潜水非稳定渗流滞流原理及其水力模拟法与解析法、数值法对比研究

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地下水作为水资源的重要组成部分,在促进国民经济发展及维持水文生态系统平衡方面都发挥着重要作用。研究地下水渗流规律,对地下水进行定量评价,进一步指导地下水合理开发利用是十分必要的,然而在渗流计算过程中,往往由于研究区复杂水文地质条件以及边界条件的难以确定,给水文地质工作者造成很大困难。为了查明研究区水文地质条件及边界条件,需耗费大量人力、物力、财力,同时边界条件的复杂,给渗流计算带来很大困难。已有研究表明,当原有渗流场的场源发生变动时,新形成的渗流场在未波及到边界时,边界条件对渗流过程无直接影响,因此对新形成的渗流场未波及到的区域进行渗流计算时,确定复杂的边界条件,只会增加水文地质工作的困难,而且得不到更好的结果。本文基于李佩成教授提出的滞流原理,初步分析了定解条件对渗流过程的影响,设定完整河流间三种不同间距即设计三个方案,利用水力积分仪模拟河间地块潜水非稳定渗流过程,提出误差域、区间相似度等定义,分析了各个方案渗流场波及范围及渗流过程,试验结果显示:在渗流场未达到边界时,不同方案中各个时刻渗流场波及范围基本相同及同一地段地下水位变化基本相同,当渗流场波及到边界时,受到边界的影响,致使渗流过程发生变化,同一地段地下水位相差较大;在此试验基础上建立完整河流条件下潜水非稳定渗流模型,设定不同边界,利用解析法和数值模拟法分析了不同边界条件下地下水流的运动过程,结果显示:在渗流场未波及到边界时,不同边界条件下渗流场波及范围及渗流过程完全一致,当渗流场波及到边界时,渗流过程存在很大变化,进一步验证了水力积分仪试验结果,并结合工程实例,基于滞流原理,针对地下水是否对建筑物地基造成影响,假定不同边界进行渗流计算,结果表明,河流水位雍高,三个月内对B工厂地基不存在影响。通过工程计算说明在实际工作中,渗流场源发生变动,进行渗流计算时,有条件的人为假定边界是可行的。
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