基于可视化模型试验的湿地地下水与地表水交互作用机制及耦合模型研究

Research on the mechanisms and coupling model of groundwater and surface water interactions in wetlands is the key to the accuracy of the coupling simulation of groundwater flow and surface water flow in wetlands. Due to the complexity of wetland flow pattern and stratum structure, the accurate observation of the interaction process between groundwater and surface water is very difficult. The mechanisms of groundwater and surface water interactions in wetlands under multiple factors is not clear, and there is a lack of reasonable and reliable coupling model. This project is aiming at the above problems, visual model test system of wetland will be developed and technical challenges of accurate observation for the interaction process between groundwater and surface water will be broken through. Visual model tests under the influence of multiple factors of surface water and groundwater interactions in wetlands will be conducted. The main effect factors for groundwater and surface water interactions in wetlands will be explored, and the control mechanisms of these factors will be clarified. Through the visualization and quantitative technical means of digital camera visual tracking, digital image processing and particle image velocimetry, the coupling model of groundwater and surface water interactions in wetlands is studied and established. The research results can be directly applied to the accurate simulation of groundwater flow and surface water flow coupling in wetlands. It has important theoretical significance and engineering practical value for the rational development and utilization of wetland water resources, the evaluation of wetland water environment capacity and carrying capacity, and the protection and restoration of wetlands.

湿地地下水与地表水交互作用机制及耦合模型研究是湿地地下水流与地表水流耦合模拟准确性的关键。由于湿地水流形态和地层结构等的复杂性，地下水与地表水交互作用过程的精确观测非常困难，多因素影响下的湿地地下水与地表水交互作用机制尚未明了，缺乏合理可靠的耦合模型。本项目针对上述问题，拟开展湿地可视化模型试验系统的研制，突破地下水与地表水交互作用过程精确观测的技术难题；实施多因素影响下的湿地地下水与地表水交互作用的可视化模型试验，探究湿地地下水与地表水交互作用的主导影响因素，并阐明其中的控制机制；借助数码摄像可视化跟踪、数字图像处理和粒子图像测速等可视化、定量化的技术手段，研究建立湿地地下水与地表水交互作用耦合模型。本项目研究成果可直接应用于湿地地下水流与地表水流耦合的准确模拟，对湿地水资源的合理开发和利用、湿地水环境容量和承载力的评价、湿地的保护和修复等具有重要的理论意义和工程应用价值。

由于水是湿地演变中的一个极其重要的因子，就象湿地的血液一样，因此湿地水资源合理开发利用、湿地蓄滞洪水机制、湿地拦蓄沉积物和净化水质机理、湿地修复技术等的研究都需要开展湿地水流运动的准确模拟，湿地地下水与地表水交互作用机制及耦合模型研究是湿地地下水流与地表水流耦合模拟准确性的关键。由于湿地水流形态和地层结构等的复杂性，地下水与地表水交互作用过程的精确观测非常困难，多因素影响下的湿地地下水与地表水交互作用机制尚未明了，缺乏合理可靠的耦合模型。本项目针对上述问题，主要开展了以下研究工作：1）研究了湿地地下水与地表水交互作用影响因素优选，开展了湿地可视化模型试验系统的研制，突破了地下水与地表水交互作用过程精确观测的技术难题；2）实施了多因素影响下的湿地地下水与地表水交互作用的可视化模型试验，探究了湿地地下水与地表水交互作用的主导影响因素，并阐明了其中的控制机制；3）借助数码摄像可视化跟踪、数字图像处理和粒子图像测速等可视化、定量化的技术手段，研究建立了湿地地下水与地表水交互作用耦合模型。通过本项目的研究获得了以下重要结果：1）研发出了一套湿地地下水与地表水交互作用的可视化和定量化模型试验系统及方法；2）基于多因素影响下的湿地地下水与地表水交互作用模型试验，揭示了湿地地下水与地表水交互作用机制并建立了考虑水土界面效应的交互作用耦合模型。本项目研究成果可直接应用于湿地地下水流与地表水流耦合的准确模拟，对湿地水资源的合理开发和利用、湿地水环境容量和承载力的评价、湿地的保护和修复等具有重要的理论意义和工程应用价值。