由温度时序资料反演地下水流速的两种解析解及其比较

应用河床温度时序资料对地表水与地下水交换过程进行评价。首先假设半无限空间上部温度边界按正弦波动,由1D地下水渗流传热模型,得到采用温度衰减规律计算地下水流速的解析模型;典型的解析模型求解有Hatch解析解和Keery解析解,Hatch解考虑了热弥散效应所引入的误差,因此其计算精度优于Keery解。然后基于典型渗透性介质,通过算例讨论了解析模型的适用性和局限性。研究结果表明：只有研究区能简化为均质多孔介质、地下水的1D垂向运动占主导地位时,才能采用解析法确定地下水流速;采用常规的测点距离（1.0m左右）,振幅比法能有效评价流速在（-1.0-8.0）×10^-5 m/s的地下水活动,而相位滞后法能有效评价流速在（0.0-1.6）×10^-4 m/s的地下水活动;采用温度时序资料解析模型计算地下水流速时,2个测点间必须存在振幅衰减或相位滞后,因此需要预估研究区地下水流速以便设置合理的测点间距。实例研究表明,该解析方法能够有效地评价地表水与地下水交换的时域特征。

温度示踪法确定库水-地下水垂向交换速率

以青岛市浮山前水库为研究对象,采用DS1922L温度记录器,连续监测(2018年9月5日至17日)3个点位沉积物垂向剖面温度,基于R语言软件模拟沉积物热运移,反求库水-地下水的垂向交换速率,并探讨热弥散度对反求交换速率的影响。模型中的热弥散度往往较难确定,常参考经验值,本文在反演交换速率时,同时反求热弥散度。野外试验期间西北侧与北侧试验点处为地下水补给库水,垂向交换速率分别为0.002 m/h与0.007 m/h;东南侧试验点为库水补给地下水,垂向交换速率为0.12 m/h。当库水补给地下水时,沉积物温度波动较大;地下水补给库水时,沉积物温度波动较小。在反演交换速率时,如果忽略热弥散或参考经验值给定热弥散度,将对反演结果产生影响,但不同试验点的影响程度有差异。若忽略热弥散,对东南侧试验点反演结果影响大;若参考经验值给定热弥散度,当取值不合适时,对北侧试验点反演交换速率的影响比忽略热弥散的影响还要大。因此,在采用热示踪反演垂向交换速率时,宜同时反演确定热弥散度,以提高求解交换速率有效性。