、渗透系数、影响半径及水力坡度等水文地质参数,采用水均衡法计算地下水资源量,分析补给量与排泄量平衡情况,采用开采系数法确定地下水可开采量,并分析区域地下水位动态变化趋势。     

基于随机行走的海岛地下水流替代模型构建方法

地下水是海岛重要的淡水资源。为了解决海岛地下水管理实践中遇到的模型计算成本过高以及现有替代模型黑箱性问题,本文提出基于随机行走的海岛地下水流替代模型构建方法。通过GPU并行随机行走算法分别建立海岛的人工增储含水层、分层越流含水层、随机非均质含水层的替代模型,并与相应海岛含水层解析解或数值解进行对比,验证随机行走替代模型在不同海岛含水层模型中的适用性和可靠性,分析潮汐动态边界对海岛分层含水层的影响,最后评估行走元数量对替代模型误差及计算成本的影响。     

基于地下水对洪水响应的含水层水力参数反演

为探寻基于地下水对洪水响应的含水层水力参数反演方法,引进卷积分和优化技术计算含水层的压力传导系数和河床沉积物的阻滞系数,提出了基于Excel的反演计算流程,利用Excel实现了卷积分计算和参数求解。以陕西省榆林地区补浪河为研究区,开展了地下水对洪水响应的含水层参数反演,并与抽水试验确定的含水层水力参数进行了对比验证。结果表明,提出的方法与抽水试验方法计算的含水层的水力参数相差17%,可满足实际工作的需要。     

潮汐对沿海潜水水位的影响研究

沿海潜水地下水水位受到潮汐海平面的振动影响而上下波动,而地下水水位的位置与沙滩的稳定性和海水入侵有密切的联系。通过潮汐对沿海地下水水位影响的方程形式的概述,综述了在解析解与数值解方面的研究进展,并在此基础上提出了潮汐影响下地下水水位变化的3个特征:振动不对称性、振幅有衰减、相位滞后。     

基于高压脉动水力压裂的脉动波传播机理研究

脉动水力压裂技术是一项具有广阔前景的增渗新技术。当前脉动压裂过程中传播机理研究较少,为更好地研究脉动压裂增压效果与裂缝中传播机理,指导脉动水力压裂施工。该文基于波动方程和湍流模型,编制计算程序,建立模拟井下压力传播物理模型和类地层边界条件,研究了脉动压裂传播机理。计算结果表明:该模拟条件下,脉动波传播特征与实验结果具有较高吻合度,得出以下三个结论:(1)脉动压裂能够获得比静载压裂更高压力,提高压力值约30%;矩形脉动波比正弦脉动波与锯齿脉动波能够获得更高压力,提高压力约20%。(2)矩形脉动波压力值从波谷阶跃到波峰产生"水锤效应"明显,利于提高流体压力。(3)脉动压裂压力波衰减满足线性对数关系:y=-A·ln(x)+B,y为压力值,x为传播距离,A和B为常数系数;传播过程中脉动水力能量主要消耗在近井壁地带。研究成果有利于指导优化脉动水力压裂工艺参数。     

江汉平原地下水位动态变化特征分析

通过辨识江汉平原含水系统的水文地质结构,深入分析了地下水位动态变化特征及其影响因素,进而揭示了研究区地下水时空演变规律。结合地下水流系统分区分析了研究区的降雨-径流关系和地下水动态类型。同时,运用数理统计方法分析了累计水位升幅和累计降雨量之间的关系。结果表明:研究区内地表水除丰水期补给地下水外,其余时段地下水补给地表水;研究区不同含水层地下水位关系总体为深层孔隙承压水位中层孔隙承压水位浅层孔隙潜水位;研究区地下水对降雨入渗产生的滞后效应表现为低水位期滞后5~7 d,高水位期滞后1~2 d。研究结果对该地区地下水资源的评价管理具有现实意义。     

