论文题目: 潜水层地下水及其营养物质入湖实验与数学模拟研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境工程
作者: 李勇
导师: 王超
关键词: 典型含水层,湖泊,氯化物,土槽,流速分布,滇池,总磷,硝态氮
文献来源: 河海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 由于农业施肥等人类活动的影响,潜水层地下水受到严重污染,通过地下水进入湖泊的营养负荷量显得越来越重要,特别是对湖泊岸边水体的富营养化起到了促进的作用。综合国内外相关内容的调查研究,本文利用室内土槽试验和数学模拟方法,并结合我国浅水湖泊的特点,模拟研究了两种典型潜水含水层中地下水及其营养物质入湖的规律,揭示了渗流速度和营养物质浓度在湖泊岸坡和湖底两个交界面上的分布形式,并将模型初步应用到我国的滇池。 具体结论如下: (1)在总结国内外已有研究的基础上,概化了两种典型含水层—湖泊系统,即小厚度含水层(含水层厚度等于湖泊深度)和大厚度含水层(含水层厚度大于湖泊深度)与湖泊的关系,并对其间的水量和溶质交换机理进行了详细的分析。 (2)利用土槽试验和MODFLOW模型模拟研究了不同岸坡倾角下地下水入湖时在入湖交界面处的渗流速度分布规律。小厚度含水层地下水主要从靠近湖泊岸边的沿岸带进入湖泊水体,渗流的速度随着离岸距离增大呈指数函数形式递减。大厚度含水层地下水从湖泊岸坡和湖底两个界面进入湖泊,两个界面上渗流速度仍然满足递减的指数函数分布。随着岸坡倾角的增大,从岸坡上渗入的水量逐渐减小,而通过湖底的渗流量逐渐增大。当岸坡倾角很小时,从湖底界面上渗入的水量可以忽略不计。 (3)试验研究了保守性溶质氯化物在含水层-湖泊系统中的运移规律。结果发现当含水层上游来水中溶质为均匀分布时,在湖泊岸坡界面上的溶质浓度随着岸坡倾角的变化而发生变化,由于渗流路径长短的不同和边壁效应的影响,各点达到稳定的时间不同,溶质入湖的通量主要受渗流量分布的影响。 (4)试验模拟了氨氮随着降雨等过程下渗到地下水并渗入湖泊的迁移转化规律,并利用MODFLOW模型模拟了经过概化后的非饱和带中硝态氮下渗进入湖泊的迁移过程。结果发现,流域内地表污染源进入地下水体的过程可以简化为连续恒定排放的污染源,非饱和带可以概化为富含营养物质的污染区和传递营养物质的过渡区。地表营养物质入渗后大多滞留在浅层地下水的上部,主要在湖泊的岸边排入水体,在入湖界面上的浓度分布符合递减的一阶指数函数形式。 (5)将MODFLOW模型应用于滇池流域,得出每年通过东侧和北侧地下水进入湖泊的总水量为6.0×10~6m~3,硝态氮为87.1t,总磷为1.7t。其中东侧和北侧含水层地
论文目录:
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究状况
1.2.1 调查研究成果
1.2.2 理论研究成果
1.2.3 其它相关研究成果
1.2.4 研究动态及存在问题
1.3 论文主要研究内容
1.4 研究方法
1.5 研究技术路线
第二章 营养物质在含水层一湖泊系统中的输移机理
2.1 流域营养物质通过地下入湖过程分析
2.2 降雨入渗原理
2.3 地下水入湖机理
2.3.1 地下水与湖泊交互作用的形式
2.3.2 地下水入湖界面的水力特征
2.4 地下水中溶质运移的基本原理
2.5 表土层中营养物质入渗地下水过程概化原理
2.5.1 营养物质在非饱和带中的迁移转化过程
2.5.2 过程概化
2.6 地下水中营养物质入渗湖泊规律
2.7 本章小结
2.7.1 本章主要研究结论
2.7.2 本章创新点
第三章 数学模型的建立及求解
3.1 概念模型
3.1.1 背景信息
3.1.2 问题概化
3.2 含水层-湖泊水流模型
3.2.1 模型基本概况
3.2.2 控制方程
3.2.3 湖泊模块
3.2.4 模型求解
3.2.5 边界条件和初始条件
3.3 溶质运移模型 MT3D原理
3.3.1 模型概述
3.3.2 运移模型的基本方程
3.3.3 对流
3.3.4 弥散作用
3.3.5 源漏项
3.3.6 化学反应
3.3.7 边界条件和初始条件
3.3.8 求解技术
3.4 地下水及溶质入湖通量简化模型
3.4.1 地下水入湖通量
3.4.2 溶质入湖通量
3.5 本章小结
3.5.1 本章主要研究结论
3.5.2 本章创新点
第四章 小厚度含水层地下水及其溶质入湖规律
4.1 材料与方法
4.1.1 试验装置及材料
4.1.2 采样和分析方法
4.1.3 研究方法
4.2 结果分析
4.2.1 岸坡倾角为20度
4.2.2 岸坡倾角为30度
4.2.3 岸坡倾角为45度
4.2.4 岸坡倾角为55度
4.2.5 岸坡倾角为90度
4.3 讨论
4.3.1 地下水渗流速度的分布规律
4.3.2 地下水中溶质浓度分布规律
4.3.3 地下水及其溶质入湖通量分析
4.3.4 忽略渗出面的影响
4.3.5 含水层中垂向渗流速度和溶质分布
4.3.6 与其它计算模型比较
4.4 本章小结
4.4.1 本章主要研究结论
4.4.2 本章创新点
第五章 大厚度含水层地下水及其溶质入湖规律
5.1 材料与方法
5.1.1 试验装置及材料
5.1.2 采样和分析方法
5.1.3 研究方法
5.2 结果分析
5.2.1 岸坡倾角为20度
5.2.2 岸坡倾角为30度
5.2.3 岸坡倾角为45度
5.2.4 岸坡倾角为55度
5.2.5 岸坡倾角为90度
5.3 讨论
5.3.1 地下水渗流速度的分布规律
5.3.2 地下水中溶质浓度分布规律
5.3.3 地下水及其溶质入湖通量分析
5.4 本章小结
5.4.1 本章主要研究结论
5.4.2 本章创新点
第六章 硝态氮通过地下水入湖规律研究
6.1 材料与方法
6.1.1 试验装置及材料
6.1.2 采样和分析方法
6.1.3 研究方法
6.2 结果分析
6.2.1 非饱和带中氮的迁移转化
6.2.2 地下水中硝态氮的运移规律
6.3 讨论
6.3.1 表层土壤中氮素分布概化的合理性分析
6.3.2 硝态氮在地下水中的垂向分布
6.3.3 硝态氮在入湖界面处的转化
6.4 本章小结
6.4.1 本章主要研究结论
6.4.2 本章创新点
第七章 模型在滇池的初步应用
7.1 研究区域概况
7.1.1 滇池流域概况
7.1.2 滇池水质状况
7.2 滇池东侧和北侧含水层概况
7.2.1 地质结构概况
7.2.2 土壤和地下水污染情况
7.3 模型概化和边界条件
7.4 模型的率定和验证
7.5 结果分析及讨论
7.5.1 地下水入湖规律及通量
7.5.2 营养物质入湖规律及通量
7.6 本章小结
7.6.1 本章主要研究结论
7.6.2 本章创新点
第八章 结论及展望
8.1 本论文的主要研究结论
8.2 本文的创新之处
8.3 存在问题及研究展望
参考文献
致谢
在研期间发表的论文及科研获奖情况
附录A
附录B
附录C
发布时间: 2006-01-16
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