4.8.3.1　区域性汇水结构研究方式

此类特殊水文地质问题研究首先需要对区域性汇水结构特征进行调查分析。主要采用地层穿越对岩性及岩层空间展布、岩层间接触关系进行认识，形成汇水结构概念模型；并采用地下水出露特征调查，结合水化学及同位素技术对此类地下水的循环深度，水—岩作用特征，地下水年龄等信息进行分析；形成水文地质概念模型。如图4.81所示。

图4.81　区域性汇水结构特征研究思路

4.8.3.2　混合特征演化特征研究

数学模型结合物理模拟是研究混合特征演化的最有效手段，也能对淹没后恢复利用措施提供有力根据。

图4.82　咸淡水混合特征砂槽模型装置

1—模拟含水层；2—储水箱；3—淡水供应系统；4—咸水供应系统；5—淡水供水箱；6—咸水供水箱；7—水泵；8—排水口；9—升降装置；10—量筒；11—咸水补给箱

图4.83　理的RGB模式图像

预期成果是在前人实验的基础上设计出砂槽模型，通过控制咸、淡水的水头高度、咸水密度以及渗流介质等要素，定性分析与定量分析相结合，刻画以淡水作为入侵主体的突变界面形态、NaCl浓度空间分布及演化过程并推导出咸淡水混合突变界面的解析方程。砂槽模型设计方案如图4.82所示，试验成果通过光学法进行处理，进行色阶分离，如图4.83和图4.84所示。结合灰度值与水中浓度对应对照试验，可以将色阶灰度值转化为浓度分布，借此量化试验条件下排泄区浓度分布特征。淡水侵入盐水将形成一浓度渐变的过渡带，过渡带的浓度分布、形态与入侵条件、盐水浓度及两种水体的水量相关。这与图4.85所示意的咸淡突变界面存在本质差别，但突变界面的位置、形态和过渡带浓度的分布存在一定的性关性，可以用于过渡带特征的辅助分析。

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图4.84　色阶分离调整后的灰度值分布情况

图4.85　河谷排泄区咸淡水突变界面示意图

4.8.3.3　水流特征模型

梁杏（2012）等人采用给定流量上边界的数值模拟，通过改变入渗补给强度（W）和介质渗透系数（K），分析了入渗强度和渗透系数比值R（W/K）对地下水流系统的影响。得到不同入渗强度及渗透系数下模拟得出的地下水流系统分布，如图4.86和图4.87所示。

图4.86　地下水多级水流系统砂槽模型（据梁杏等，2008修改）

①可控降水装置（与蠕动泵连接）；②水流示踪点；③模拟河谷（汇势）④测压板（与测压点连接）

图4.87　模拟结果图

ⓐ—第1组实验；ⓑ—第2组实验；ⓒ—第3组实验
1—降水入渗；2—河流排泄；3—流线（点线为毛细水带流线）；4—局部水流系统流线；5—中间水流系统流线；6—区域水流系统流线（短划线为半流量流线）

此物理模型的优点在于增加了降水条件，将地下水源、汇特征统一展示于同一模型中，能同时模拟区域水流（咸水）、局地水流（浅层淡水）特征。而在两水流系统同一排泄区通过水位的抬升可以模拟水库蓄水条件，此模型思路来研究排泄区范围内咸淡混合地下水流场的特征是物理模型的展望方向。