地下水流与地表水耦合模拟研究

第

25卷第

5期

2009年

9月水资源保护

WATERRESOURCESPROTECTIONVol.25No.5

Sep.2009

基金项目

:国家自然科学基金项目(

40701176,40871026)

;中国科学院知识创新工程重要方向项目群(

KZCX2Ο

YWΟ

Q10Ο

3)

;江苏省自然科学基

金(

BK2009334)

;“十一五”国家科技支撑计划(

2007BABZ3C02)

作者简介

:徐力刚(

1976—)

,男

,四川仁寿人

,副研究员

,主要从事陆地水文学研究。

E2

mail:lgxu@

通讯作者

:张奇(

1966—)

,研究员

,主要从事湖泊集水域物质输移模拟研究。

E2

mail:qzhang@地表水地下水的交互与耦合模拟研究现状与进展

徐力刚

,张　奇

,左海军

(中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室

,江苏南京　

210008)

摘要

:在介绍“四水”转化概念模型的基础上

,引出了地表水与地下水之间的联系及相互作用过程

,归纳地表

水和地下水交互作用研究的基本规律和方法

;系统介绍和对比国内外典型地表水与地下水耦合模型的总体

结构、特点、适用领域及模型的局限性。对地表水地下水交互作用过程及耦合模拟研究中存在的问题提出看

法

,认为集成模型应该解决时空尺度整合、参数的不确定性等关键问题

,指出综合水循环和水质各组成部分

的复杂系统模拟是模型发展的必然趋势

,对今后研究工作的发展趋势和研究前景作了探讨。

关键词

:地表水

;地下水

;耦合模拟

;交互作用

中图分类号

:X32 文献标识码

:A 文章编号

:1004Ο

6933(

2009)

05Ο

0082Ο

04

Statusandprogressofresearchoninteractionandcoupledmodelingofsurface

waterandgroundwater

XULi2

gang1,2

,ZHANGQi1

,ZUOHai2

jun1

(1

.StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,Chinese

第３７卷第３期　

２０１６年６月　水道港　口　

Ｊｏｕ　ｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒｗａｙ　ａｎｄ　Ｈａｒｂｏｒ　Ｖ０ｌ－３７　Ｎｏ．３　

Ｊｕｎ．２０１６　

基于ＣＦＤ－｜ＤＥＭ耦合方法的近床面水流泥沙运动模拟研究　

苏东升，张庆河，孙建军，李明星　

（天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津３０００７２）　

摘要：基于ＣＦＤ—ＤＥＭ方法，采用流体计算软件ＯｐｅｎＦＯＡＭ、颗粒运动模拟软件ＬＩＧＧＧＨＴＳ及ＣＦＤＥＭ　耦合库，建立流体一颗粒运动耦合模型，并利用模型研究不同水动力条件下近床面流体与颗粒的运动规　律。模拟结果表明，模型能较好模拟近床面水流紊动特性及雷诺应力分布，也能较准确刻画出颗粒未起　动、推移质输沙及推移质和悬移质共同输沙的三种状态，计算得到的推移质单宽输沙率与实验结果及经　

验公式吻合较好。　

关键词：ＣＦＤ—ＤＥＭ耦合模型；近床面水流；紊流强度；推移质输沙　中图分类号：ＴＶ　１４２；０　２４２．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５—８４４３（２０１６）０３—０２２４—０７　

水流作用下的近床面泥沙运动是河流动力学研究的重要课题，一直受到国内外学者的重视，目前已有　

大量理论、实验及数值模拟的文献发表Ｈ　。近年来，计算流体力学（ＣＦＤ）的广泛应用及离散单元法（ＤＥＭ）　

的日臻完善，使得水流泥沙运动研究从宏观研究进入细观尺度的数值模拟研究ｂ　。ＣＦＤ与ＤＥＭ的耦合数　

值模型可以描述泥沙颗粒在水体中的运动过程，从细观尺度刻画大量泥沙颗粒在近床面运动的细节，并可　

以在此基础上进一步总结近床面水流泥沙宏观运动规律　］。与直接数值模拟（ＤＮＳ）豳　、浸润边界法（ＩＢＭ）　

及格子玻尔兹曼（ＬＢＭ）ｎ。“等可以描述颗粒运动受力的方法相比，ＣＦＤ—ＤＥＭ耦合模型对于颗粒本身并不作　

解析，减少了对计算资源的需求，因而可以应用于描述局部冲刷等颗粒数目上百万的实际问题，具有较为广　

泛的应用前景。为此，本文将基于计算流体力学开源软件ＯｐｅｎＦＯＡＭ￣和离散颗粒开源软件ＬＩＧＧＧＨＴＳ￣以　

第３３卷第２期　２０１３年６月　华　南　地　震　

ＳＯＵＴＨ　ＣＨＩＮＡ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ｉＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３３．Ｎｏ＿２　Ｊｕｎ．，２０１３　

