已知水头边界条件下双层堤基上盖重的渗流计算方法

盖重是堤防工程中最常用也是非常有效的管涌除险措施,根据我国堤防设计规范进行盖重设计时,需要假定盖重宽度和厚度进行多次试算才能得到最终解答,很不方便。美国的堤防设计和施工手册中给出的公式可以直接计算得到盖重的宽度和厚度,但仅包括盖重渗透系数Kt无限小、Kt=Kb(Kb为表土层的渗透系数)、Kt≥100Kb和有集流设施4种情况。为此,针对下游为已知水头边界条件的有限远和无限远双层堤基,推导了弱透水和透水盖重的渗流计算公式,盖重的渗透性可以是任意的,盖重首末端可以取不同的安全系数,从而使盖重的设计计算更加全面、方便和科学。同时对影响盖重宽度和厚度的参数进行了讨论,对安全系数的取值以及盖重材料的选用提出了建议。

变水头边界条件下土壤水分运动数值模拟

本研究提出了一种变水头条件下一维土壤水分运动数值模拟的边界处理方法,采用隐式差分法对基本方程进行差分离散,用迭代法求解非线性方程。在结合室内实验验证模型可用的基础上,分析了变水头条件下不同土壤初始含水率、不同初始水头高度下土壤水分的运动规律。结果表明,土壤初始含水率和初始水头对水分运动都有较大影响,作者提出的变水头边界处理方法可用于水分入渗历时和湿润锋的预测。

通量上边界与水头上边界方法的地下水流系统模拟对比

水头上边界方法(简称水头法,GHB)给定了潜水面形态和固化了排泄点,限制了不同地下水流系统模式的形成与转化。分别用数值法进行了通量上边界(简称通量法,FUB)与水头上边界的地下水流系统对比模拟。结果表明:嵌套式多级地下水流系统(Tóth典型模式)在运用水头法和通量法进行系统转化模拟时,得出的水流模式可能相似或完全不同;通量法在条件(盆地形态、入渗强度等)改变时潜水面能够自动形成,从而得出不同变化条件下的水流系统特征;水头法由于给定了潜水面和固化了排泄点,在改变盆地其他因素时,盆地补给(排泄)也发生同步改变,此时地下水流模式不是单因素变化的结果,因此在给定条件下不能得出完整的地下水流系统变化模式。基于通量法与水头法在地下水流系统模拟中的优势与不同,在进行盆地地下水流系统理论和实际研究时,应该综合2种方法的特点,结合实际资料条件进行方法的选取与应用。

流量边界与水头边界的数值结果比较

本文分析了边界流量与边界水头对地下水数值解的影响以及两者之间的关系，指出了如何更好地应用边界条件。

Geostudio软件模拟降雨入渗过程中边界条件的探讨

在Geostudio软件中研究边坡稳定性问题,常需要考虑降雨入渗的影响。软件有多种入渗边界条件的设置,如选择不当则会造成模拟的失真。文章通过建立假设模型,讨论了不同降雨强度条件下降雨入渗边界设置的问题,发现降雨入渗边界的设置与降雨强度和土体的饱和渗透系数关系密切;当降雨强度小于饱和渗透系数时,入渗边界应设置为流量边界,即降雨全部渗入土体中;当降雨强度大于饱和渗透系数时,入渗边界应设置为水头边界。

碳酸盐岩单裂隙渗流-溶蚀耦合模型及其参数敏感性分析

岩溶地下水系统是由碳酸盐岩裂隙含水介质演化形成的,系统初始的裂隙网络介质特征及边界条件决定了其演化过程。为揭示岩溶系统演化过程中裂隙介质特征和边界条件的影响程度,建立了裂隙溶蚀扩展的渗流-溶蚀耦合模型,并对不同边界条件下不同隙宽的单裂隙溶蚀扩展特征进行了模拟分析。结果表明:裂隙溶蚀扩展受水的侵蚀性(CO2分压)、水动力条件(水力梯度)、裂隙介质特征(裂隙初始隙宽)等综合作用影响,Ca2+的平衡浓度、水力梯度以及裂隙初始隙宽等参数的增加均能促进裂隙的快速扩展。在这些参数中,初始隙宽B0对岩溶发育的影响最为敏感,水力梯度J和Ca2+平衡浓度Ceq对岩溶发育具有相同的敏感性;此外,随着各参数值的不断增大,参数变化对岩溶发育的敏感程度越来越低。

