地下水科学与工程专业毕业论文地下水科学与工程专业毕业论文 精品论文精品论文 蒸发条件下包气带蒸发条件下包气带水热运移模拟研究水热运移模拟研究关键词：潜水蒸发关键词：潜水蒸发 包气带包气带 水热运移水热运移 耦合模型耦合模型 数值模拟数值模拟 温差作用温差作用 地下水地下水摘要：水是国家经济和社会可持续发展的战略性资源。对水资源缺少地区而言， 提高水资源评价精度，对水资源合理开发利用起着至关重要的作用。我国西北 内陆的干旱半干旱地区，地表水系极不发育，降雨稀少，蒸发强烈，昼夜温差 大，生态环境极其脆弱，水资源成为制约当地社会经济发展的重要因素。已有 研究表明，该区的水循环以垂向交换为主，蒸发为地下水排泄的主要途径，也 是地下水与大气边界水量交换的主要表现形式。在以往的研究中，学者们从水 文地质角度，深入研究“降水(蒸发)-地表水-包气带水-地下水”的相互转化机 理，取得了丰硕的成果。然而，地温随季节以及昼夜的变化是否对蒸发有影响， 影响程度有多大，在数值模拟过程中应该如何处理等这些问题，均有待深入研 究。因此，进一步探讨潜水蒸发规律和包气带水热运移机理具有十分重要的理 论意义和实际应用价值。 在综合分析已有成果的基础上，本文以包气带水热 运移为主线，以多孔介质流体动力学、土壤水分热力学理论为指导，利用自行 研制的包气带水热运移模拟装置对温差作用下潜水蒸发过程进行物理模拟，同 时结合数值模拟和理论分析等手段，开展潜水蒸发规律和包气带水热运移机理 研究，获得了以下成果和认识： 1.为获取水分特征参数和热参数而研制了测 试仪器，其测试精度高，数据可信；设计了“稳态法测定土壤介质的热传导率” 的实验方法，得到了介质热传导率随含水率的变化关系，打破了以往只能依靠 经验公式的局限性。 2.对表示介质热传导率的传统模型进行了改进，建立了 表示二者关系的新模型 KT()-KTs-KTr，+(1-)exp()式中首次对 模型中的参数赋予了物理含义。 3.对于同种均匀介质而言，潜水稳定蒸发强 度 E 随潜在蒸发量 Eo 呈良好的线性关系。当大气蒸发能力较弱时，包气带中温 度分布对水分运动的影响比强烈蒸发条件下更为显著。 4.当研究剖面温度分 布为上高下低时，潜水蒸发受到抑制；反之，上低下高的温度分布有利于潜水 蒸发。温度梯度越大，对蒸发的抑制或促进作用越强。当顶底界面的温差大于 10时，在包气带水分分析计算中必须考虑温度这一影响因素。 5.耦合模型 和等温模型结果对比表明，以 50cm 为界，当地下水位埋深小于该值时，潜水稳 定蒸发强度随水位埋深的增加缓慢减小并且等温模型与水热耦合模型的计算结 果近乎相等；大于 50cm 时，潜水稳定蒸发强度随水位埋深的增加急剧减小，并 且耦合模型计算的潜水蒸发为零的极限埋深为 60cm，与室内试验结果一致，而 等温模型计算结果为 90cm。因此当水位埋深大于 50cm 时，温度对水分运动的 影响显著，应用耦合模型进行水量计算更为准确。正文内容正文内容水是国家经济和社会可持续发展的战略性资源。对水资源缺少地区而言， 提高水资源评价精度，对水资源合理开发利用起着至关重要的作用。我国西北 内陆的干旱半干旱地区，地表水系极不发育，降雨稀少，蒸发强烈，昼夜温差 大，生态环境极其脆弱，水资源成为制约当地社会经济发展的重要因素。已有 研究表明，该区的水循环以垂向交换为主，蒸发为地下水排泄的主要途径，也 是地下水与大气边界水量交换的主要表现形式。在以往的研究中，学者们从水 文地质角度，深入研究“降水(蒸发)-地表水-包气带水-地下水”的相互转化机 理，取得了丰硕的成果。然而，地温随季节以及昼夜的变化是否对蒸发有影响， 影响程度有多大，在数值模拟过程中应该如何处理等这些问题，均有待深入研 究。因此，进一步探讨潜水蒸发规律和包气带水热运移机理具有十分重要的理 论意义和实际应用价值。 