越流含水层系统地下水污染数值模拟

本文提出了一个越流水层系统地直水污染的数学模型，模型考虑了与越流系统有关的主要因素，并从理论上导出了包括越流项，井流项，污水灌溉渗入，降雨，河流，湖泊等渗入项的在内的各类源，汇项在对流－弥散方程中的具体表达式，并探讨了现行溶质运移问题中井点附近之所以在出现不合理结果的原因。介绍了相应的数值方法，模型用来描述方法太原盆地水污染，Ｃｌ浓度和水位的计算值与野外观测值拟合得很好，表明模型是可靠的，具有很强     

非线性多含水层地下水越流系统水资源优化管理模型研究

提出了非线性多含水层地下水越流系统水资源管理的方法。内容包括非线性系统水资源管理的基本理论，算法原理，程序软件设计和理论检验，并把这一方法应用到唐山市以防治岩溶地面塌陷为目的水资源管理中。     

越流承压含水层不稳定流问题有限差分法的稳定条件

证明了一维承压越流含水层系统不稳定流问题差分格式的稳定性条件,显式差分格式的稳定性条件是△ｔ（４Ｔ／（μ（△ｘ）＾２）＋ｂ／μ）≤２隐式格式是无条件稳定的,以河间地块一维承压越流含水层的为例,根据给出的稳定性条件进行了数值计算,结果表明,在满足稳定性条件时,对计算结果符合实际。     

海潮引起有越流的滨海承压含水层地下水头变化的数值模拟

海潮波动可以引起海岸带有越流的承压含水层地下水头发生波动。建立了基于有限差分法的滨海地区一维承压含水层地下水运动数值模型。通过将潮汐波动概化为正弦波,分别对初始水头水平及线性倾斜的承压含水层模拟了滨海地区有越流的承压含水层地下水头随潮汐波动的变化。通过对两种情形下的变化比较,结果表明,受海潮影响的滨海承压含水层地下水头与海潮有相似的波动特征,但变幅减小,受海潮的影响程度与离海岸的距离有关,随着离海岸距离的增加,地下水头的变幅及潮汐效率呈负指数函数衰减,水头倾斜情形下变幅更小,潮汐效率更小,滞后时间更短,地下水头对海潮的滞后时间随距离呈线性增加。     

滨海多层含水层系统中海潮引起的地下水位波动

通过对一个滨海多层含水层系统的考察,该含水层系统由上、下弱透水层和介于中间的承压含水层组成,海底露头处被淤泥层覆盖.建立了描述该系统中地下水水头随潮汐波动的数学模型,并得到其解析解.该解析解与六个基本参数有关,分别是承压含水层的海潮传播参数,淤泥层的无量纲透水系数,上下弱透层与承压含水层贮水率的比率 (无量纲)和上下弱透层的无量纲越流.当这些参数取某些特殊值时,我们的解便化简为前人考虑的几种简单情形对应的解.分析表明,承压含水层中地下水水头波幅是上、下弱透水层贮水率和越流系数的减函数,是淤泥层相对透水系数的增函数;波动相位(时滞)是上、下弱透水层贮水率和越流系数的增函数,是淤泥层相对透水系数的减函数.     

侧向有限越流承压含水层中非完整井非稳定流模型及解析解

工程建设中当距离抽水井r=rb处水位基本没有变化或不受抽水影响时,或当此处存在止水帷幕时,含水层系统视为侧向有限延伸,rb为有限半径。为此,构建更加符合工程实际的侧向有限延伸的典型弱透水层-承压水层系统中非完整井非稳定流计算模型,同时考虑井径和井储效应的影响,应用Laplace变换和分离变量法得到了水位降深在拉氏空间下的解析解,并应用拉氏数值逆变换Stehfest法得到真实空间下的水位降深。新建立的解析解可以进一步退化为诸多已有解,并进一步将其与已知解和有限元数值解进行对比,验证了所得解的正确性和可靠性。基于新建解重点分析了侧向边界和井的完整性对承压水层水位降深的影响。结果表明:含水层系统的侧向有限边界仅对抽水后期的水位降深影响明显,含水层系统侧向无限延伸情况下的水位降深要大于情形1(在r=rb处为定水头边界)且明显小于情形2(在r=rb处为不透水边界)下的水位降深,rb越小,两者之间的误差越大;抽水井的完整性对整个抽水期间不同情形下的水位降深均有明显的影响,承压含水层顶板处的水位降深随着抽水井滤管的长度和埋深的增加而减小。     

承压含水层井流-盖层弯曲效应的解析理论

指出承压含水层盖层的弯曲变形与开采井周围的径向地下水运动存在相互作用, 而这一效应在传统的井流理论中没有被认识到.通过引入弹性薄板理论, 建立了无越流的承压含水层井流-顶板弯曲效应的解析模型, 同时考虑了含水层和水的压缩性, 结果表明Theis井流方程给出的抽水降深偏小.在此基础上推导了有越流承压含水层井流-盖层弯曲效应的偏微分方程, 求出了解析解, 并与传统理论的结果进行了对比, 表明Hantush-Jacob公式计算的降深也是偏小的.在抽水井附近和抽水初期, 传统理论可能导致显著的相对误差.      

