人工調控下乾旱區地下水庫水循環演化規律研究

《人工調控下乾旱區地下水庫水循環演化規律研究》是依託河海大學，由束龍倉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：人工調控下乾旱區地下水庫水循環演化規律研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：束龍倉
• 依託單位：河海大學

項目摘要

乾旱區地表水資源稀缺，利用地下水庫可以有效地調蓄該地區有限的地表水資源。開展乾旱區地下水庫水循環演變規律研究，對保障該地區的供水安全，推動人工調控下的水循環演化規律研究具有重要的科學意義。本項目在台蘭河流域地下水庫區長期水文觀測資料、野外大量水文地質試驗資料、地下水水流數值模擬結果的基礎上，以地下水庫區複雜水循環過程為研究對象，基於地下水系統理論，充分考慮研究區含水介質結構特徵、水循環動力條件等，建立乾旱區地下水庫複雜水流運動的物理模型及數學模型，以可視化、自動化動態監測為手段，藉助高精度攝像儀和成像系統對地下水運動過程進行實時動態捕捉。採用數學模型、物理模型相結合的方法，分析研究地下水開採漏斗-補給水丘共存條件下的地下水運動路徑；強人類活動干擾下地下水庫區水循環速率、影響因素及各循環要素轉化關係；人工補給-開採下的奇異潛水面變化規律，最終揭示人工調控下的乾旱區地下水庫水循環演化規律。

結題摘要

乾旱區地表水資源稀缺且時空分布不均，利用地下水庫可以有效地調蓄其有限的地表水資源。開展乾旱區地下水庫水循環演變規律研究，對保障其供水安全，推動人工調控下的水循環演化規律研究具有重要的科學意義。為了研究人工調控下乾旱區地下水庫水循環演化規律，本項目建立了乾旱區地下水庫人工補給-開採過程自動化、可視化物理模擬裝置及相應的數值模型，通過系列室內物理模型試驗和數值模擬，進行了不同介質結構特徵條件下地下水庫水流運動規律等相關研究。開採與人工回灌對區域地下水流運動過程呈現相反的驅動作用，庫區地下水流系統的複雜程度也隨著調控方式及調控設施空間位置的變化而變化。滲透係數在不同方向上的衰減一定程度上控制著庫區地下水流運動規律，且放大了地下水人工回灌對地下水庫水流運動規律的影響程度。含水層呈層狀非均質條件下，某一地層地下水流特徵不僅與該層滲透性有關，還受相鄰地層滲透性控制。含水層中存在的走向與地下水流向一致的黏土透鏡體對地下水流運動影響有限。回灌水透鏡體厚度受回灌位置及垂向阻水構造滲透性控制。水力梯度的變化控制著氯化鈉的擴散，特別是縱向上的擴散。氯化鈉的擴散受到人工補給的顯著控制，特別是對橢圓形氯化鈉羽流縱向運移到抽水井中的過程。開採地下水對氯化鈉的運移有顯著的影響。地下水開採導致地下水流速增大，從而使地下水年齡減小，而且開採強度越大，地下水平均年齡越小。人工回灌改變了地下水的流場，回灌造成局部水力梯度的增大，導致地下水流速增大，年輕回灌水的流入致使地下水平均年齡變小。有效蓄水量及有效蓄水率分別與入滲池與開採井間距離呈二次函式關係，與水力梯度、回灌及開採速率呈一次函式關係，與包氣帶厚度呈指數函式關係。壓采量越大回灌效果越好；強度適中的間歇性回灌能夠得到較好的地下水庫回灌效果。