潜流带地表水与地下水相互作用研究

目录
总序一
总序二
总序三
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 潜流交换机理分析方法研究 2
1.2.2 潜流交换示踪方法 4
1.2.3 流热耦合模型理论研究 13
1.2.4 流热耦合模型的研究现状及应用 16
1.2.5 土体热传导系数模型研究 21
1.2.6 水热运移试验研究 23
1.2.7 潜流交换影响因素敏感性分析研究 25
1.3 潜流带研究的关键问题 27
第2章 数学模型 29
2.1 温度场与渗流场耦合数学模型 29
2.1.1 基本假设 30
2.1.2 温度场对渗流场影响机理 31
2.1.3 渗流场对温度场影响机理 32
2.1.4 潜流带地下水流动与传热 34
2.1.5 温度场控制方程 40
2.1.6 渗流场控制方程 40
2.1.7 温度场与渗流场耦合控制方程 43
2.2 潜流交换温度示踪法数学模型 46
2.2.1 潜流交换温度示踪方法基本原理 46
2.2.2 潜流交换温度示踪法的主要优势 49
2.2.3 一维稳态热运移方程的解析模型 49
2.2.4 一维瞬态热运移方程的解析模型 51
2.3 潜流交换离子示踪法数学模型 55
2.3.1 计算流体动力学模拟的湍流雷诺平均方程 55
2.3.2 标准 k-ω方程 59
2.3.3 对流弥散方程 61
2.4 求解软件介绍 64
第3章 “土体流-固-热耦合试验系统”的研制及参数测定 66
3.1 “土体流 -固-热耦合试验系统”的研制意义 66
3.2 试验装置的组成及构造 66
3.3 试验土料 69
3.4 土壤水热性质参数的确定 69
3.4.1 土壤饱和导水率 69
3.4.2 土壤水分特征曲线 70
3.4.3 非饱和土壤水热性质参数 77
第4章 低温水入渗条件下粉黏土渗透性试验研究 80
4.1 水的物理性质 80
4.2 渗透系数测量试验 82
第5章 温度示踪法河岸带研究 89
5.1 河岸带水热运移规律的研究 90
5.2 环境因素影响下的河岸带水热动态变化 91
5.2.1 入渗水头的影响 91
5.2.2 辐射温度的影响 103
5.2.3 入渗水温的影响 112
5.3 运移规律的数值模拟结果分析验证 122
5.3.1 不同入渗水头影响下河岸带流热运移数值模拟与验证 122
5.3.2 不同辐射温度影响下河岸带流热运移数值模拟与验证 126
5.3.3 不同入渗水温影响下河岸带流热运移数值模拟与验证 131
第6章 潜流交换离子示踪法室内试验 136
6.1 二维地表水-地下水耦合模型的构建 136
6.1.1 二维概念模型 136
6.1.2 模型评估 137
6.1.3 模型验证 138
6.1.4 单一影响因素下的潜流交换规律 139
6.1.5 河床潜流交换离子示踪模型参数敏感性分析 148
6.2 三维地表水-地下水耦合模型的构建 152
6.2.1 三维概念模型 153
6.2.2 三维概念模型下的潜流交换规律 154
6.2.3 流速影响下的潜流交换规律 157
6.2.4 水深影响下的潜流交换规律 160
6.2.5 波高影响下的潜流交换规律 162
6.2.6 河床底质渗透率影响下的潜流交换规律 165
6.3 三维模型与二维模型的对比研究 167
第7章 潜流交换温度示踪法野外试验 170
7.1 案例资料介绍 170
7.2 实测资料处理 171
7.3 模型边界条件及参数 172
7.3.1 边界条件 172
7.3.2 模型参数 173
7.4 模型验证 174
7.5 河岸带温度场时空分布规律研究 175
7.6 河岸带垂向流速对比分析研究 178
7.6.1 不同解析模型计算垂向流速对比分析 178
7.6.2 不同深度河岸带地下水垂向流速对比分析 181
7.7 河岸带流热耦合模型参数敏感性分析 182
7.7.1 Morris敏感性分析方法 182
7.7.2 河岸带流热耦合模型参数敏感性 183
第8章 河岸带流热耦合模型构建及对比研究 185
8.1 河岸带流热耦合数学模型 186
8.1.1 流动方程 186
8.1.2 热量运移方程 186
8.1.3 土体热传导系数经验模型 186
8.2 河岸带流热耦合模型在COMSOL中的开发 187
8.2.1 COMSOL中的二次开发环境 187
8.2.2 流热耦合模型的实现方法 188
8.2.3 野外实测资料收集及模型设置 189
8.3 河岸带流热耦合PDE建模有效性验证 192
8.4 河岸带流热耦合模型验证及对比分析 194
8.5 基于正交试验法的河岸带流热耦合模型参数敏感性分析 200
第9章 总结与展望 203
参考文献 205
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