利用示踪试验时间-浓度曲线分析岩溶管道结构特征

陈亚洲, 董维红. 利用示踪试验时间-浓度曲线分析岩溶管道结构特征[J]. 水文地质工程地质, 2022, 49(1): 41-47. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665201909067
引用本文: 陈亚洲, 董维红. 利用示踪试验时间-浓度曲线分析岩溶管道结构特征[J]. 水文地质工程地质, 2022, 49(1): 41-47. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665201909067
CHEN Yazhou, DONG Weihong. Analysis of structural characteristics of karst conduit by time-concentration curve of tracer test[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2022, 49(1): 41-47. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665201909067
Citation: CHEN Yazhou, DONG Weihong. Analysis of structural characteristics of karst conduit by time-concentration curve of tracer test[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2022, 49(1): 41-47. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665201909067

利用示踪试验时间-浓度曲线分析岩溶管道结构特征

  • 基金项目: 贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑[2021]一般474)
详细信息
    作者简介: 陈亚洲(1992-),男,博士研究生,从事环境水文地质,地下水风险管控与污染修复研究。 E-mail:389330474@qq.com
  • 中图分类号: P641.1

Analysis of structural characteristics of karst conduit by time-concentration curve of tracer test

  • 岩溶管道结构特征对岩溶水资源的合理取用、保护及地下工程安全施工均具有重要影响。目前在利用示踪试验曲线分析岩溶管道结构特征时,难以通过曲线叠加、钝锋、不规则上升和下降等形态准确解释多条岩溶管道连接关系、地下湖所处位置和地下水状态。运用地下水溶质运移理论,推导出岩溶管道流溶质运移模型,根据模型绘制三维溶质运移形态和理论时间-浓度曲线,结合水力学相关知识,对岩溶管道连接关系、地下湖位置及岩溶管道流形态变化对应的时间-浓度曲线进行解释。得出以下主要结论:(1)曲线出峰个数对应岩溶管道条数,由于管道径流长度及流速存在差异,双管道并联曲线存在3种模型,分别为2个孤立的单峰、下降曲线存在双峰叠加和2个连续上升的叠加峰;(2)单管道曲线下降梯度个数对应地下湖个数,多管道需结合管道个数和地下湖位置具体分析下降梯度和地下湖个数关系,根据地下湖位置将双管道并联岩溶管道划分4种类型,即地下湖存在于未分支管道、主管道、支管道、主管道和分支管道上;(3)曲线形态极速变化标志着管道流发生表流和承压流的相互转化。研究结果可为岩溶地区地下水保护及地下工程安全建设提供保障。

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  • 图 1  岩溶管道流溶质运移三维概念图

    Figure 1. 

    图 2  接收点理论时间-浓度曲线图

    Figure 2. 

    图 3  多管道连接方式

    Figure 3. 

    图 4  两条岩溶管道并联接收点时间-浓度曲线图

    Figure 4. 

    图 5  地下湖位置与管道关系示意图

    Figure 5. 

    图 6  地下湖位置在未分支管道上时间-浓度曲线图

    Figure 6. 

    图 7  地下湖位置在主管道上时间-浓度曲线图

    Figure 7. 

    图 8  地下湖位置在支管道上时间-浓度曲线图

    Figure 8. 

    图 9  岩溶管道水流状态变化示意图

    Figure 9. 

    图 10  岩溶管道水流状态变化时间-浓度曲线图

    Figure 10. 

    表 1  管道连接关系模拟参数

    Table 1.  Simulation parameters of karst conduit connection relationship

    定值参数弥散系数/(m2·s−1)雷诺数示踪剂投加量/kg
    取值 0.5500020
    变化参数主管道长度
    /km
    支管道长度/km主管道流速/(m·s−1)支管道流速/(m·s−1)
    取值0.5~1.00.5~1.00.05/0.100.05/0.10
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    表 2  岩溶管道流状态分析模拟参数表

    Table 2.  Simulation parameters of karst conduit flow state analysis

    定值
    参数
    管道长度/
    km
    流量/
    (m3·h−1)
    雷诺数 水位/
    m
    示踪剂投加量/
    kg
    取值1.01005000 0.7520
    变化
    参数
    长度段/
    km
    直径/
    m
    弥散系数/
    (m2·s−1)
    长度段/
    km
    直径/
    m
    弥散系数/
    (m2·s-1
    取值0~0.2/0.4~0.6/
    0.8~1.0
    10.5 0.2~0.4/
    0.6~0.8
    0.51.0
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出版历程
收稿日期:  2019-09-29
修回日期:  2020-07-19
刊出日期:  2022-01-15

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