基于特征因子的排水管网地下水入渗分析方法

采用基于水质特征因子的雨污水管网化学质量平衡方程,建立了污水管网和混接污水管网的地下水入渗量定量分析方法,并据此建立了管道破损程度的评价方法.针对上海市中心城区的3个排水系统,采用总氮和硬度分别作为表征生活污水和地下水的水质特征指标,并采用不确定性分析理论,对该区域雨污水管网系统的地下水入渗量进行了解析.计算结果表明,管道破损不严重,地下水入渗量符合设计要求,管网破损程度评估结果符合预期管道状态;表明提出的基于水质特征因子的地下水入渗量的分析计算方法可行,可用于管网破损和维护判断.与德国和美国标准相比,我国排水管道地下水入渗基准值较高,表明我国管道施工和养护技术有待进一步提高.     

基于地下水入渗反演解析的污水管网破损数值化定位

地下水位高于管道埋深的地区,污水管道破损会导致大量地下水入渗,严重影响城市污水治理效能。高密度城市交通繁忙、高楼林立,难以开挖查找破损管道;物理探测方法操作复杂,价格不菲,难以推广。污水管网破损摸排成为制约城市污水治理的瓶颈问题。为此,利用粒子群算法,建立了高地下水位地区污水管道破损寻优定位模型,通过管网水力学模型和关键检查井水位监测信息,开发了城市污水管网破损的数值化定位技术。该技术方法在某城市污水管网进行了实例验证,结果表明基于检查井水位对地下水入渗流量进行解析,可确定破损点位,相对误差小于5%。在此基础上,进一步探究了监测点数量对破损点寻优定位精度的影响,结果表明只需监测60%的节点,寻优定位的查准率和查全率分别可达到75%和94%。     

采空区埋地管道沉降变形分析

利用弹性力学理论,以埋地管道为研究对象,建立能够反映采空区具有多个差异沉降面的管道力学分析模型和管道变形曲线微分方程,进而导出管道挠度解析表达式。利用该解析表达式对管道变形进行了研究并与测量结果进行了比较,利用本文导出管道变形解析表达式得到的计算结果与测量值的误差非常小。在此基础上,对管道转角和曲率进行了研究,并利用研究结果校核管道当前的安全状态。研究表明:1本文所建立的力学模型和导出的变形解析表达式适用于研究具有多个差异沉降面的管道变形及受力分析。2通过对管道安全状态的评估,判定目前管道仍处于安全范围内。     

絮凝沉淀-人工湿地-地下水回灌系统水质处理试验研究

为探讨德阳市絮凝沉淀-人工湿地-地下水回灌系统运行各阶段的水质处理效果与开采供水的可行性,开展了水质分析、絮凝沉淀试验、人工湿地水处理试验、入渗试验、抽水试验、数值模拟等多项前期试验与分析。试验结果显示,绵远河水的浊度、氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、总大肠杆菌、细菌总数指标是系统重点处理的水质指标,研究场地内地下水质量总体良好;絮凝剂聚合氯化铝(PAC)的最佳投加量为5. 3 mg/L[以三氧化二铝(Al2O3)计],沉淀时间不小于1. 5 h;单个入渗池运行时理论入渗量可达13 574. 4 m3/d;三口开采井的开采量可达3 960 m3/d;数值模拟结果显示入渗水从入渗补给池到开采井含水层有充足的时间杀灭病菌和病毒,开采井地下水的主要补给来源是入渗池的垂向入渗补给量。综合研究表明,系统运行水质主要控制指标理论上均可达到设计回灌水质要求,供水量可满足设计要求,对地下水环境造成影响较小,系统运行在技术上是可行的,但需要持续开采地下水;试验结果为校正地下水数值模型、系统的改进、系统全面运行提供了重要的参考。     

