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浅层水平井技术用于水利土壤改良排水效果数值模拟研究

作　者: 王晓燕
导　师: 刘振英；李文鹏
学　校: 石家庄经济学院
专　业: 地质工程
关键词: 饱和-非饱和带水利土壤改良水平井数值模拟 HYDRUS1D
分类号: S277
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

冀中平原是我国水资源十分紧张的地区，人均水资源为200m3，仅占全国人均水资源量的十分之一，且浅层地下咸水分布广泛，由于其可利用程度差，地下水位浅，蒸发强烈，土地盐碱化严重。此外，由于浅层咸水含水层颗粒细，导水性、富水性差，井孔出水量少，咸水区广大农村农业灌溉主要开采深层淡水。而连年开采深层地下水，导致深层地下水位迅速下降。目前已形成了地下水降落漏斗，并已引发一系列环境地质问题，亟待提出改善水土环境的合理措施。以往试验研究表明，咸水区排灌结合，降低地下水位，腾出地下空间，会增大降水补给量，改变水盐运移平衡，使浅层地下水水质向淡化方向转化，同时有利于土地盐碱化改良。因此充分开发利用浅层地下水，是改善咸水区水土环境的重要方法之一。水平井技术是针对研究区浅层咸水含水层颗粒细，导水性、富水性差选用的排水方法。本文在收集汇总已有资料及水文地质调查基础上，以环境水文地质学、农田供水水文地质学理论为指导，配合野外现场试验与室内试验测试岩土参数，分析测试数据，并参考权威专业期刊发表的典型土壤水分特征参数，构建示范区岩土水分特征参数系统；用Hydrus1D软件建立饱和～非饱和水分运移剖面数值模型，探索示范区典型气象环境条件下地下水入渗-蒸发特征，以包气带与饱和带水分交换量为基础建立Modflow-Hydrus耦合模型，对示范区不同水文环境及不同采补状态下水平排水井的控制范围进行模拟分析，推荐（辅助设计）水平井密度、水平井层位与深度等主要工程参数，作为水平井施工设计的参考依据；并进一步对示范区不同水文环境、不同排灌组合条件下水平井工程排水效果进行模拟分析。根据模拟分析结果辅助建立浅层地下水利用与盐碱地改良示范与综合实验观测基地，为利用示范成果辐射推广相关改良模式，引导土壤盐碱化地区水土资源向良性发展提供理论依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究目的及意义  10-11
  1.2 研究现状与进展  11-15
    1.2.1 土壤盐碱化治理研究现状  11-13
      1.2.1.1 国外研究现状  11
      1.2.1.2 国内研究现状  11-13
    1.2.2 土壤水运动理论及模型  13-14
    1.2.3 土壤水运动数值模拟研究  14
    1.2.4 区域地下水流数值模型  14-15
  1.3 研究内容与技术路线  15-18
    1.3.1 研究内容  15-16
    1.3.2 技术路线  16-18
第二章研究区概况  18-30
  2.1 自然地理  18-22
    2.1.1 交通位置  18-19
    2.1.2 水文气象  19
    2.1.3 地形地貌  19-21
    2.1.4 社会经济  21-22
  2.2 区域地质背景  22-24
    2.2.1 地层  22-23
    2.2.2 地质构造  23-24
  2.3 区域水文概况  24-30
    2.3.1 含水层空间分布及特征  24-27
    2.3.2 地下水的补、径、排条件  27-28
    2.3.3 地下水水化学特征  28-30
第三章构建示范区岩土水分特征参数系统  30-40
  3.1 岩土水分参数测试  30-37
    3.1.1 样品采集  30-31
    3.1.2 室内参数测试  31-33
    3.1.3 水文地质试验  33-37
  3.2 建立岩土水分参数系统  37-40
第四章变饱和带土壤水分运移数值模拟  40-54
  4.1 Hydrus1D 软件简介  40
  4.2 概念模型  40-41
    4.2.1 岩（土）层结构概化  40-41
    4.2.2 数值模型计算范围与边界条件概化  41
  4.3 数学模型及求解  41-44
    4.3.1 数学模型  41-42
    4.3.2 时空离散  42
    4.3.3 模型参数和定解条件  42-44
  4.4 地下水入渗－蒸发特征 Hydrus 模型分析  44-54
    4.4.1 天然条件下入渗-蒸发特征分析  45-48
    4.4.2 典型灌溉条件下入渗-蒸发特征分析  48-54
第五章示范区水平井排水效果模拟分析  54-72
  5.1 水文地质条件概化及数学模型  54-56
    5.1.1 含水层结构概化  54
    5.1.2 计算区范围及边界条件  54-55
    5.1.3 数学模型  55-56
  5.2 Modflow－Hydrus 耦合模型  56-59
    5.2.1 模型耦合技术与方法  56-57
    5.2.2 耦合模型特点  57-59
  5.3 示范区排水井控制范围模拟分析  59-63
  5.4 示范区持续排水模拟分析  63-66
  5.5 示范区间歇排水模拟分析  66-72
第六章结论  72-74
  6.1 主要结论  72-73
  6.2 建议  73-74
参考文献  74-76
致谢  76-78
作者简介  78
攻读硕士期间科研成果  78

浅层水平井技术用于水利土壤改良排水效果数值模拟研究

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