海水入侵问题的三维有限差分数值模拟

摘要

在海岸附近的滨海含水层中,当地下水受到超量开采时,经常会出现海水侵入淡水含水层致使淡水被咸化而失去原有功能和使用价值的现象。采用数值方法研究海水侵入淡水含水层的范围(过渡带)和其中盐分浓度的大小,以及过渡带和盐分浓度随时间的发展变化规律,对预测和防治海水入侵具有重要意义。在以往对海水入侵的数值模拟研究中,几乎从未考虑海水潮位的波动对模拟结果的影响。本文将海域也囊括在模型中,近似地考虑了海水潮位的波动,使研究工作更接近实际情况,这正是本文的创新之处。
　　本文首先基于质量守恒定律并考虑流体密度变化的影响,推导出描述地下水流运动状态的水流控制方程以及描述污染物迁移和传播规律的溶质运移控制方程;然后将理论应用于实际,借助国内流行、国际上处于领先水平的有限差分数值模拟软件 Visual MODFLOW,研究了大连海洋大学新校区的海水入侵问题,并分析和比较了有无防渗墙条件下过渡带宽度、盐分浓度大小、地下水位及流场的差异。
　　研究结果表明,随着外海潮位的上升,地下水流所受的阻滞作用也逐渐增大,致使校园区域的地下水位壅高,并在校园北边界附近出现水位剧烈变化的现象;模拟开始前五年和后五年过渡带的宽度扩大值及盐分浓度增值并不相同,说明海水侵入校园区域的速度并非与时间成正比;设置防渗墙能够进一步抬高校园区域的地下水位、减小地下水的流动速度、缩小盐分侵入校园区域的范围并降低其浓度,不过这种作用效果并不显著,盐分依然侵入了校园区域,说明设置防渗墙并不能从根本上将盐分阻挡在校园区域之外,只是延缓了盐分侵入校园区域的时间,实质上是治标不治本,想要彻底解决海水入侵问题,还需寻求其他更为有效的办法才行。

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第一章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 研究现状

1.3 本文主要工作

第二章 海水入侵数学模型

2.1 连续介质

2.2 水流控制方程

2.3 溶质运移控制方程

2.4 水流控制方程与溶质运移控制方程的相互耦合

2.5 定解条件

第三章 工程实例

3.1 工程概况

3.2 建立模型

3.3 模拟结果与分析

第四章 结论与展望

4.1 本文主要结论

4.2 展望

参考文献

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