吉林大学学报(地球科学版)

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

由温度时序资料反演地下水流速的两种解析解及其比较

吴志伟1, 2,宋汉周1   

  1. 1.河海大学地球科学与工程学院,南京210098;
    2.东北电力设计院,长春130033
  • 收稿日期:2013-08-03 出版日期:2014-03-26 发布日期:2014-03-26
  • 作者简介:吴志伟(1985-),男,博士研究生,主要从事地下水、应用地球物理探测研究,E-mail:wzw85@126.com
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(41272265);江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CX09B_167Z)

Analysis and Contrast of Two Analytic Solutions of Inversing Groundwater Velocity by Temperature Time-Series Records

Wu Zhiwei1, 2,Song Hanzhou1   

  1. 1.College of Earth Science and Engineering, Hohai University, Nanjing210098, China;
    2.Northeast Electric Power Design Institute, Changchun130033, China
  • Received:2013-08-03 Online:2014-03-26 Published:2014-03-26

摘要:

应用河床温度时序资料对地表水与地下水交换过程进行评价。首先假设半无限空间上部温度边界按正弦波动,由1D地下水渗流传热模型,得到采用温度衰减规律计算地下水流速的解析模型;典型的解析模型求解有Hatch解析解和Keery解析解, Hatch解考虑了热弥散效应所引入的误差,因此其计算精度优于Keery解。然后基于典型渗透性介质,通过算例讨论了解析模型的适用性和局限性。研究结果表明:只有研究区能简化为均质多孔介质、地下水的1D垂向运动占主导地位时,才能采用解析法确定地下水流速;采用常规的测点距离(1.0 m左右),振幅比法能有效评价流速在(-1.0~8.0)×10-5 m/s的地下水活动,而相位滞后法能有效评价流速在(0.0~1.6)×10-4 m/s的地下水活动;采用温度时序资料解析模型计算地下水流速时,2个测点间必须存在振幅衰减或相位滞后,因此需要预估研究区地下水流速以便设置合理的测点间距。实例研究表明,该解析方法能够有效地评价地表水与地下水交换的时域特征。

关键词: 地表水与地下水交换, 渗流速度, 温度, 时序资料, 解析模型

Abstract:

Temperature time-series records were used to determine groundwater-surface water (GW-SW) exchange. If it is assumed that the temperature on the top boundary is oscillated in a sinusoidal pattern, the analytic model to calculate the seepage velocity by temperature damping can be obtained. Two typical analytic solutions are Hatch solution and Keery solution. The study shows that the Hatch solution is more accurate due to taking thermal diffusion into account. So it’s recommended that Hatch solution should be adopted to calculate seepage velocity. A typical permeable medium is taken as a case, and limitations and applicability of the model were discussed. It is shown that only when the study area can be simplified as a homogeneous medium and vertical seepage is dominant, the analytic model can be used. For the common interval of test points (around 1.0 m), it’s more effective to compute seepage velocity from -1.0×10-5 m/s to 8.0×10-5 m/s by using amplitude damping method and from 0.0 m/s to 1.6×10-4 m/s by using phase lagging method, respectively. For the analytic model, the two test points must have amplitude damping and phase lagging. So the seepage velocity in the domain should be estimated firstly, and the reasonable interval of test points be designed then. It is shown from a case study that this method is available for evaluating the temporal variation of GW-SW exchange.

Key words: groundwater-surface water exchange, seepage velocity, temperature, time-series record, analytic model

中图分类号: 

  • P641
[1] 王福刚, 郭坤逸, 彭朝辉, 杨义, 李茚藤, 贾俊. 温度条件影响下不同类型黏性土低速渗流特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2028-2037.
[2] 周琨超, 王志远, 翟金榜, 张泽, 孟祥熙, 袁名扬.

振动荷载作用下近相变区冰-水相变迁移规律 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(2): 550-562.