长江口北槽潮波对地形变化的响应研究

以长江口北槽为研究背景,建立了二维潮流数学模型,在模型验证良好的基础上,研究了北槽潮波传播对工程与地形变化的响应。研究表明,长江口深水航道治理工程完成后,北槽地形未发生调整前,北槽潮波高、低潮位均升高,潮差减小,涨、落潮相位明显滞后,潮波变形加剧,涨落急流速均呈增大趋势;北槽水深增加后,高、低潮位随之降低,潮差增大,落潮相位略有提前,涨潮相位变化相对较小,潮波变形逐渐趋缓,涨急流速减弱,落急流速增强。     

陡河流域地表水与地下水转化关系

通过对陡河流域地表水-地下水水样的氢氧同位素分布特征进行分析,发现研究区河岸带第Ⅰ含水层除了受大气降水、灌溉回归水入渗补给外,还接受河水早期的渗漏补给,第Ⅱ含水层对第Ⅲ含水层有越流补给,第Ⅱ含水层同时也受大气降水和灌溉回归水的影响,而远离河岸带的第Ⅳ含水层与上覆各含水层稳定同位素组成显著不同,河岸带水库附近的第Ⅳ含水层可能受地表水库渗漏影响。河岸带地下水与地表水水力联系的变迁严格受河岸带地下水水位变化控制,如景庄子剖面的地下水埋深为5m,雨季时河水补给地下水,旱季时地下水补给河水,而靠近地下水漏斗中心的越河乡剖面地下水水位埋深达25m,其常年受地表水补给。     

弯曲河道型库岸滑坡涌浪传播及其与大坝的相互作用

库岸滑坡是一种常见地质灾害,如果无法及时预测而出现下滑,则滑坡入库后很可能诱发涌浪,危及河道交通或附近水利设施安全。以弯曲型河道滑坡入库诱发涌浪为研究对象,基于Flow-3D模拟弯曲河道型库岸滑坡涌浪传播过程及其与下游水利设施——大坝相互作用。为了检验水工物理模型试验的有效性和精度,在相关库岸滑坡涌浪研究基础上构建了三维滑坡涌浪数值模型。研究表明：三维数值模拟和水工物理模型试验结果吻合较好,主要体现在涌浪水面高度变化和传播过程。同时,分析不同水深和下滑坡角条件下大坝和滑坡涌浪相互作用过程,得出最危险的水深条件和入射角度,通过工程实例验证分析得出最大动水头小于涌浪高度水头且沿水深有一定程度的折减,则采用最大涌浪爬高水位静力方法计算分析坝体应力,其结果偏安全。     

库水位间歇性下降对堆积体滑坡稳定性的影响

针对库水位快速下降不利于滑坡稳定的现状,提出库水位以间歇性方式下降,即在传统库水位持续性下降分析的基础上,以三峡库区某一堆积体滑坡为例,利用Geo-Studio软件详细分析了在库水位不同间歇时间和多阶段间歇下降条件下堆积体滑坡稳定情况。结果表明库水位实行间歇性下降,间歇时间有助于滑坡体内孔隙水压力消散,减小库水快速下降引起的地下水回落的滞后性,有利于水力梯度降低;相比库水位持续性下降,滑坡稳定性得到提高,但稳定系数与间歇时间并不呈正比例关系;在库水位实行多阶段间歇性下降后,提高的程度明显增大,达到5%以上。为了使滑坡稳定性提高的效果达到最佳,应合理地安排库水位下降和间歇时间。     

若尔盖泥炭小流域地下水水位的时空变化规律

若尔盖泥炭湿地是黄河上游重要的水源涵养地,发挥着蓄水、固碳和生态的重要功能。近几十年来若尔盖泥炭湿地面积持续萎缩,其地下水水位的变化对湿地萎缩发挥着关键性作用。选取若尔盖高原的黑河上游泥炭湿地典型小流域,采用HOBO自记水位计布设5个靠近沟道和3个远离沟道的地下水水位观测点,结合2017年5-9月地下水水位观测数据以及红原站气象资料,分析该小流域内地下水水位的时空变化规律。结果表明：沟道可为周边泥炭层提供更加长效的补水时间,而且能够更快汇集地表水流;远离沟道的地下水水位变化与降雨过程趋于同步,其与降雨量的相关系数达到0.8;洼地的地下水水位变化比坡地受降雨影响小;地下水水位变化对降雨过程具有滞后响应,即随着降雨强度增大,滞后时长逐渐减小,且远离沟道比靠近沟道的观测点的滞后时长要短约18 min。     