非线性多含水层地下水越流系统水资源优化管理模型研究

提出了非线性多含水层地下水越流系统水资源管理的方法。内容包括非线性系统水资源管理的基本理论、算法原理、程序软件设计和理论检验，并把这一方法应用到唐山市以防治岩溶地面塌陷为目的的水资源管理中。     

露头处具有淤泥层的滨海含水层系统中海潮引起的水头波动

滨海地区社会与经济的发展引发了各种各样的水文地质问题, 因此对滨海地区的水文地质条件, 尤其是地下水与海水之间的水力联系的研究尤为重要.本文考察了海底露头处具有淤泥层的滨海含水层系统中由海潮引起的水头波动.该系统由潜水含水层、承压含水层和介于其间的弱透水层构成.建立了该系统的数学模型, 得到了该模型的解析解.该解析解包含2个无量纲参数: 弱透水层的相对越流系数和淤泥层的相对透水系数.解析解表明, 淤泥层使各处的水头波幅被缩小了一个常数倍(波幅缩减因子), 并使各处的波动相位产生了一个不超过45°的正位移常数(时滞).该时滞对半日潮不超过1.5h, 对全日潮不超过3h.波幅缩减因子和正位移常数只与弱透水层的相对越流系数和淤泥层的相对透水系数有关.当这两个无量纲参数取某些特殊值时, 本次研究的解和前人考虑的几种较简单情形所对应的解一致.承压含水层中水头波幅随着淤泥层的相对透水系数的递增而严格递增, 随弱透水层的相对越流系数的递增而严格递减; 波动相位随着这2个无量纲参数的递增均严格递减.分析表明弱透水层的越流和淤泥层的存在均对承压含水层水头波动有显著影响.      

利用滨海地下水潮汐效应估计含水层参数:以北海半岛为例

通过分析滨海含水层中观测孔的水位动态资料,确定含水层的水力性质和某些参数,或推测含水层在海底的延伸长度和露头处是否存在覆盖层,是水文地质学家一直很感兴趣的问题之一。文中充分分析了广西北海半岛滨海地区水文地质条件,将研究区第一个承压含水层系统概化为具有上覆弱透水层越流和含水层海底露头覆盖层的垂向三层结构的不稳定流模型。应用该模型的解析解对广西北海半岛滨海含水层系统的观测数据进行了分析,拟合效果很好,并利用最小平方罚函数法估算了研究区含水层的参数。     

考虑淤泥层弹性储水的滨海承压含水层中海潮引起的地下水头波动

综合考虑了海底淤泥层的弹性储水系数、海潮荷载效应和渗透性,对海底露头处具有淤泥层的滨海承压含水层系统中海潮引起的水头波动进行分析,给出了相应的数学模型,并推导出其解析解,讨论了淤泥层弹性储水对于水头波动的影响.分析表明,当淤泥层的厚度或弹性储水系数较小时,或者其渗透性较好时,可以忽略其弹性储水效应,从而把整个淤泥层简化为第三类边界条件来处理.文章还考虑了承压含水层和淤泥层中可能存在的垂向流动,对垂向剖面二维地下水流动方程进行了数值模拟,将二维数值解与忽略垂向流动的一维解析解进行了比较,结果表明该含水层系统的垂向流动是可以被忽略的.     

利用不对称的地下水位潮汐波动确定滨海含水层参数

在滨海地区,地下水水位受潮汐波动影响较大,使得传统的抽水试验、水位回复试验等方法确定含水层参数存在困难且花费较大。通过对广西北海市滨海含水层地下水位动态资料进行分析,发现其上升段和下降段是不对称的。基于海岸带承压含水层正弦潮汐波的传播理论,提出了确定含水层参数的分段法,并与振幅衰减法和滞后时间法进行对比,各种方法求出的储水系数与导水系数之比(S/T)很接近,说明分段法是有效的。对于北海市滨海含水层,上升段求出的S/T值比下降段要大,其成因机理还有待进一步分析。     

Tidal controls on coastal groundwater conditions: field investigation of a macrotidal system

Previous studies of coastal groundwater resources have not properly explored the hydraulic conditions at coastal and estuarine boundaries, despite recognised influences of oceanic and estuarine water-level fluctuations (e.g. tides and waves) on groundwater near these boundaries. Such influences may have important implications for determining submarine groundwater discharge and seawater intrusion. In this paper, oceanic and estuarine controls on the hydrology of coastal aquifers are characterised for a macrotidal system—the Pioneer Valley coastal plain, northeastern Australia. The tidal water-table over-height (tide-induced increase in average water-table height at the coastline) is quantified at three locations and compared with theoretical estimates, which assume simplified physiographical conditions compared with those encountered at the field sites. The results indicate that local geological conditions, beach morphology and characteristics of tidal forcing control the behaviour of nearshore groundwater within the system. Existing analytical and numerical solutions that are commonly applied as first-pass estimates are found to be insufficient for predicting observed tidal water-table over-height in the Pioneer Valley, due to the sediment heterogeneities, non-uniform beach slopes and large tidal ranges of the system. The study reveals the spatial and temporal variability in tidally influenced hydraulic heads at the estuarine and coastal boundaries of the aquifer, and provides estimates of tidal water-table over-height up to 2.41 m during spring tides. These findings highlight the complexity of coastal groundwater systems, and the need to incorporate appropriate nearshore and near-estuary boundary conditions in models of regional groundwater flow in coastal aquifers.     