[3] 王常明, 徐巧宣, 吴迪, 王卿宇 , 黄宇, 郭兰昌. 温度和湿度对文物砂岩修复材料强度的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(3): 933-942.
[4] 韩长玉, 赵浩汀.

路基填筑短期内热棒高导热性影响 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(2): 570-580.

[5] 王福刚 杨国华, 程辉, 管小桐, 袁益龙. 热变形对饱和黏性土渗透系数的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(6): 1835-1844.
[6] 张 军, 张 泽, 郭 磊, 谢春磊, 金豆豆, 翟金榜. 不同施工季节对多年冻土区锥柱式基础地温回冻影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(2): 502-.
[7] 闫佰忠, 徐文杰, 李玉涵, 孙剑, 毕攀, 李瑶, 张旭. 地下水源热泵抽灌井优化布置及参数灵敏度[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(1): 218-229.
[8] 董娟, 李成禄. 大兴安岭永新金矿床黄铁矿热电性特征及其指示意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(1): 95-106.
[9] 单玄龙, 蔡壮, 郝国丽, 邹欣彤, 赵容生. 地球化学温标估算长白山地热系统热储温度[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 662-672.
[10] 董林垚, 任洪玉, 雷俊山, 刘纪根. 地表暖化影响下温度示踪地下水流速方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 773-783.
[11] 樊冬艳, 孙海, 姚军, 李华锋, 严侠, 张凯, 张林. 增强型地热系统不同注采井网参数分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 797-806.
[12] 何俊, 王小琦, 颜兴, 万娟, 朱志政. 溶液和温度作用下膨润土防水毯的渗透性能[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 807-816.
[13] 李长雨, 马桂霞, 郝光, 徐亮. 季节冻土地区路基冷阻层温度场效应[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(4): 1174-1181.
[14] 张波, 曹洪恺, 孙建孟, 张鹏云, 闫伟超. 稠油热采地层阵列感应测井响应特性数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(4): 1277-1286.
[15] 袁利娟, 杨峰田. 北京迭断陷内蓟县系热储层温度分布特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(1): 179-188.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 尤敏鑫,刘建民. 同位素地球化学在峨眉山大火成岩省研究中的应用现状与进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(4): 1231 -1243 .
[2] 杨春梅, 李洪奇,陆大卫,张方礼,高 原,邵英超. 不同驱替方式下岩石电阻率与饱和度的关系[J]. J4, 2005, 35(05): 667 -671 .
[3] 祝洪臣,张炯飞,权 恒. 大兴安岭中生代两期成岩成矿作用的元素、同位素特征及其形成环境[J]. J4, 2005, 35(04): 436 -0442 .
[4] 朱建伟, 赵刚, 刘博, 郭巍, 成俊. 油页岩测井识别技术及应用[J]. J4, 2012, 42(2): 289 -295 .
[5] 陈力,梁海安,张文娟,荣帆. 模糊数学方法在城市工程地质环境区划中的应用--以抚顺市城区为例[J]. J4, 2008, 38(5): 837 -0840 .
[6] 高桂梅,苏 克,王文颖,甘树才,刘招君. 吉林省桦甸油页岩中稀土元素和微量元素的研究[J]. J4, 2006, 36(6): 974 -0979 .
[7] 吴孔运,蒋忠诚,叶 晔. 不同植物群落对灰岩试块溶蚀速率的影响[J]. J4, 2007, 37(5): 967 -0971 .
[8] 周彦章,迟宝明,刘中培. 山东夏甸金矿床充水机理构造控制模式[J]. J4, 2008, 38(2): 255 -0260 .
[9] 张渊,刘连登,孙景贵,陈国华,张洪喜,闫复传,杨开春. 胶东西北部黄埠岭金矿床两期次叠加成矿[J]. J4, 2008, 38(1): 21 -0026 .
[10] 鲁程鹏, 束龙仓, 苑利波, 张蓉蓉, 黄币娟, 王彬彬. 基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数[J]. J4, 2009, 39(4): 717 -721 .