裂隙岩体初始渗流场反演

初始渗流场的确定对于工程渗控设计具有重要的指导意义,而影响初始渗流场计算结果的主要因素为渗透系数和边界水头。因此,从提高初始渗流场计算结果的准确性出发,将裂隙产状和压水试验相结合来确定裂隙岩体渗透张量,并将粒子群算法应用到边界水头的反演中。工程实例表明,相比于传统的初始渗流场确定方法,采用所提方法计算所得测孔水位与实测水位误差更小,说明该方法有效可行。

堤防工程三维随机渗流场理论及研究

给出分析各向异性非均质稳定随机渗流场问题的三维有限元模型;结合实际工程问题,统计分析长江荆南干堤土性参数的分布特征,通过Kolomogorov-Smirnov统计检验表明,渗透系数呈高斯分布假设可以接受;通过对长江荆南干堤随机渗流场的三维有限元统计模拟的数值分析,研究长江荆南干堤渗流场的各种随机特性,并进一步对随机模拟结果进行统计检验,验证模拟结果的合理性;在实际的分析研究中把上下游水位的随机波动引入三维有限元的随机分析模型,分析上下游水位的变异性对渗流场矢量的随机干扰和边界条件的随机性对随机渗流场分析结果变异性的影响。在此基础上进一步考虑施加诸如垂直截渗墙、下游导渗沟等抗渗措施后,它们作为复杂边界条件的扰动,在与场内土性参数的变异性共同影响下,对渗流场水头势分布的随机干扰特性,并与相应的确定性稳定渗流场问题的结果对比,证实随机渗流场研究的必要性、可行性及实用性。实现了对长江荆南干堤的三维渗流场的较为全面的随机场模拟及特性分析,分析得到的结论通过统计检验并结合实测工程数据对照证明是可靠的,所研制的程序是适用的。

对“再论‘单位涌水量就是导水系数’”一文的回应

论文《再论‘单位涌水量就是导水系数’＂》（下简称《单位涌水量》）中,质疑两本地下水动力学教材,涉及的是基本理论问题。《单位涌水量》指出：Thiem影响半径稳定井流模型是＂假设地下水静水面为水平面,而在自然界几乎没有静水面是水平面的含水层＂,这种模型、方程还能应用吗？笔者作为上述两本地下水动力学教材之一的主笔,对质疑做出回应。

跨湖桥独木舟遗址区地下水渗流场模拟研究

独木舟遗址位于浙江省萧山区,是浙江省迄今为止发现最早的新石器时代文化遗存。现场踏勘发现,破坏遗址原址保护主要环境地质病害是水的问题。通过对该遗址区水文地质条件的分析,建立了遗址区水文地质概念模型和数学模型;运用地下水数值模拟软件Modflow模拟遗址区原始地下水分布;将模拟区地形图与模型模拟结果进行比较,发现它们具极大的相似性,这说明模拟的结果是符合实际情况的。

基于Modflow软件的德州市城区馆陶组热储数值模拟研究

德州市位于山东省西北部,区内地热资源丰富,城区已有地热井75眼,地热资源大量开发,对地热资源的管理提出了新的要求,本文以德州市城区为研究区,充分收集资料,采用Modflow软件建立德州市城区馆陶组热储模型,对馆陶组热储的埋藏分布规律及城区地热田的地热水储量进行计算评价,将馆陶组热储概化为平面上无限延伸且顶、底板为隔水层的均质含水层。采用非稳定流抽水试验求取的水文地质参数对模型进行识别,利用两眼长期监测孔的水位动态观测数据及历年来地热资源的开采情况对模型进行校正。校正过程中发现与热储砂岩互层分布的泥岩压密释水是热储地热水的主要来源之一。以地热水水位降幅2 m/a为限制条件,德城区馆陶组热储地热水的允许开采量为532万m^3/a。