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承压含水层中古咸水体迁移过程的确定性及随机性模拟

作　者: 姜振蛟
导　师: 卞建民
学　校: 吉林大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 古咸水体变密度流示踪试验随机模拟谱分析法蒙特卡洛
分类号: P641.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文旨在研究辽河油田地区明化镇组承压含水层中古咸水体的迁移规律。通过抽水试验确定含水层的渗透系数和储水系数,并开展野外示踪试验,以氯离子作为示踪剂,分别采用脉冲式注入和连续行注入示踪剂假设下的弥散方程解析解分析示踪试验的监测结果。初步描述了抽水条件下高氯古咸水体的迁移速率,其横向迁移速率约为0.002m/d,垂向迁移速率为0.001m/d。确定了在试验尺度下的横向和垂向弥散度分别为：7.427m和41.417m。此外采用外延内推法研究了弥散度的尺度效应。结果显示尺度效应并非完全由含水层的非均质各向异性特征所引起,而是由局部均衡假设条件下的Fick定律所造成。基于Modflow模拟了不同开采方案下,下部及侧向咸水体的侵入状况。模型建立过程中,考虑弥散度的尺度效应,保持网格剖分尺度与弥散度的计算尺度的一致性,以削弱由于尺度效应造成的结果误差,通过监测250mg/L浓度等值线的位置及推移速率,估计现状开采条件下,侧向咸水体的侵入速率约为6-8m/a,同时以控制抽水井出水浓度为目的,确定了合理的开采方案。针对变密度影响下的咸水体迁移问题,基于小扰动假设,建立了变密度流条件下的宏观对流弥散方程及扰动方程,采用谱分析法并探讨了宏观对流弥散方程中的有效渗透系数及宏观弥散系数的意义及计算方法,为变密度流的随机性模拟奠定了基础。通过对扰动方程的分析,定量描述了不同对流-弥散相对强度下(此处引入准Peclet数),密度梯度变化对含水介质渗透性及溶质运移特性的影响。结果显示,从渗流性来说,浓度对地下水流的影响并非随着浓度梯度的增加而持续稳定地增大,其增大速率是逐渐减小的,认为其存在最大影响浓度梯度,其值大小与准Peclet数的关系可表述为ηGmax=13.039Pe’0.3748;从弥散特征来说,浓度梯度的增加使得扰动弥散量减小,同样存在最大影响梯度,与准Peclet数的经验关系为(ηG)max= 5.05Pe’+2.5194。借助于Sutra研究变密度的二维剖面条件下的侧向咸水体的侵入状况。并分别采用谱分析法和蒙特卡洛法对浓度分布的平均状态及标准差进行求解。最终获得统计意义下的咸水体分布状态。比较了变密度流和非变密度流溶质的迁移过程,结果表明在密度耦合系数为850 kg2/kgm3的情况下,浓度梯度的大小是决定密度影响程度的关键,当浓度梯度小于3mg/L-m时,可忽略变密度条件的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
绪言  8-13
  0.1 选题意义  8
  0.2 咸水体迁移模型的研究现状  8-10
  0.3 地下水流随机模拟的研究现状  10-12
  0.4 研究内容及技术路线  12-13
第一章弥散系数的确定及咸水体迁移过程的定性描述  13-25
  1.1 研究区概况  13-15
  1.2 示踪试验设计  15-17
    1.2.1 示踪剂的选择  15
    1.2.2 试验场地及试验用孔选择  15-16
    1.2.3 示踪剂使用量的预估  16-17
  1.3 示踪试验结果分析  17-23
    1.3.1 氯根浓度的观测  17
    1.3.2 径向示踪试验结果分析  17-19
    1.3.3 垂向示踪试验结果分析  19-20
    1.3.4 弥散度的尺度效应分析  20-23
  小结  23-25
第二章基于确定性数值模拟的咸水体迁移规律研究  25-39
  2.1 模型的建立  25-26
  2.2 模型参数的识别与验证  26-30
  2.3 咸水体迁移规律研究  30-34
    2.3.1 咸水体水平迁移规律研究  30-32
    2.3.2 咸水体垂向迁移规律研究  32-34
  2.4 底部咸水体的迁移机制研究  34-37
    2.4.1 单井抽水条件下底部咸水体迁移机制研究  34-36
    2.4.2 干扰井开采条件下的底部咸水体迁移机制研究  36-37
  小结  37-39
第三章密度影响下的宏观运动、对流弥散方程的建立与讨论  39-54
  3.1 密度变化情况下,可混溶的对流-弥散模型  39-40
  3.2 水流运动及溶质运移的宏观方程的建立  40-42
    3.2.1 地下水流方程宏观形式的建立  40-42
    3.2.2 溶质运移宏观方程的建立  42
    3.2.3 运动方程宏观形式的建立  42
  3.3 关于有效渗透系数及宏观弥散系数的讨论  42-52
    3.3.1 有效渗透系数的推求  43-48
    3.3.2 宏观弥散系数的计算  48-52
  小结  52-54
第四章剖面上咸水体侵入特征的随机模拟  54-59
  4.1 区域的概化  54-55
  4.2 谱分析法基本原理  55-56
  4.3 模拟的结果  56-57
  4.4 最小密度梯度的确定  57-58
  小结  58-59
第五章结论  59-60
参考文献  60-65
近三年来完成的学术论文  65-66
致谢  66

承压含水层中古咸水体迁移过程的确定性及随机性模拟

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