论文摘要
河流地表水-地下水的相互作用是地球水文循环的重要过程。而潜流交换作用是地表水-地下水相互作用中的一个重要环节,它控制着地表水-地下水之间物质和能量的传输以及生物化学反应,进而影响到整个流域的生态健康。本文基于雷诺平均N-S方程（RANS）、k-ω湍流模型和Darcy方程,采用COMSOL结合CFD-Fluent的数值模拟方法,构建三角形河床形态影响下的地表水-地下水耦合模型。主要分析了地表水湍流流动特性、水沙交界面流动特性和潜流交换区流动特性,探究三角形河床形态影响下的地表水-地下水潜流交换规律。主要研究成果如下:基于已有的水槽试验实测的地表水流速分布结果,对第六段沙丘流速分布结果进行模型验证,结果表明所构建的地表水-地下水耦合模型可以良好地刻画水沙交界面附近的流场。三角形河床对水沙交界面的压强和流速分布影响较大,其迎水坡角度与水沙交界面压强呈负相关,与波峰处流速呈正相关。地表水入口流速与水沙交界面压强极值及其流速均呈正相关。湍流强度和壁面切应力的最大值稳定出现在三角形河床波峰处,说明波峰较容易受到地表水湍流的影响而发生形变。针对不同的三角形河床形态,提出了一种水沙交界面的上升流和下降流的判定方法和量化方法。上升流与下降流的分布基本取决于河床的几何形态,流速分布基本不随地表水流速的变化而变化,波峰为上升流和下降流的一个稳定分界点,潜流交换通量与迎水坡角度呈负相关。河床形态变化时,正逆交换区分布随之产生变化,基本不随地表水流速的变化而变化。潜流带内存在横向流速分量和垂向流速分量分别趋近于0的缓流带,其深度与潜流交换区深度相近。横向流速缓流带位于潜流带的逆交换区边界附近,垂向流速缓流带位于水沙界面压强极大值点的两侧。
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文章来源
类型: 硕士论文
作者: 赵彪
导师: 任杰,周银军
关键词: 潜流交换,三角形河床,水沙交界面,上升流和下降流,缓流区
来源: 西安理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 地球物理学,水利水电工程
单位: 西安理工大学
分类号: TV147
总页数: 56
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