湖区地层垂向渗透系数概率分布特征分析

为了确定某湖区湖水与地下水的交换水量,根据湖底地层渗透系数的野外现场测定值,用适线法和蒙特卡罗法对研究区地层垂向渗透系数的概率分布进行拟合,在此基础上,分析了渗透系数试验测定值的可靠性.结果表明:与正态分布和均匀分布相比较,湖底地层垂向渗透系数概率分布较接近对数正态分布;渗透系数超过测定均值的概率在30%以上.     

The Effects of Non-TIDAL Components,Depth of Measurement and the Use of Peak Delays in the Application of Tidal Response Methods

The efficacy and applicability of tidal response methods (TRMs) were assessed in terms of the techniques used, the, data used in the analysis, and the implementation of the methods under different conditions. The tidal efficiency (TE) and time lag (TL) methods were applied to directly measured groundwater head (GWH) values in the Motril-Salobreña coastal aquifer and compared with the same pre-filtered time series after eliminating the non-tidal signals through the continuous wavelet transform (CWT) procedure. The use of maximum and minimum groundwater peaks and sea-level peaks in combination to obtain different delay values and the effects of asymmetries in tidal fluctuations were assessed. Application of the TE method yields different D values when a complete groundwater head time series is considered, instead of the net induced tidal oscillation. Moreover, when the asymmetry of tidal oscillations is not taken into account, the application of TL may yield a higher uncertainty. In unconfined coastal aquifers, hydraulic diffusivity can be overestimated by the TE method if the non-tidal components are not removed from the measured time series of groundwater head. However, prior filtering provides better diffusivity results when the TE method is applied. The depth of the water head measurements leads to different D values when applying the TE method as a consequence of the changes in the specific storage with depth, which result from changes in pressure. The results of the application of the TL method depend on whether maximum or minimum peaks are used. Since the use of maximum peak delays can overestimate D, minimum peak delays are recommended, as they yield D values that are closer to the values obtained using the TE method.     

Modelling the impact of historical land uses on surface-water quality using groundwater flow and solute-transport models

Groundwater age, and its influence on contemporary water chemistry, needs to be accurately described to quantify the temporally varying impacts of land use on water quality. The time lags between solute inputs at the land surface and impacts on stream chemistry can be an important factor for managing land use in regional watersheds. Our approach uses a modified groundwater flow code to simulate reverse groundwater flow, regional flow and the solute‐transport model where a unit concentration of a conservative solute serves as a proxy for groundwater age. Solute‐contour lines represent groundwater travel time, which can then be coupled with Geographic Information System analyses to examine the relationship between water quality and historical land‐use patterns. The reverse flow and solute modelling produced a reasonable distribution of groundwater travel times across the watershed, given the hydrology of the system. These groundwater flow paths would be unexpected if surface topography or even surface hydrology were used to predict groundwater movement. Approximately 70% of the watershed has a groundwater lag of ≤30 years. When the temporal lags for individual drainage areas within the watershed are compared, flush times vary dramatically. This variability is related both to the size of the sourceshed and its geology. The influence of a particular land use on stream chemistry changes depending on the time scale considered, and also depending on the sourceshed in question as a result of landscape diversity. The results suggest that land‐use management practices to reduce solute loading to a watershed might not result in water‐quality improvements for many years, especially if implemented on land far from streams. The influence of long groundwater flow paths that integrate past and current land uses must be considered in the interpretation of land‐use effects on surface‐water quality.