《濱海淤泥質潮灘地下水波動特徵及運動機制研究》是依託河海大學，由孔俊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：濱海淤泥質潮灘地下水波動特徵及運動機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孔俊
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
淤泥質潮灘是地下水與地表水相互作用顯著的區域，其特有的緩坡、分級多汊地貌特徵利於海水上溯，誘發潛層地下水的波動，促進灘面以下污染物的向海輸運。為改善濱海水環境，需要從動力學角度深化對濱海地下水波動理論的認識，因此本項目針對淤泥質潮灘特有的動力環境和地質條件，系統分析複雜動力荷載和不同通氣環境下灘面以下非飽和區的水氣驅替過程及其對地下水波動過程的影響。考慮非飽和區土壤持水特性和水分運移特徵，基於Richards方程，從理論上拓展地下水波的Boussinesq型方程，根據攝動法推求方程高階解析解，分析潮灘變飽和度環境下地下水波組成、傳播特性及其影響機制。基於理論成果，構建地下水-地表水二、三維耦合數值模型，系統分析淤泥質潮灘不同尺度範圍地下水的運動過程，探討地下水潛流作用下陸相及海相物質的輸運方式，為治理濱海水體污染和合理利用濱海濕地提供科學依據。
結題摘要
基於非飽和流對潛水層波動特徵及水文過程的重要影響，本項目開展理論研究取得以下主要成果：1、深入分析了非飽和區對潮致地下水波動的影響，基於有限潛水層厚度和有限振振幅條件，推導出理論解析解。研究發現，潛水內平均潛水面高度、非飽和區與飽和區交界面的水量交換都會因非飽和區厚度的改變而發生變化，這種效應在毛管高度增加和非飽和區厚度增大時會分別呈現出增強和減弱的趨勢。2、進一步通過引入改進的水分-壓力函式，從理論上推出能夠考慮遲滯效應的波動方程。研究表明，水波理論中有必要同時考慮非飽和區的垂向和水平方向流動，兩個不同方向的運動對遲滯性的影響不容忽視。表現為對波動彌散關係的影響，造成振幅衰減和位相改變，此外不同波動周期和非飽和區厚度均會影響遲滯性的強度。這一特徵可以通過調整水分-壓力函式之間的關係去實現，這為今後耦合地表水與地下水模型提供了新的理論依據。3、結合流域地下水問題，進一步提出新型HSB模型，在模型中增加非飽和區側向流成分。基於改進的VG函式，從理論上推出能體現非飽和區貢獻的等效高度函式形式。基於這一解析形式，進一步完善了非線性HSB理論，實現了排水期不同階段水文信號的準確模擬。研究結果表明，非飽和區的側向排水在整個邊坡排水過程中發揮重要作用，即便是在沙土環境中，有限的非飽和區側向流在排水的中後期也會促使水面線快速下降。通過比較收斂和發散型地貌水文過程案例，進一步闡明了構建水文模型時考慮側向非飽和流的必要性。引入的等效排水厚度概念，也為今後評估非飽和流影響提供了理論依據。4、進一步基於該理論和室內試驗，我們首次提出在排水過程中會存在3個典型階段，而傳統理論僅僅認為是2個階段，我們對傳統理論研究中提出的排水過程曲線存在突變的觀點進行了修正，指出正是由於非飽和區的緩衝效應導致現場觀測、室內實測的水文過程曲線均為緩變過程的重要原因。上述研究從不同角度系統評價了非飽和流對地下水波動和物質輸運的影響。
