Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 变密度地下水流溶质运移模型及其海水入侵模拟应用 | |
| 其他题名 | Variable density flow and solute transport model and its application on seawater intrusion |
| 李淼 | |
| 出版年 | 2013 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 夏军 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学 |
| 中文摘要 | 滨海地区海水入侵含水层将引起地区性水质恶化，导致淡水水资源短缺，同时引发土壤盐渍化及荒漠化等一系列生态环境问题，成为制约滨海地区经济社会可持续发展的重要因素。河流供应淡水量的减少、气候变化导致的海平面上升及人类活动影响使海水入侵形势愈发严峻。准确模拟及在不同情景下预测滨海地区海水入侵趋势对解决滨海地区水资源短缺与生态环境问题至关重要。在解决这一问题时，必须要考虑浓度等条件引起流体密度变化。因此，本文基于地下水动力学理论，依托分布式时变增益模型（DTVGM），构建二维变密度地下水渗流溶质运移模块，重点模拟海水入侵过程。以黄河三角洲南部广饶县为例，探讨不同气候变化情景及人类活动影响下研究区未来20年海水入侵趋势，分析降水丰枯与节水规划共同作用下海水入侵面积差异，并综合利用监测数据和模拟结果进行现状及未来海水入侵风险灾害评价，为区域水资源合理高效利用、规划与管理，提供科学依据和技术支撑。论文的主要结论如下： （1）以流场分布，速度分布、密度分布和浓度分布作为公共变量，将变密度地下水渗流模型与地下水溶质运移模型紧密耦合，利用强隐式（SIP）算法迭代求解，构建出变密度地下水渗流溶质运移模块，并利用Henry问题对模块进行验证，结果合理。 （2）以分布式水文模型DTVGM模拟的土壤水入渗量作为变密度地下水渗流溶质运移模块的输入项，实现DTVGM与变密度地下水流溶质运移模块的松散型耦合。利用小清河流域水文站月流量资料及黄河三角洲南部广饶县海水入侵监测数据对耦合模型进行验证，耦合模型月流量模拟效率系数达到0.74以上，相对误差小于6.4%，相关系数大于0.86；地下水位模拟与实测资料相关系数达到0.959；cl-浓度模拟与观测数据相关系数为0.914，表明耦合模型对地表水流、地下水位及溶质运移过程模拟具有可靠性。 （3）根据气候变化情景、降水保证率以及节水规划，拟定12种不同预测情景，以2009年为基准年，利用耦合模型对研究区未来海水入侵变化趋势进行多情景预测分析。保持现状开采不变，在SERS A1B情景下，研究区2030年西北和东部地区海侵线南移，海水入侵面积分别增加了5.55km2和3.13km2。中部地区海侵线基本不变。12种预测方案中，到2030年最丰方案比最枯方案海水少入侵面积少19.14 km2。 （4）最枯方案下，未来2015和2030年研究区北部除小清河河道沿线外大部分地区处于较高风险和高风险，其面积相对于基准年明显扩大，到2030年增加80%，而2030年高风险区比2015年高风险区面积增加20%。表明若该区持续干旱（90%降水保证率），高风险地区将随时间推移不断增加。由于淄河水库不断的补给地下水，研究区中部低风险区在2015年和2030年相比基准年扩大，面积增加10.4%。最丰方案下，研究区北部地区较高风险和高风险区域相比基准年面积减少70.3%，2030年比2015年减少43.7%，其原因是充足的雨水补给地下水，从而有效的防止海水入侵，使得研究区北部大部分地区由基准年的较高和高风险区变为了中等风险区。中部地区淄河水库周围低风险区的范围也随着时间推移不断扩大，起到了河道型水库防止海水入侵的作用。 |
| 英文摘要 | Seawater intrusion of the aquifer in coastal areas will lead to the regional water quality deterioration, shortage of freshwater water resources, and a series of ecological problems such as soil salinization and desertification. It becomes a significant factor to restrict of the sustainable development of economic society in coastal areas. The reduction of fresh water by rivers, sea level rising reduced by climate change and effect of human activities accelerate the seawater intrusion and make this situation more serious. It is essential to accurately simulate and predict the trend of seawater intrusion in coastal areas in different scenarios to solve the problem of shortage of water resources and ecological environment in coastal areas. The model based on variable-density flow and solute transport needs to be considered and built to solve the problem of seawater intrusion. On the basis of the groundwater dynamics theory and distributed time variable gain model (DTVGM), a two-dimensional variable density groundwater flow and solute transport module is developed to describe and simulate seawater intrusion process. The model makes a application in Guangrao County in the southern area of the Yellow River Delta to simulate the trend of seawater intrusion in the next 20 years under different climate change scenarios and impact of human activities; to take analysis of area differences by the joint action from precipitation differences and water conservation planning; and to take the risk assessment of status quo and future seawater intrusion by comprehensive utilization of monitoring data and simulation results; ultimately to provide a scientific basis and technical support for efficient using, planning and management of regional water resources. |
| 中文关键词 | 变密度水流 ; 地下水流与溶质运移 ; 海水入侵 ; 黄河三角洲 ; 风险评价 |
| 英文关键词 | variable density flow |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 自然地理学 |
| 来源机构 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287166 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李淼. 变密度地下水流溶质运移模型及其海水入侵模拟应用[D]. 中国科学院大学,2013. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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