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水文地质参数的空间变异性是影响地下水水流和溶质运移产生不确定性的重要原因,而渗透系数是表征含水层空间结构及其非均质性的一个重要水文地质参数。传统获取渗透系数的方法(如野外抽注水与示踪试验、岩芯取样实验和数值模拟反求等)具有耗时长、费用高和数量有限的缺点,且并不是均匀地分布在整个研究区范围内。这就需要借助地质统计方法重现已知信息所体现出来的空间变异特征。
论文研究目的是应用地质统计方法研究渗透系数场的空间变异性。利用MMR含水层场地实测数据,通过去类分析、特异值处理、正态变换,逐步逼近研究区渗透系数的稳健变差函数,得到三维渗透系数场的几何各向异性套合模型。在此基础上,采用普通克里格法和指示克里格法、高斯序列模拟法和指示序列模拟法分别对数据进行插值和条件模拟。最终结合具体的地质条件,分别模拟不同方法确定的渗透系数场下污染物的运移,对四种方法在渗透系数场生成中的应用进行对比分析和评价。
论文通过对研究区渗透系数场空间变异性的研究,取得了以下成果:(1)四种方法所得的渗透系数场具有空间分布趋势一致的特性,均能反映具体的地质情况;(2)估计是平均意义上接近于真实曲线,估计方差较大且圆滑;条件模拟从原理上克服了估计方法平滑的效果,能较好地再现真实曲线的波动性,只是局部某些点的效果不好;(3)条件模拟在大区域渗透系数场空间变异性方面的研究仍处于探索阶段。这些研究的成功为它在大区域渗透系数监测和预测中的应用提供了一定的实践依据,而大量新的理论研究又为其可行性奠定了理论基础;
(4)用地质统计方法生成渗透系数场并用于水流和溶质运移模型中,以此来模拟所对应的污染物运移,结果均令人满意。通过分析可得:与插值方法相比,条件模拟对应的污染物浓度减小较快,浓度的峰值也相对较小;不同地质统计方法所得污染物扩散的范围基本一致,质心坐标基本相同,这主要取决于渗透系数场的均值大小;污染羽在空间上的展布范围受渗透系数场空间变异方差的影响,在指示序列模拟方法中表现尤为突出。