强降雨和初始地下水对浅层边坡稳定的综合影响

下部为基岩的浅层残积土边坡多含有地下水,通过对传统Green-Ampt入渗模型的延伸,研究含有地下水的残积土边坡强降雨入渗过程;在强降雨入渗条件下,湿润区和地下水范围内基质吸力消失,湿润峰处和基岩面处为2个潜在的危险滑动面,分别对边坡在其上稳定性进行分析,并将二者统一起来,建立考虑强降雨和初始地下水共同作用下边坡的稳定分析模型。研究结果表明:下部含有初始地下水的浅层边坡在强降雨入渗期间,由于上部土体自重的增加,边坡最危险滑裂面在湿润峰和基岩面之间可能发生转移,边坡有可能在基岩处提前于湿润峰处破坏;同时,黏聚力越小,地下水位越浅,降雨入渗期间边坡在地下水下部基岩处破坏的可能性就越大,且土体黏聚力的影响最为显著。     

埋地灰口铸铁管失效预测模型及影响参数分析

针对研究解决早期埋设的灰口铸铁管存在的破损频繁、漏失严重等影响输配水安全问题,运用管土相互作用受力模型得到管道应力,结合灰口铸铁管的腐蚀模型、剩余强度评价方法和失效准则,得到管道失效预测模型,最终利用蒙特卡罗方法计算管道可靠度,并进行影响参数分析.计算结果表明:大直径管道失效主要由环向应力控制,而小直径管道失效多为纵向应力控制;由于渗漏或不均匀沉降引起的管道基础局部流失在腐蚀深度超过一定深度时对失效概率的影响较大;腐蚀模型参数、未支撑长度、剩余强度参数对安全因子分布具有重要影响.腐蚀是影响灰口铸铁管失效的重要因素,意在减缓腐蚀速度的管道防腐技术可以有效减少管道的失效频率,延长管道使用寿命.     

基于数值模拟的北京密怀顺地区地下水资源调蓄研究

通过收集北京密怀顺地区多水源(南水北调水源和再生水源)与当地地下水的水位、水质监测资料,建立了多水源入渗条件下地下水水流和溶质运移模型,探讨多水源补给对地下水环境的影响,并通过构建多水源入渗条件下多情景地下水调蓄模型,筛选最优方案.结果表明:2007—2016年约有4.5×108 m3再生水及南水北调水经未防渗河道自然入渗地下,使得入渗补给区地下水水位显著上升,其中南水北调受水区地下水位最高抬升为13.99m.再生水入渗使受水区地下水Cl-质量浓度升高,各再生水Cl-污染晕向中心漏斗区迁移,南水北调水源使地下水中Cl-质量浓度降低,在地下水入渗补给过程中主要起稀释作用.在情景分析中,筛选出方案Ⅳ最优,既能够增加地下水资源量,又能有效阻滞再生水入渗区的地下水Cl-高质量浓度污染晕向下游迁移.     

岩溶管流水力学模型的典型研究——以后寨地下河为例

岩溶区，地下管道中的水流不符合渗透定律，当岩溶管道被地下水充满形成承压管流系统，在性质上类似有压管路水流，因而应当采用水力学的原理对岩溶水运动进行描述。本文推出了有裂隙水均匀入渗时地下河管道沿程水头损失计算公式，并提出了岩溶管道等效直径的计算方法。用水力学模型对管道系统计算等效直径及预测管道水头损失值，与实测值基本一致，这些结果是可以接受的。研究成果表明，应用水力学原理解决岩溶管流区地下水运动问题具有良好的前景。     

土壤地下点源入渗的基本特性研究

基于大量的大田土壤点源入渗试验，提出了地下点源入渗系统的新理念——管道-土壤系统，分析了地下点源入渗中累积入渗量与入渗率随时间的变化过程及入渗界面问题，建立了地下点源土壤入渗模型，并利用数理统计理论证明了该模型的有效性。研究成果对研究土壤水分运动理论和指导农业地下灌溉实践都具有重要的意义。     

农田地表径流溶解态污染物迁移解析模拟

为研究灌溉农田中地表径流引起的溶解态污染物溶质流失的规律,考虑到田间实际操作情况以及与入渗率有关的非完全混合系数的时效性,遵循质量守恒和水量平衡原理,建立了简单的二层解析模型并得到解析结果.根据前人的试验结果,利用所提出的模型,分析了地表径流水中的溶解态污染物溶质质量浓度.结果表明:模型设计合理、简单实用,且弥补了扩散理论模型的不足,适用于土壤入渗率较高的情况;最后,针对性地提出了具体措施来减少农田溶解态污染物肥料的溶质流失,为农业面源污染和提高农田肥料的利用提供有意义的参考.     

