孔隙介质水文地质试验中边壁流效应的形成机理及其对地下水渗流和溶质运移影响的研究

水文地质实验是解决地下水渗流与溶质运移等水文地质问题的重要方法和手段，同时也是获取地下水资源评价基本水文地质参数的重要途径。在孔隙介质地下水渗流与溶质运移实验中，边壁流效应研究还处于初步、定性研究阶段，并且研究缺乏系统性和全面性。在渗流与溶质运移试验中，边壁流效应一旦出现，势必对地下水流场与化学场产生影响，进而使实验获得的参数或数据偏离实际状态。因此，从与边壁流效应有成生关系的实验介质、实验装置、流体物理特征以及水力条件四个方面出发，通过物理实验、结合地下水数值模拟技术和数学分析方法，系统、全面的研究边壁流效应与水力梯度、实验装置、介质特征、流体物理特征之间的关系，明确边壁流效应的影响因素及形成机理、边壁流效应对地下水渗流和溶质运移的影响，提出孔隙介质水文地质试验中预防或减小边壁流效应的方法和措施，对地下水渗流和溶质运移问题研究，以及地下水资源评价具有重要的理论和应用价值。

在地下水资源开发利用中，正确模拟和预测地下水渗流（渗流场）和溶质运移（化学场）的时空演变规律，是地下水资源可持续开发和科学利用的前提和关键。水文地质实验一直是解决地下水渗流与溶质运移等实际水文地质问题的重要方法,同时也是获取数值模型运行所需水文或水文地质参数、以及验证基于数学解析或统计分析等方法所确定的水文或水文地质参数正确性的重要手段。在某些复杂的人－地环境下的水文地质问题研究中，水文地质实验具有不可替代的重要作用。.在孔隙介质地下水渗流与溶质运移的室内实验中，采用最多的渗流装置是渗流柱和渗流槽，边壁流效应对渗流和溶质运移的影响，还没有引起当前水文地质工作者的重视。 所谓边壁流效应，是指在一定的水力条件下，保持有某种物理属性和化学成分的流体，在某种介质中渗透时，受边壁粗糙度、几何特征以及水理性质的影响，而发生在边界附近不均匀水流渗透和溶质运移过程。该种效应一旦发生，对地下水渗流和溶质的时空分布，都将产生必然的影响，应该引起相关科学工作者的重视，进而使实验获得的参数或数据偏离实际状态。.本次研究，从与边壁流效应有成生关系的实验介质、实验装置、流体物理特征以及水力条件四个方面出发，全面研究了边壁流效应与水力梯度、实验装置、介质特征、流体物理特征之间的关系。.通过设定不同的粗、中、细砂三种介质在不同的水力梯度下的渗流槽实验，发现在均质的中砂、粗砂、细砂孔隙介质地下水渗流实验中，非均匀渗流现象是客观存在的。非均匀渗流总体均呈现出渗流槽两侧边界区域的溶质运移速度较快，溶质浓度峰值出现时间较早，峰值较大的特征。介质颗粒的粗细、水力梯度的大小对非均匀渗流的非均匀程度有着明显影响。在设定的条件下，水力梯度越大非均匀程度越明显，颗粒适中的中砂介质非均匀渗流最显著。装置的边壁粗糙程度对非均匀渗流有影响，影响程度随着边壁绝对粗糙度和实验介质颗粒的对比关系不同而呈现不同规律。装置的尺度对非均匀渗流的影响主要在于尺度效应。通过实验浓度场分布形态，提出了根据设定断面通量相等、质量守恒的原理，建立断面渗流非均匀校正的方法，根据该方法建立了断面非均匀渗流校正方程。砂柱实验和砂槽实验均显示水力梯度对于砂介质渗透系数具有影响作用。砂柱的盐度实验显示，盐度对砂介质渗透系数影响显著，且存在显著的影响区间。研究成果对地下水渗流和溶质运移问题研究，以及地下水资源评价具有重要的理论和应用价值。