地下壩防治海水入侵室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來，隨著人口和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，淡水資源的供需矛盾更加突出，濱海平原地區(qū)的海水入侵現(xiàn)象越來越受到人們的普遍關(guān)注。地下壩是防治海水入侵較為有效的工程措施，通過切斷海水入侵通道和地下淡水排泄通道來防止海水入侵。國內(nèi)外很多專家已經(jīng)做過模擬海水入侵的室內(nèi)試驗(yàn)，但模擬地下壩的室內(nèi)模型試驗(yàn)較少。本文通過室內(nèi)沙箱模型模擬了有無地下壩時(shí)海水入侵界面的動(dòng)態(tài)變化情況，為揭示海水入侵機(jī)理、入侵的規(guī)律和發(fā)展趨勢以及地下壩防治海水入侵提供了理論基礎(chǔ)；并采用

2、地下水流動(dòng)及溶質(zhì)運(yùn)移模擬軟件FEFLOW對室內(nèi)試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行數(shù)值模擬，并與物理試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，以修正部分參數(shù)，從而為建立三維飽和介質(zhì)、非穩(wěn)定流和瞬變?nèi)苜|(zhì)遷移模型，模擬大尺度海水入侵過程提供依據(jù)。
　　 本研究主要做了以下工作：
　　 (1)著色示蹤劑的選擇。試驗(yàn)初選了一種吸附性較小的食用色素胭脂紅擬作為著色示蹤劑，通過著色示蹤劑干擾試驗(yàn)和運(yùn)移速率試驗(yàn)驗(yàn)證胭脂紅是否滿足著色劑的要求。
　　 (2)模擬參數(shù)的確定。試

3、驗(yàn)確定試驗(yàn)介質(zhì)的相關(guān)參數(shù)，包括滲透系數(shù)、彌散度、孔隙度等。設(shè)計(jì)了一維柱狀模型，通過滲透試驗(yàn)和彌散試驗(yàn)測得了試驗(yàn)介質(zhì)的滲透系數(shù)和彌散度。測量試驗(yàn)介質(zhì)的孔隙度。
　　 (3)無地下時(shí)海水入侵室內(nèi)試驗(yàn)。通過室內(nèi)沙箱模型模擬無地下壩時(shí)海水入侵界面的動(dòng)態(tài)變化。運(yùn)用著色技術(shù)、圖像處理技術(shù)和水質(zhì)檢測技術(shù)，分別試驗(yàn)了咸淡水水位差和濃度差對入侵界面運(yùn)移速率的影響。
　　 (4)地下壩防治海水入侵試驗(yàn)。試驗(yàn)了不同滲透系數(shù)的地下壩對海水入侵的

4、防治效果。
　　 (5)數(shù)值模擬。對室內(nèi)沙箱模型試驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)值模擬，并通過模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的擬合和人工調(diào)參調(diào)整部分試驗(yàn)參數(shù)。
　　 通過以上研究得到如下結(jié)論：
　　 (1)胭脂紅可以作為著色示蹤劑用于海水入侵試驗(yàn)中。
　　 (2)確定了試驗(yàn)參數(shù)，滲透系數(shù)為0.22cm/s，水平彌散度為0.0083m，孔隙度為32.86％。
　　 (3)無地下壩時(shí)，每個(gè)海水入侵過程，運(yùn)行時(shí)間越長海水入侵速率越

5、慢；咸水與淡水的水位差越大，海水入侵速率也越大；海水濃度越大海水入侵界面的運(yùn)移速率越大；從海水入侵界面運(yùn)移速率的變化趨勢可以預(yù)測水位差越小越早到達(dá)平衡狀態(tài)；且隨著時(shí)間的推移，濃度引起的入侵界面運(yùn)移速率的差距隨著時(shí)間的推移不斷縮小。
　　 (4)地下壩的滲透系數(shù)對海水入侵的影響較大，滲透系數(shù)越小對海水的攔截作用越明顯，當(dāng)滲透系數(shù)達(dá)到10-6cm/s這個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，防治效果非常明顯。
　　 (5)通過對室內(nèi)試驗(yàn)內(nèi)容的數(shù)值模擬和