海岛淡水透镜体形成和演化规律的数值模拟研究

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1、河海大学硕士学位论文海岛淡水透镜体形成和演化规律的数值模拟研究姓名：曹英杰申请学位级别：硕士专业：水文学及水资源指导教师：束龙仓20080325摘要本文以珊瑚岛淡水透镜体为研究对象，对变密度地下水运动的相关理论进行了简单的回顾和总结，并对比了溶质运移中不同数值求解方法的稳定性和准确性，这些方法包括：有限差分法(FDM)、总变差减小法(TVD)，特征线法(MOC)、混合特征线法(HMOC)、改进特征线法(MMOC)，为数值模型中方法的选用提供了依据；利用程序对室内物理模型进行数值模拟，为室内物理模型

2、的模拟结果提供了支持，同时验证了数学模型的可靠性和准确性：利用该模型，对淡水透镜体的影响因素进行了数值模拟分析。在求解溶质运移问题的数值方法中，HMOC方法可以有效地避免数值弥散和数值振荡现象，同时具有较好的稳定性，确定为本次数值模拟中求解溶质运移问题的主要方法；淡水透镜体影响因素众多，主要选取岛屿的大小、含水层的水文地质参数、地下水的补给与排泄、潮汐和人工开采进行数值模拟分析，分析结果表明：岛屿的大小直接决定了淡水透镜体的几何形状和贮存空间的大小；含水层的水文地质参数决定了淡水透镜体在空间上的分

3、布状况及过渡带的大小；降雨是淡水透镜体的重要补给源，甚至是唯一的补给源，降雨量的大小直接决定了淡水透镜体厚度的大小，而降雨的空间分布也同样决定淡水透镜体的空间分布；蒸发是面状消耗项，蒸发过程中不会形成倒锥，但可能会使淡水透镜体整体萎缩；潮汐加剧了四周的海水入侵程度；人工开采直接消耗透镜体中的淡水，随着抽水的继续，出现地下水水位降落漏斗，在海水的顶托作用下，咸水从抽水井下部向上入侵，形成倒锥，倒锥的发展速度与抽水量大小密切相关。关键词：淡水透镜体；变密度地下水运动；数值模拟；影响因素Abstract

4、Themainresearchobjectofthispaperisfreshwaterlens011islands．Firstthetheoryofvariabledensitygroundwatermovementproblemisreviewedandsummarized，andthenthenumericalmethodsingroundwatersolutetransportproblems，suchasFDM，TVDarithmetic,MOC，HMOCandMMOC，arecontr

5、astedbydifferentscenariostobenchmarktheirstabilityandaccuracy．Itprovidesthefoundationofthechoicebctwcgndifferentmethodsinthenumericalmodeling．ThenthephySicalmodeloffreshwaterlensissimulatedbythenumericalmodel．Bythenumericalmodel，thefactorswhichaffectf

6、reshwaterlensaa'eanalyzed．Thepfill埘吖conclusionofthispapefismmunarizedasfellows：amongthemethodscalculatingsolutetransportproblems，HMOCisagoodarithmeticfleeofnumericaldispersionandoscillation．Alsoitsstabilityisproved．Sowechooseitastheprimarymethodinnume

7、ricalsimulatiom．Thereisonlyasmalldifferencebet、v嘲thevalues．soitisconcludedthattheaquifercanbeconceptualizedashomogeneousmediums．Therefll'eseveralfactorsthataffecttheshapeandthicknessoffreshwaterlens,includingthe&teaoftheisland,thehydrogeologycondition

8、oftheaquifer,therechargeanddischargeofthegroundwater，tidaleffectsandpumpingeffects．Theshapeandareaoftheislanddominatesthespatialdistributionofthefreshwaterlens．Hydrogeologycondition,especiallythedispersioncoefficients，affectsthebreadthofthetra