多源同汇地下水流系统水动力弥散混合特征砂槽模型研究

The research of hydrodynamic and dispersion characteristics of groundwater system with different supply and outlet in same are is the basement for its being explore, and theory supplyment for variable density mixture problem of groundwater. This issure plans to use archetypal analysis, experiment simulation indoor with numerical calculation, and fractal characteristic to strudy the mixture of sallow flow with deep flow. Considering geological conditions，the main flow movement, the hydrodynamic condition influent by humans’ activities, the different from traditional problems, the issue plans to get the conception model for this kind of mixing problem. Physical model indoor will be used to study the dispersion characteristics and process under different hydrodynamic condition, analyze crucial state. Comparing to numerical calculation results of tradition mathematical model of hydrodynamic and dispersion, the issue will try to analyze the influence of flow activities and density gradient on mixture. Basing on the self-similarity theory of scale influence according to mixing part which is caused by heterogeneity of medium, it plans to use the fracural character to analyze the scale influence and to predicte the dispersion conditions of reginal scale. The research riches type of mixture problems , emphasizes the importance of the experiment simulation indoor，and discusses about the limitation of the research results.

区域性排泄基准面控制区存在源于区域地下水系统与局部地下水系统“多源同汇”的混合问题，其混合机制、特点及其在外部因素控制下的演化是此类地下水开采利用的基础问题，目前尚缺乏相关研究。课题基于既有地质原型的概化，考虑天然及人工扰动外部因素影响提取混合水动力条件及控制边界搭建室内物理模型，以过渡带水头、浓度空间分布及各项特征随水动力条件变化的演化、人工扰动下混合临界状态对混合机理、混合特征进行研究；并与传统可混溶动力-弥散数学模型的数值模拟结论比较，分析此混合问题中水动力、弥散条件对混合的影响；最后基于过渡带尺度效应源于流体介质的非均质性的理论，利用试验结果尝试对混合带尺度效应进行一定探索。研究丰富了变密度流体混合研究类型，强调物理模拟在理论构建、规律研究中的作用，并尝试使用尺寸效应分析讨论试验结果与原位数据的关系，对研究的适用性进行分析。

地下水流系统发育受控于地形、入渗强度和渗透性、介质场长深比和势汇等因素，水-岩作用使得水流的浓度逐渐增加，导致介质的渗透性发生变化；水库蓄水抬升河谷区地表水水位，系统的势汇条件发生变化，造成深部区域性地下水和浅层地下水的水动力特征发生改变。目前极少有学者从区域性水流其自身特有的浓度特征和工程中地表水水位变化角度下考虑地下水流系统的变化。.研究通过地质原型的分析，选择褶皱类型系统作为试验原型；概化地形、势汇这两个最为主要的控制因素，基于室内砂槽模型试验，对浓度和地表水水位变化过程进行物理模拟，分析系统渗流及水流混合特征的变化。.结论包括：（1）随着区域性水流浓度的升高，区域系统内的流线向下移动明显，浅层局部流线下移不明显，局部系统与区域系统的分界线处存在浓度梯度。区域系统内水质点的平均渗流速度降低，区域系统的循环流量减少。局部排泄点的排泄量由最初占比46.80％逐渐增加到63.80％，相应的区域排泄点的排泄量占比从53.20％下降到37.20％。（2）水流系统共存在3个驻点。（3）液体粘滞系数增加对渗流速度的影响大于密度的影响，密度流中质点渗流速度较淡水明显增大。单位重量液体在地表位置进入至最低位置时，水头损失将会增大。（4）区域排泄河谷内地表水水位抬升，造成属于浅层局部和区域系统的流线向上偏移，属于深部区域系统的流线变化不明显。在排泄区附近，浅层区域系统和局部系统的流线变化特征相似。区域系统内质点的平均渗流速度降低29.26％，局部系统流线上质点平均渗流速度增加13.4% ~18.5％。区域排泄点的排泄量减少，局部排泄点的排泄量增加。（5）排泄点地表水水位抬升，对排泄点附近的地下水水位影响最为明显，其直接影响为水力梯度的减小，造成各水流系统的流量发生变化。.研究一定程度上量化了多级次水流系统渗流场在水流密度变化下的特征，是多级次水流系统研究的重要补充，也对咸淡水流混合特征研究进行了一定的探索。