一个考虑浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型

基于经典Green-Ampt入渗模型,建立了考虑任意降雨强度下浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型.针对4种不同渗透性质的土样,将此模型的解析解与数值模拟结果进行对比分析,结果表明:所建的降雨入渗物理模型及其数值解的最大积水时差仅为0.274 h,最大相对累积入渗量误差仅为3.204%,验证了该修正模型的合理性.同时以砂质壤土为例,利用该模型分析不同地下水位埋深对降雨入渗的影响.分析表明:雨水入渗速率、累积入渗量以及积水时间受地下水位埋深的影响较小,而湿润锋深度随着降雨历时的增加受其影响逐渐明显.     

次降雨入渗补给系数的模型研究

讨论了次降雨入渗补给系数的定义及其在地下水资源计算评价中的作用;依据统计理论,评价了次降雨入渗补给系数的一般统计特征;在此了,进行该系数的确定性模型研究及其相应的检验,说明了次降雨入渗补给系数的实际分布和伽马模型及布尔模型上人有很好的一致性。     

神东矿区降雨入渗补给强度研究

神东矿区煤炭资源开发与水资源短缺矛盾的日趋严重,实现地下水资源可持续开发利用,为能源基地建设与开发提供水资源保障迫在眉睫。而实现此目标的前提是准确的计算和评价现有的水资源。研究表明,区域地下水循环方式主要以垂向交换为主,作为地下水资源评价中补给量的主要构成部分,对该研究区降雨入渗量的研究具有十分重要的意义,以前评价地下水资源量时对降雨入渗量的给出大多采用经验估算的方法,此方法存在较大误差。在广泛调查神东矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟工具建立研究区包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟神东矿区内不同地段降雨入渗强度,得出入渗补给系数,为评价区域地下水资源量提供科学依据,拟合出的研究区各岩性水文地质参数也可用于类似区域的水文地质计算。     

基于15N的地下水中硝酸盐污染源解析：以陡河流域为例

地下水中硝酸盐污染源解析是区域地下水污染调查评价的重要内容,也是地下水资源管理的重要依据。以陡河流域为例,采用野外采样测试和室内分析的研究方法,结合地下水中15N同位素技术识别地下水中NO3污染的来源及其贡献比。研究结果表明:地表水中N来源于沿岸化粪系统排泄物,地下水中N来源于动物粪便和化肥的混合;远离河岸带农灌区地下水中硝酸盐主要来源为化肥,贡献比例从50%~72%不等,远离河岸带居民区地下水中硝酸盐主要来源为粪便,贡献比例从42%~80%;河岸带地下水中硝酸盐主要来源于河水入渗,但普遍存在反硝化现象。     

疏勒河干流地表水与地下水水化学特征及相互转化关系

文章在分析疏勒河干流地表水与地下水水化学特征的基础上,识别了疏勒河干流不同地带地表水与地下水的补排关系。分析结果认为:(1)祁连山区,地下水与地表水的转化以地下水向河流排泄为主;(2)南盆地,在山前洪积扇出山河水入渗转化为地下水;溢出带地下水以泉的形式转化为地表水;在农灌区引河水通过田间入渗补给地下水;(3)北盆地双塔灌区,地下水主要接受引水灌溉入渗补给,沿途蒸发排泄并向地势低洼地带排泄。     

