海潮引起的包气带中的气压波动.pdfVIP

第四届海峡两岸土壤及地下水污染与整治研讨会 海潮引起的包气带中的气压波动 王丽1·22李海龙23郭巧娜3 何方璇12 (’辽宁师范大学数学学院，辽宁大连116029；2鞍山师范学院数学系，辽宁鞍山114005；3中国地质大 学环境学院及(教育部)生物地质与环境地质实验室，湖北武汉430074) 【摘要】本文研究了临海浅层潜水含水层中由海潮波动引起的包气带气流变化。所考察的系统由三层构 成：上层和中间层为非饱和半渗透层：下层具有良好的透水性，潜水面位于其中。建立了描述非线性气水 两相流模型，然后通过对模型的线件化假设，推导出气压激动的解析解，并用该解析解分析解释了香港某 国际机场沥青路面下由海潮引起的气压波动。 【关键词】气流：临海地区；气水两相流；海潮；气压波动；解析解 1引言 在临海浅层潜水含水层中，海潮波动不仅能够引起地下水的波动，而且可以引起包气带中气压的 波动。在香港国际机场沥青路面下面已经观测到了显著的空气压力波动．过火的气压波动曾导致路 面拱起变形破坏。为了解释引起这种显著的压力波动的机理，近年米一些研究者建立了该地区包气带 中气水两相流模型【11-【31，并且得刘了与其相对应的数值解【2l，【31或者解析解[31，同时也证实了海潮波动 是引起包气带中气压波动的一个重要因烈‘J’【2J。 为了更好地研究和理解香港国际机场沥青路面拱起破坏现象的根源，本文在文献f3】模型的基础 上，考虑了一个三层包气带系统，上两层为爿F饱和的半透层，’卜-层具有良好的透水性，潜水面位于 其中。最上层的．空气渗透系数很低，这样的模型更接近实际的香港机场沥青路面。 2数学模型及解析解 2．1数学模型 考虑如图l所示的临海地区的一个三层的包气带系统。该系统由厚度分别为反，，bu和b。的 水平层构成。上层和中间层为非饱和?卜渗透层，下层是与海水相邻的潜水层，潜水面位于其中。潮 汐海水的水位波动会引起潜水含水层的水位波动，从而形成了整个包气带的下边界，即形(f)，同时 海水位的波动也引起包气带中的气流波动。假设：a)整个系统的温度保持常温恒定：b)水和气是互不 相融的，忽略蒸发到空气中的水分和溶解到水中的气体：c)没有源汇项：d)由水位波动引起的包气带 中的气流是一维的，即垂向流，忽略水平气流；e)与实际压力梯度所产生的压力比较。气体的驱动 力的重力分量可以忽略；0下层具有良好的透水性，可以忽略在矽(f)≤z≤也范围内气压尸8(z，f) 随空间位置的变化，这里的气压只和时间有关且埘咒(f)表示；g)最r卜．层具有良好的透水性，从而忽 略潜水含水层的垂直方向的水力梯度，且在不同深度的测压水头都等于疗。O)，即在内陆固定位置 潜水含水层中由海潮引起的压力水头波动【L】，通常表示为几个正弦潮汐组分之和14】，即 上 日。“)=一D+。A．cos(co,t+c．)． (1) “ 一。 智’ 式中：D是基准面z=0到海水平均水位之间的垂直距离[L】，A，，彩．和c，分别表示测压水头的第i 项正弦潮汐组分的振幅【L】，角速度[RadT叫】和相位[Rad]。 基金项目：国家自然科学基盒。 作者简介：王丽(1983一)，女，辽宁大连人，硕士研究生，主要从事地下水数值模拟研究。 255 第四届海峡两岸土壤及地下水污染与整治研讨会 Z／＼ 变化的水位位 ＼””。＼ 。 O ＼ —— I 6。 基准面 一 6u 海潮璧度范 。￡ 鋈1 围