[發明專利]多重介質地下水運移模擬運移模擬方法及系統

在審

• 申請號: 201810413089.2
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108804761A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 劉寧;單治鋼;張春生;彭鵬
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發明提供了一種多重介質地下水運移模擬系統和模擬方法，用自上而下排列并依次連通的多個水箱模擬地下水系統；各水箱中充滿模擬裂隙介質；各水箱布置穿過水箱的剛性管道，作為模擬管道介質，并將各水箱的模擬管道介質依次連通，所述剛性管道上分布小孔，通過小孔和水箱內模擬裂隙介質相通。本發明能夠同時模擬巖溶管道和巖石裂隙兩種介質，充分體現了巖溶多重介質內部結構的差異性，也可以實現單一介質模擬，克服了傳統物理模擬只能實現單一介質模擬的局限性。

技術領域

本發明涉及巖溶發育地區地下工程建設過程中遇到的地下水運移規律研究領域，可以為巖溶區水資源評價、地下工程建設提供科學依據，尤其為一種多重介質地下水運移模擬方法及系統。

背景技術

中國作為世界上巖溶最發育的國家之一，巖溶區總面積約3.44×10⁶km²，約占國土面積的1/3，主要集中在南方的云南省、貴州省和廣西壯族自治區等。巖溶水運移的特征、規律有別于孔隙水，主要在于兩者含水介質的空隙特征具有明顯的差異。后者的空隙類型單一，其水動力特征相對均一；前者的空隙則是由各類空隙組成的復合體，它們對巖溶水的動態有著不同的貢獻，依其作用可分為2種基本類型：（1）孔隙和微裂隙；（2）巖溶管道和寬裂隙。二者在地下水的賦存和運移中起不同的作用，有著不同的水流特征，含水介質具有強烈的各向異性和非均質性，水流運動規律也異常復雜。

當前巖溶地下水運移規律研究主要采用兩種方法：數值模擬和物理模型。數值模擬多采用等效孔隙介質模型和裂隙－管道雙重介質模型，相比于等效多孔介質模型和雙重介質模型能夠更好地反映地下水流特征，提高了模擬精度，在國內外的地下水流模擬中較先進，但是現有的建模方法在精確性和適用性上還有待提高，多選擇一個和數個典型地下水系統進行建模分析，模型搭建具有針對性，且多選擇地下水賦存介質相對簡單的單一管道模型或管道弱發育模型進行模擬，巖溶區地下水系統復雜多變，尤其是巖溶發育程度較高的西南巖溶區，地下水系統中三種介質并存，水流條件多變，現有的模型難以推廣應用，需要根據建模中存在的問題做出進一步的改進。

物理模型在一定程度上可以按照野外實際的水文地質條件任意改變。近年來，隨著模具制造水平的提高，眾多研究者開始強調物理模型的重要性，因此通過試驗手段研究管道、裂隙等多重介質對地下水水流系統的影響和控制作用成為熱點。目前的物理模型模擬試驗主要集中在單個平行板裂隙、單管道、多組平行裂隙或交叉裂隙上。由于裂隙－管道介質本身的復雜性，對裂隙網絡，尤其是裂隙－管道物理模型的研究較少。

發明內容

受巖溶發育的影響，巖溶地區地下含水介質空隙分布高度不均，管道、裂隙并存，二者在地下水的賦存和運移中起不同的作用，有著不同的水流特征，含水介質具有強烈的各向異性和非均質性，水流運動規律也異常復雜，裂隙－管道是其主要的儲水空間和導水通道。

但是裂隙－管道介質具有高度非均質性和各向異性，水動力過程極其復雜，并且野外試驗測量方法和觀測數據有限，水文地質參數難以獲取，數值模擬和物理模型方法也存在一定的局限性，阻礙了深入研究裂隙介質地下水流運動規律。

針對巖溶區復雜的地下水流特征，本發明的第一個目的是提出一種多重介質地下水運移模擬方法，能夠同時模擬裂隙和管道，充分體現巖溶多重介質內部結構的差異性。為此，本發明采用以下技術方案：

一種多重介質地下水運移模擬方法，其特征在于：

用自上而下排列并依次連通的多個水箱模擬地下水系統；各水箱中充滿模擬裂隙介質；各水箱布置穿過水箱的剛性管道，作為模擬管道介質，并將各水箱的模擬管道介質依次連通，所述剛性管道上分布小孔，通過小孔和水箱內模擬裂隙介質相通；各水箱設置水位計；最上游水箱的進水口和最下游水箱的出水口設置流量計，相鄰水箱之間設置流量計，用于測量各水箱間裂隙水流的交換量；最上游水箱的剛性管道的進水口和最下游水箱的剛性管道的出水口設置流量計，相鄰水箱的剛性管道之間設置流量計，用以測量管道流量；