地下水资源是我国水资源的重要组成部分,特别是北方地区,裂隙岩溶水成为工农业生产和人民生活的重要供水水源。然而,由于不合理的过量开采,垃圾填埋、以及核废料深层地质贮存等活动,产生了一系列的水资源、水环境地质负面问题。因此,开展裂隙岩溶水环境模拟研究对地下水资源的可持续开发、利用和保护具有重要的指导意义。目前国内外对裂隙水的运动规律研究还处于理论与试验探索阶段,研究手段有待丰富,研究程度也亟需深入。本文得到国家自然科学基金项目“基岩裂隙中溶质(污染物)Non-Fickian运移试验与模拟研究(40872166)”的资助,对粗糙结构不同的单裂隙模型中水流的运动规律进行了一些探讨。利用数学模型对裂隙水流进行模拟的方法以其有效性、灵活性和相对廉价性成为裂隙水研究领域的一种重要方法。本文在总结国内外地下水流数值模拟研究现状的基础上,利用计算流体动力学Fluent软件,建立了三种不同粗糙结构下(矩形、三角形和正弦曲线形)的粗糙单裂隙二维模型,对比了不同水流模型的计算精度,选取最优模型模拟了各裂隙模型中的流场分布情况,并对流场规律进行了分析,得出如下结论:1) Fluent软件中的Laminar模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Spalart-Allmaras模型均可应用于模拟粗糙裂隙水流场。但标准k-ε模型计算精确和收敛速度较快,是模拟粗糙裂隙水流的最优模型。2)在粗糙裂隙中,传统的Darcy定理不再适合描述水流特征,流速v与水力梯度J不再是线性关系而是指数型关系,局部立方定律(LCL)也不再适用。3)不同结构的粗糙裂隙中,粗糙物对水流运动的影响程度不同。起伏变化平缓的粗糙物对水流的影响较小,正弦曲线形裂隙对水流运动的影响最小,三角形裂隙次之,矩形裂隙对水流运动的影响最大。4)粗糙单裂隙中,随着裂隙相对粗糙度的增加,紊流现象愈加明显。修正的LCL模型中m值的大小与相对粗糙度有关,相对粗糙度越小,即壁面越光滑,m值越接近于1;此外粗糙物的形态也是影响m值的重要因素之一,裂隙粗糙物起伏变化越明显,m值越小。5)修正的LCL模型中,指数n值随着水流速度的增加而增加,且在非吻合粗糙裂隙中n值大于3,单宽流量与平均隙宽之间是超立方关系,在吻合粗糙裂隙中n值小于3,单宽流量与平均隙宽之间是次立方关系;粗糙物的形态对n值也有影响,相比矩形、三角形粗糙裂隙,正弦曲线形粗糙裂隙的n值要更加接近于3,因为其壁面起伏变化较平缓,对水流影响相对较小。6)粗糙单裂隙中,由于粗糙物的尺度变化使隙宽产生突变时,水流易发生回流现象,回流程度与粗糙物的形态及流速有关。流速相同时,粗糙物起伏变化大,回流现象明显,回流区域面积也增大。