在综合分析已有成果的基础上，本文以包气带水热 运移为主线，以多孔介质流体动力学、土壤水分热力学理论为指导，利用自行 研制的包气带水热运移模拟装置对温差作用下潜水蒸发过程进行物理模拟，同 时结合数值模拟和理论分析等手段，开展潜水蒸发规律和包气带水热运移机理 研究，获得了以下成果和认识： 1.为获取水分特征参数和热参数而研制了测 试仪器，其测试精度高，数据可信；设计了“稳态法测定土壤介质的热传导率” 的实验方法，得到了介质热传导率随含水率的变化关系，打破了以往只能依靠 经验公式的局限性。 2.对表示介质热传导率的传统模型进行了改进，建立了 表示二者关系的新模型 KT()-KTs-KTr，+(1-)exp()式中首次对 模型中的参数赋予了物理含义。 3.对于同种均匀介质而言，潜水稳定蒸发强 度 E 随潜在蒸发量 Eo 呈良好的线性关系。当大气蒸发能力较弱时，包气带中温 度分布对水分运动的影响比强烈蒸发条件下更为显著。 4.当研究剖面温度分 布为上高下低时，潜水蒸发受到抑制；反之，上低下高的温度分布有利于潜水 蒸发。温度梯度越大，对蒸发的抑制或促进作用越强。当顶底界面的温差大于 10时，在包气带水分分析计算中必须考虑温度这一影响因素。 5.耦合模型 和等温模型结果对比表明，以 50cm 为界，当地下水位埋深小于该值时，潜水稳 定蒸发强度随水位埋深的增加缓慢减小并且等温模型与水热耦合模型的计算结 果近乎相等；大于 50cm 时，潜水稳定蒸发强度随水位埋深的增加急剧减小，并 且耦合模型计算的潜水蒸发为零的极限埋深为 60cm，与室内试验结果一致，而 等温模型计算结果为 90cm。因此当水位埋深大于 50cm 时，温度对水分运动的 影响显著，应用耦合模型进行水量计算更为准确。 水是国家经济和社会可持续发展的战略性资源。对水资源缺少地区而言，提高 水资源评价精度，对水资源合理开发利用起着至关重要的作用。我国西北内陆 的干旱半干旱地区，地表水系极不发育，降雨稀少，蒸发强烈，昼夜温差大， 生态环境极其脆弱，水资源成为制约当地社会经济发展的重要因素。已有研究 表明，该区的水循环以垂向交换为主，蒸发为地下水排泄的主要途径，也是地 下水与大气边界水量交换的主要表现形式。在以往的研究中，学者们从水文地 质角度，深入研究“降水(蒸发)-地表水-包气带水-地下水”的相互转化机理， 取得了丰硕的成果。然而，地温随季节以及昼夜的变化是否对蒸发有影响，影 响程度有多大，在数值模拟过程中应该如何处理等这些问题，均有待深入研究。 因此，进一步探讨潜水蒸发规律和包气带水热运移机理具有十分重要的理论意 义和实际应用价值。 在综合分析已有成果的基础上，本文以包气带水热运移为主线，以多孔介质流体动力学、土壤水分热力学理论为指导，利用自行研制 的包气带水热运移模拟装置对温差作用下潜水蒸发过程进行物理模拟，同时结 合数值模拟和理论分析等手段，开展潜水蒸发规律和包气带水热运移机理研究， 获得了以下成果和认识： 1.为获取水分特征参数和热参数而研制了测试仪器， 其测试精度高，数据可信；设计了“稳态法测定土壤介质的热传导率”的实验 方法，得到了介质热传导率随含水率的变化关系，打破了以往只能依靠经验公 式的局限性。 2.对表示介质热传导率的传统模型进行了改进，建立了表示二 者关系的新模型 KT()-KTs-KTr，+(1-)exp()式中首次对模型中 的参数赋予了物理含义。 3.对于同种均匀介质而言，潜水稳定蒸发强度 E 随 潜在蒸发量 Eo 呈良好的线性关系。当大气蒸发能力较弱时，包气带中温度分布 对水分运动的影响比强烈蒸发条件下更为显著。 4.当研究剖面温度分布为上 高下低时，潜水蒸发受到抑制；反之，上低下高的温度分布有利于潜水蒸发。 温度梯度越大，对蒸发的抑制或促进作用越强。当顶底界面的温差大于 10时， 在包气带水分分析计算中必须考虑温度这一影响因素。 5.