基于多种土体导热系数模型的潜流带温度场模拟
2021-12-20门利利王大博陈建琪
自然灾害学报 2021年6期
任 杰,门利利, 2,陈 波, 3,王大博,陈建琪,王 帆
(1.西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安710048; 2.中国电建集团 西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065; 3.四川省水利水电勘测设计研究院有限公司,四川 成都 610072)
引言
潜流带“Hyporheic zone”是指河流河床以及河岸带饱和沉积层,是地表水与地下水相互作用、物质和能量交换、生物群落生长和繁殖的区域[1-3]。类似于氮、磷等污染物直接或间接排放到水体中,会降低水体有效利用且使得水生系统退化[4-6],而潜流带中地表水与地下水的交换过程对污染物的净化、河流生态健康的调控起着关键作用。生态系统的健康程度依赖于完善的生态系统功能,健康的河流生态系统不仅是国家生态安全体系的重要组成部分,也是经济社会可持续发展的重要基础[7-8]。温度通过影响水的密度、动力粘度以及土壤孔隙度,进而对渗流场造成影响[9-10]。使用水温作为天然的示踪剂,研究河床或河岸带的物理性质和变化过程,对河流水生态系统具有重要的意义[11-12]。
土体导热系数是土体热特性的关键指标之一,是影响土体传热过程中温度分布以及能量变化的主要因素,也是研究流-热耦合作用、物质传输、气体扩散等土壤物理过程的基础[13-14]。Kersten等[15]于1949年提出土体导热系数与容重有关的经验模型,是最早用来预测冻土导热系数的方法之一。Johansen等[16]于1975年提出了归一化导热系数的概念,它在预测不同质地的土壤中普遍具有较好的性能,已被广泛应用。……
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