海潮引起初始水位倾斜的滨海承压含水层地下水位 变化的数值模拟

海潮波动可以引起海岸带地下水位发生波动。建立了基于有限差分法的滨海地区一维承压含水层地下水运动数值模型。将潮汐波动概化为正弦波,模拟了滨海地区地下水位随潮汐波动的变化。通过与初始水位水平的承压含水层水位变化的比较表明,受海潮影响的滨海承压含水层地下水位与海潮有相似的波动特征,但变幅减小,受海潮的影响程度与离海岸的距离有关,随着离海岸距离的增加,地下水位的变幅及潮汐效率呈负指数函数衰减,但比前者变化程度稍缓,地下水位对海潮的滞后时间随距离呈线性增加。     

Seasonal Dynamics in Dissolved Organic Carbon Concentrations in a Coastal Water-Table Aquifer at the Forest-Marsh Interface

The seasonal dynamics of dissolved organic carbon (DOC) in a subterranean estuary were examined in a coastal water-table aquifer extending across a forest-marsh interface into an adjacent tidal creek that leads to North Inlet (SC). The aquifer is characterized by groundwater flow from the forest recharge area towards the creek. DOC concentrations range from 50 to 140 mg L^-1 in the shallow portions of the aquifer below the forest and undergo seasonal changes that are inversely related to temperature and precipitation conditions. Markedly lower DOC concentrations (<10 mg L^-1) in the deep portion of the aquifer are consistent with the loss of a large fraction of the original DOC along the groundwater flow paths. Mass balance estimates indicate that over 60% of the DOC losses are due to sorption reactions whereas the rest appear to be caused by heterotrophic decay. Groundwater DOC discharge from the forest, which occurs in a restricted zone of the high marsh, is 5.5 mg carbon m^-2 d^-1 and accounts for a minor component of the annual carbon export from North Inlet. In contrast, moderately saline (2–12 ppt) ground waters below the marsh display elevated DOC concentrations (20 mg L^-1) that appear to be the result of mixing of fresh ground waters and surface seawater during tidal seepage and concentration during evapotranspiration. The flux of DOC associated with the discharge of these saline ground waters is 600 mg carbon m^-2 d^-1, which represents a significant fraction of the annual DOC budget for North Inlet.     

人类活动影响下的龙口海岸带海底地下水排泄通量研究

在沿海地区,以²²³Ra和²²⁴Ra为示踪剂建立的镭质量平衡模型已广泛应用于海底地下水排泄量(SGD)的研究中,然而目前国内外关于在人类活动复杂影响较大情况下的SGD研究却极为少见。本文对比研究了在有防渗墙(A区)和填海造陆(B区)两种不同人为因素影响下的龙口海岸带水体表现年龄、海底地下水排泄量及其携带的氮磷营养盐通量。结果表明,A区平均水体表现年龄为14.26 d,B区平均水体表现年龄为10.64 d。此外,B区沿岸地下水以及近岸海水中的Ra活度均普遍高于A区,而盐度低于A区。在SGD方面,A区的SGD速率为1.26~1.60 cm·d^-1,B区为1.43~1.82 cm·d^-1,考虑SGD在评估方法上存在一定的误差,因此两个区域的SGD速率相差不大。但与我国其他自然海域相比,这两个区域的SGD速率均处于较低水平。此外,B区的氮磷营养盐浓度普遍高于A区,而且由SGD驱动的氮磷营养盐通量不同,地下水输入的不平衡的营养盐极易改变龙口海域的营养盐结构,对海洋生态环境产生不利影响,这也进一步证实SGD在沿海生态环境以及水体污染治理中的重要地位。     

越流区开采条件下承压含水层易污染性机理研究——以单井开采为例

地下水易污染性分析是合理开发利用地下水资源、保护地下水环境的一项重要的基础性工作.长期以来针对潜水含水层易污染性的研究进行的较为深入,而对承压含水层易污染性的研究较为少见.同时,易污染性评价方法又以经验方法为主,受人为主观因素影响较大,因此需要通过对承压含水层污染机理进行研究,以减少人为主观因素对评价结果的影响.本文以单井开采承压含水层为例,通过分析承压含水层受污染的原因,以单位面积上越流补给量占开采量的比重为承压含水层易污染性指数,在建立越流区承压水向完整井稳定运动的微分方程的基础上,得到易污染性指数的解析表达式,并分析了各参数对易污染性的影响,使承压含水层易污染性评价有了一定的理论依据,对合理开发利用承压含水层有一定的指导意义.