25688.海水入侵問題的三維有限差分?jǐn)?shù)值模擬

1、海水入侵問題的三維有限差分?jǐn)?shù)值模擬ThreeDimensionalNumericalSimulationofSeawaterIntrusionbasedontheFiniteDifferenceMethods學(xué)科專業(yè)：水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究生：陳開榮指導(dǎo)教師：白玉川教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一二年十二月摘要在海岸附近的濱海含水層中，當(dāng)?shù)叵滤艿匠块_采時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)海水侵入淡水含水層致使淡水被咸化而失去原有功能和使用價(jià)值的現(xiàn)象。采用數(shù)

2、值方法研究海水侵入淡水含水層的范圍（過渡帶）和其中鹽分濃度的大小，以及過渡帶和鹽分濃度隨時(shí)間的發(fā)展變化規(guī)律，對預(yù)測和防治海水入侵具有重要意義。在以往對海水入侵的數(shù)值模擬研究中，幾乎從未考慮海水潮位的波動(dòng)對模擬結(jié)果的影響。本文將海域也囊括在模型中，近似地考慮了海水潮位的波動(dòng)，使研究工作更接近實(shí)際情況，這正是本文的創(chuàng)新之處。本文首先基于質(zhì)量守恒定律并考慮流體密度變化的影響，推導(dǎo)出描述地下水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的水流控制方程以及描述污染物遷移和傳播規(guī)律

3、的溶質(zhì)運(yùn)移控制方程；然后將理論應(yīng)用于實(shí)際，借助國內(nèi)流行、國際上處于領(lǐng)先水平的有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件VisualMODFLOW，研究了大連海洋大學(xué)新校區(qū)的海水入侵問題，并分析和比較了有無防滲墻條件下過渡帶寬度、鹽分濃度大小、地下水位及流場的差異。研究結(jié)果表明，隨著外海潮位的上升，地下水流所受的阻滯作用也逐漸增大，致使校園區(qū)域的地下水位壅高，并在校園北邊界附近出現(xiàn)水位劇烈變化的現(xiàn)象；模擬開始前五年和后五年過渡帶的寬度擴(kuò)大值及鹽分濃度增值并不相

4、同，說明海水侵入校園區(qū)域的速度并非與時(shí)間成正比；設(shè)置防滲墻能夠進(jìn)一步抬高校園區(qū)域的地下水位、減小地下水的流動(dòng)速度、縮小鹽分侵入校園區(qū)域的范圍并降低其濃度，不過這種作用效果并不顯著，鹽分依然侵入了校園區(qū)域，說明設(shè)置防滲墻并不能從根本上將鹽分阻擋在校園區(qū)域之外，只是延緩了鹽分侵入校園區(qū)域的時(shí)間，實(shí)質(zhì)上是治標(biāo)不治本，想要徹底解決海水入侵問題，還需尋求其他更為有效的辦法才行。關(guān)鍵詞：海水入侵?jǐn)?shù)值模擬變密度三維有限差分法VisualMODFLOW