含腐蚀缺陷管道拉伸应变能力预测模型研究

在埋地管道的基于应变设计和评估中，准确和可靠的拉伸应变能力(TSC)预测至关重要。国际管道研究理事会和可靠能源系统中心等研究机构提出的多种TSC预测模型均不适用于具有腐蚀缺陷的管道。鉴于此，本文基于经全尺寸管道拉伸实验验证的广泛参数有限元分析，提出了一种适用于腐蚀管道的TSC预测模型。在所提出的模型中，根据TSC与影响参数之间的相关关系，构建了一个缺陷几何因子函数以描述腐蚀缺陷尺寸(缺陷深度、宽度和长度)对拉伸应变能力的影响。通过非线性回归分析和误差分析验证了所提出模型的准确性和可靠性。结果表明：与有限元结果相比，所提出模型的平均预测误差为5.78%；与实验测试结果相比，模型的最小和最大预测误差分别为3.68%和24.51%；模型的预测范围可以满足应变设计地段腐蚀管道实际安全评估的需求。     

西北干旱区山前绿洲地下水资源开发利用模型研究

紧密结合西北地区地下水资源勘查特别计划的实施,在分析研究格尔木地区地下水资源赋存及运移规律的基础上,采用MODELFLOW软件和有限差分方法进行了地下水资源合理开发利用的模型研究.在开发利用模型研究中,设计了两个水资源开发利用方案:方案Ⅰ,保证规划重点工业发展的需要,地下水资源开采量达到7.94×107m3/a的规模;方案Ⅱ,在方案Ⅰ的基础上,考虑农业灌溉的需要,新增地表水引用量2.16×108m3/a,这将导致地下水入渗补给量减少40%.通过这两个水资源开发利用方案的模型研究表明:这两个方案是可行的.但是,在方案Ⅰ中,泉集河排泄量减少11.99%,地下水侧向出流量减少10.63%,地下水储存量的变化量减少21.11%;在方案Ⅱ中,泉集河排量减少31.41%,地下水侧向出流量减少32.55%,地下水储存量的变化量减少35.68%,潜水蒸发量减少1.39%.     

强降雨条件下浅层滑坡稳定性分析模型改进

浅层滑坡灾害在我国较为常见,尤其是降雨充沛地区,每年都会造成严重的损失。为研究强降雨入渗作用对浅层滑坡稳定性的影响,在前人对Green-Ampt(GA)入渗模型研究的基础上,结合浅层滑坡深度与长度之比比较小的特性,简化了入渗深度与降雨时长的函数关系式。在进行浅层滑坡稳定性评价时,考虑了渗流力和基质吸力,采用了极限平衡思想和微元思想,同时分析了滑带面处和湿润锋面处的稳定性系数,结合改进的入渗模型,给出了适用于滑带面不平行于坡面的滑坡的安全系数与降雨持续时间的函数关系式,并通过数值模拟方法验证了模型的适用性。最后利用改进模型对小湾3号B3滑坡进行分析,并通过与传统方法的对比展现了强降雨条件下浅层滑坡稳定性分析改进模型的优越性和更强的适用性。     

雨水花园集中入渗对非饱和土壤含水量和地下水的影响

为更好地利用雨水花园蓄渗雨水径流补给地下水,缓解城市化对水环境的不利影响,通过花园集中入渗雨水径流实验,监测雨水花园流量变化过程及地下水、土壤水的变化情况,研究集中入渗对非饱和土壤含水量和地下水的影响.结果显示,对于强度小、历时短的降雨,雨水径流先储存于非饱和土层,后被消耗,无法补给地下水;对于大雨和暴雨的径流, 2.3 m深的非饱和区补给水量约为饱和区的7.3倍.地下水接受入渗补给具有滞后性,特别是地下水位埋深较大时,滞后现象更为明显.     

考虑非均匀掺杂衬底对一维MOST模型的修正

为了控制MOST的阈值电压和减小DIBL效应 ,必须对MOST的沟道进行离子注入。这种非均匀掺杂衬底MOST特性的最常用分析方法是数值模拟 ,但这种方法计算量大 ,不能得到解析模型 ,不适用于电路模拟设计。本文所提出的解析模型与SPICEMOS3模型形式相似 ,但其所有参数都是数值模拟的解析公式。新模型将数值分析与解析方法结合起来 ,具有精度高 ,概念清晰 ,计算量小等优点 ,适用于电路分析程序。