耦合模型和等温模 型结果对比表明，以 50cm 为界，当地下水位埋深小于该值时，潜水稳定蒸发强 度随水位埋深的增加缓慢减小并且等温模型与水热耦合模型的计算结果近乎相 等；大于 50cm 时，潜水稳定蒸发强度随水位埋深的增加急剧减小，并且耦合模 型计算的潜水蒸发为零的极限埋深为 60cm，与室内试验结果一致，而等温模型 计算结果为 90cm。因此当水位埋深大于 50cm 时，温度对水分运动的影响显著， 应用耦合模型进行水量计算更为准确。 水是国家经济和社会可持续发展的战略性资源。对水资源缺少地区而言，提高 水资源评价精度，对水资源合理开发利用起着至关重要的作用。我国西北内陆 的干旱半干旱地区，地表水系极不发育，降雨稀少，蒸发强烈，昼夜温差大， 生态环境极其脆弱，水资源成为制约当地社会经济发展的重要因素。已有研究 表明，该区的水循环以垂向交换为主，蒸发为地下水排泄的主要途径，也是地 下水与大气边界水量交换的主要表现形式。在以往的研究中，学者们从水文地 质角度，深入研究“降水(蒸发)-地表水-包气带水-地下水”的相互转化机理， 取得了丰硕的成果。然而，地温随季节以及昼夜的变化是否对蒸发有影响，影 响程度有多大，在数值模拟过程中应该如何处理等这些问题，均有待深入研究。 因此，进一步探讨潜水蒸发规律和包气带水热运移机理具有十分重要的理论意 义和实际应用价值。 在综合分析已有成果的基础上，本文以包气带水热运移 为主线，以多孔介质流体动力学、土壤水分热力学理论为指导，利用自行研制 的包气带水热运移模拟装置对温差作用下潜水蒸发过程进行物理模拟，同时结 合数值模拟和理论分析等手段，开展潜水蒸发规律和包气带水热运移机理研究， 获得了以下成果和认识： 1.为获取水分特征参数和热参数而研制了测试仪器， 其测试精度高，数据可信；设计了“稳态法测定土壤介质的热传导率”的实验 方法，得到了介质热传导率随含水率的变化关系，打破了以往只能依靠经验公 式的局限性。 2.对表示介质热传导率的传统模型进行了改进，建立了表示二 者关系的新模型 KT()-KTs-KTr，+(1-)exp()式中首次对模型中 的参数赋予了物理含义。 3.对于同种均匀介质而言，潜水稳定蒸发强度 E 随 潜在蒸发量 Eo 呈良好的线性关系。当大气蒸发能力较弱时，包气带中温度分布 对水分运动的影响比强烈蒸发条件下更为显著。 4.当研究剖面温度分布为上 高下低时，潜水蒸发受到抑制；反之，上低下高的温度分布有利于潜水蒸发。 温度梯度越大，对蒸发的抑制或促进作用越强。当顶底界面的温差大于 10时，在包气带水分分析计算中必须考虑温度这一影响因素。 5.耦合模型和等温模 型结果对比表明，以 50cm 为界，当地下水位埋深小于该值时，潜水稳定蒸发强 度随水位埋深的增加缓慢减小并且等温模型与水热耦合模型的计算结果近乎相 等；大于 50cm 时，潜水稳定蒸发强度随水位埋深的增加急剧减小，并且耦合模 型计算的潜水蒸发为零的极限埋深为 60cm，与室内试验结果一致，而等温模型 计算结果为 90cm。因此当水位埋深大于 50cm 时，温度对水分运动的影响显著， 应用耦合模型进行水量计算更为准确。 水是国家经济和社会可持续发展的战略性资源。对水资源缺少地区而言，提高 水资源评价精度，对水资源合理开发利用起着至关重要的作用。我国西北内陆 的干旱半干旱地区，地表水系极不发育，降雨稀少，蒸发强烈，昼夜温差大， 生态环境极其脆弱，水资源成为制约当地社会经济发展的重要因素。已有研究 表明，该区的水循环以垂向交换为主，蒸发为地下水排泄的主要途径，也是地 下水与大气边界水量交换的主要表现形式。在以往的研究中，学者们从水文地 质角度，深入研究“降水(蒸发)-地表水-包气带水-地下水”的相互转化机理， 取得了丰硕的成果。然而，地温随季节以及昼夜的变化是否对蒸发有影响，影 响程度有多大，在数值模拟过程中应该如何处理等这些问题，均有待深入研究。 因