地下岩体应力场一渗流场一热场三场耦合作用　

的数值模拟研究初探　

丁留伟　，邓志辉２，３，４，陈梅花　，．杨竹转　，陶京玲　

（１．中国地震局地质研究所，北京１０００２９；２．广东省地震局，广东广州５１００７０；３．中国地震局地震监测　与减灾技术重点实验室，广东广州５１００７０；４．广东省地震预警与重大工程安全诊断重点实验室（筹），　广东广州５１００７０；５．浙江师范大学．浙江金华３２１００４）　

摘要：在地下岩体变形、地震的孕育与发生过程中，多种物理场、化学场是同时存在并相互　影响的，其中应力场、渗流场和热场是其最重要的物理场。文中综述了近４ｏ年来地下岩体应　力场一渗流场一热场三场耦合作用的研究现状，基于渗流场与热场、应力场与热场、以及三场　耦合作用的研究．从场与场之间相互影响关系人手．综合分析了从以变量为媒介到以场为媒　介，从松散耦合到强耦合，从观测统计模型到数值模拟的发展历程，并阐述了地下岩体三场　

耦合存在的问题和发展趋势　关键词：应力场一渗流场一热场耦合：数值模拟：研究进展　中图分类号：Ｐ３１５．１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—８６６２（２０１３）Ｏ２—０ｏ１４—１３　

０引言　

地质过程的多物理场耦合，特别是应力场（Ｍ）、渗流场（Ｈ）和热场（Ｔ）的三场耦合（下文　

简写为ＭＨＴ）问题不仅是当前岩石力学、流体（渗流）力学、传热学研究的热点课题，更与　

诸多工程和实际问题息息相关。如石油、天然气、地热等资源能源的开采，核废料安全储　

存，地下储气库工程，城市垃圾填埋，地下污染物的迁移，非等温煤层瓦斯渗流等方面，　

都存在着两场或多场耦合问题　

地下岩体ＭＨＴ耦合作用是指在地质体（或多孔介质）的演化发展过程中，应力场、渗流　

场和热场三者之间相互作用、相互影响。具体表现为岩石的变形与热效应将导致流体孔隙　

２０１０年第６期　

（第３８卷）　黑龙江水利科技　

Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｎｏ．６．２０ｌ０　

（Ｔｏｄａｌ　Ｎｏ．３８）　

文章编号：１００７—７５９６（２０１０）０６—０１２７—０２　

内蒙古干旱地区地下水流模拟及管理模型研究　

马飞华　，万　琦　，杨　艳　

（１．内蒙古通辽市水利勘察设计院，内蒙古通辽０２８０００；２．鄂尔多斯市水利勘测设计院，内蒙古鄂尔多斯０１７０００）　

●　摘要：本次研究以地下水流模拟模型为背景，以展旦召水源地及树林召镇为重点研究区，在综合分析树林召镇发展规划的基础　上，考虑水源地地下水资源系统的开发利用与社会、经济和环境协调发展，使有限的地下水资源发挥最大效益，建立了以开　采量、井出水能力、地下水位、需水量等约束条件的、以经济效益最大为目标函数的地下水资源系统管理模型，通过运用　ＬＩＮＧＯ软件进行求解，确定了研究区地下水的最大可开采资源量，提出了最优开采方案，并将优化结果代入到已建立的数　值模型中，预测了最大可开采资源条件下的地下水动态变化趋势。　关键词：展旦召；树林召镇；水源地；地下水流模拟；地下水管理；模型　

中图分类号：Ｐ６４１．８　文献标识码：Ａ　

１　技术路线　

１）确定区内含水层系统的组成，阐明地下水的补给、径　

流、排泄规律和地下水动态特征，建立研究区的水文地质概　

念模型，概化研究区垂向边界和侧向边界。　２）选用ＧＭＳ软件建立地下水流数值模拟模型。　

３）考虑地下水位、需水量等约束条件，建立以最大经济　

效益为目标函数的地下水管理模型，运用ＬＩＮＧＯ软件进行求　

解，确定管理区地下水水源地最大可开采资源量。　

４）给出最优管理决策，总结模型成果并提出意见和建　

议。　

２含水层（组）结构的概化　

２．１含水层的类型　

研究区地下水系统包含潜水含水层（组）和承压含水层　

（组），本次模拟将各含水层概化为非均质各向同性含水层。