《北方河流潛流帶水交換變化機理與數值模擬》是依託西北大學，由宋進喜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：北方河流潛流帶水交換變化機理與數值模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宋進喜
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
正確認識河流潛流帶河水與地下水交換變化的作用機理及其動態變化規律在維持河流健康以及全球水循環中起著十分重要的作用。本課題以河水與地下水水力聯繫密切，水質相互影響明顯的北方河流-渭河作為研究背景，進行潛流帶水交換的試驗測試及其變化機理與數值模擬研究。採用以基於熱擴散對流方程的溫度梯度法為主導，並以基於達西定律的水力滲流試驗為輔助的研究手段，分不同河段、不同時間同一研究點，對潛流帶水交換進行測試、計算與分析，並對水交換的內在驅動因素做同步測試、觀測與分析，揭示潛流帶水交換時空變化特性，解析其影響機理。同時，採用MODFLOW與GIS相結合，藉助VS2DH模型的技術方法，進行潛流帶水交換關係及量值的數值模擬，試圖揭示潛流帶水交換的時空動態變化模式。本課題的研究，有利於深化潛流帶水交換變化及其驅動與變化機理的的科學認識，將為河流-地下水系統的科學管理與持續利用、以及河流健康維護與修復提供理論依據。
結題摘要
正確認識河流潛流帶水交換及其動態變化規律在維持河流健康起著十分重要的作用。本課題以河水與地下水水力聯繫密切渭河作為研究背景，進行潛流帶水交換的試驗測試、變化機理與數值模擬研究。取得的主要成果有：（1）採用溫度梯度法為主，水力梯度法為輔，通過對河床溫度和沉積物滲透係數現場試驗測試以及水交換的計算，結合傳統統計學方法和地統計學方法分析得出：水交換變化範圍從78.47 mm/d到23.66mm/d。秋季大於其他季節，河流幹流水交換量從上游到下降呈下降趨勢等時空變異規律。（2）通過對影響潛流帶水交換的相關因素的同步測量、觀測與分析，揭示了潛流帶水交換的影響因素及其作用機理。結果表明：沉積物屬性包括滲透係數、中值粒徑、孔隙度等對潛流帶水交換影響具有顯著的正相關性。河床河流形態對潛流交換具有較大的影響作用，彎曲河道與分叉河道中靠近侵蝕岸一側的水交換量較大，而順直河道靠近沉積岸的水交換量較大；沿著彎曲河岸兩側，河流曲率越大，水交換量越大；並且在河岸植被靠近河岸線且覆蓋度較大的直河岸段，水交換量具有明顯增大的趨勢。（3）通過潛流帶大型無脊椎動物調查與模擬實驗，揭示了生物擾動對潛流帶水交換的影響機理，生物擾動能改變沉積物的內部和表層結構、沉積物成分組成等，以此破壞或加強沉積物中細小顆粒物的阻塞，致使沉積物的滲透性能增強或減弱，從而對河流潛流帶水交換產生顯著性影響。（4）基於野外測試及室內模擬，解析了潛流帶間隙水中污染物濃度的變化對水交換的回響機理。結果表明：上升流通量小於 400mm/d時，銨離子濃度隨交換通量增大而增大，當大於 400mm/d時，隨水交換量增加，銨根離子濃度降低，但重金屬擴散通量與潛流帶上升通量呈顯著正相關性。（5）基於Modflow模型，採用Comsol Multiphysics軟體，對潛流帶水交換做了模擬分析。本研究成果，有利於深化潛流帶水交換變化及其驅動與變化機理的的科學認識，為河流-地下水系統的科學管理與持續利用、以及河流健康維護與修復提供理論依據。
