考虑弥散尺度效应的抽水井附近溶质运移模型及半解析解

为考虑溶质径向运移的弥散尺度效应，将弥散度概化为径向距离的线性函数，并考虑溶质的吸附和降解，建立了抽水井附近溶质运移的简化模型(SDM, Scale-dependent Dispersion Model)，通过Laplace变换和de Hoog数值反演方法求得SDM的半解析解，并采用混合拉普拉斯变换有限差分法验证了半解析解的正确性。通过SDM与弥散度为常数的溶质径向运移模型(CDM, Constant Dispersion Model)的比较，分析了弥散尺度效应对反应性溶质径向运移过程的影响，并利用渗流槽中的径向弥散实验资料检验模型的适用性。结果表明：随着弥散尺度效应的增强，抽水井处溶质穿透曲线分布范围越广，浓度峰值越小且达到浓度峰值所需的时间越短；当CDM的弥散度为SDM弥散度最大值的1/4时，CDM和SDM模拟的抽水井处穿透曲线近似一致；由于吸附和降解作用，溶质在运移过程中会出现消耗和滞后的现象；与CDM相比，SDM的模拟结果与径向弥散实验结果吻合更好，说明本文建立的考虑弥散效应的简化模型可以用来模拟较大区域上溶质的径向运移过程。     

溶剂驱油中的扩散现象研究

本文通过求一对流－扩散方程的半解析解，分析了扩散系数大小及影响扩散系数的参数对计算出的浓度分布的影响；通过将该半解析解与忽略扩散的数值解进行对比分析，讨论了数值弥散代替物理扩散的条件。结果表明，虽然随渗流速度增加，扩散系数增加，但对浓度分布几乎没有影响；而且在精度要求不高，物理扩散较小时，数值稳定性好的对流方程的数值弥散可以代替物理扩散。     

考虑弥散尺度效应的抽水井附近溶质运移模型及半解析解

为考虑溶质径向运移的弥散尺度效应,将弥散度概化为径向距离的线性函数,并考虑溶质的吸附和降解,建立了抽水井附近溶质运移的简化模型(SDM,Scale-dependent Dispersion Model),通过Laplace变换和de Hoog数值反演方法求得SDM的半解析解,并采用混合拉普拉斯变换有限差分法验证了半解析解的正确性。通过SDM与弥散度为常数的溶质径向运移模型(CDM,Constant Dispersion Model)的比较,分析了弥散尺度效应对反应性溶质径向运移过程的影响,并利用渗流槽中的径向弥散实验资料检验模型的适用性。结果表明:随着弥散尺度效应的增强,抽水井处溶质穿透曲线分布范围越广,浓度峰值越小且达到浓度峰值所需的时间越短;当CDM的弥散度为SDM弥散度最大值的1/4时,CDM和SDM模拟的抽水井处穿透曲线近似一致;由于吸附和降解作用,溶质在运移过程中会出现消耗和滞后的现象;与CDM相比,SDM的模拟结果与径向弥散实验结果吻合更好,说明本文建立的考虑弥散尺度效应的简化模型可以用来模拟较大区域上溶质的径向运移过程。     

有吸附的径向弥散问题

本文用Laplace变换数值反演的方法研究了地下流体在第三类边界条件下的径向输运（对流一弥散-吸附）问题，它的简化情况（对流-弥散）与已有的解析解[1，2]符合得很好。从而说明了用数值反演方法研究它更一般的输运问题将更有效，非均衡吸附使浓度分布延迟。     

稳定流条件下土壤溶质运移两区模型的准解析解及数值模拟

将弥散度概化为运移距离的指数函数，给出了稳定流条件下，非均质土壤中考虑水动力弥散尺度效应及不动水体存在时，一维溶质运移的两区模型。在初始浓度为零，半无限一维空间内定通量边界条件下，推导出了可动区和不动区溶质相对浓度的准解析表达式。用特征有限元法建立了相应的数值模型，从数值解和准解析解的计算数据可以看出：数值计算所产生的误差很小，能满足实际工作对计算精度的要求。     

地下水污染健康风险模拟预测评估中参数的敏感度分析

随着地下水污染健康风险评估逐渐被重视,其风险的影响程度和发展趋势也越来越被关注,因此解析解模拟预测评估地下水污染健康风险也逐渐被应用。本文旨在研究解析解模型对污染物健康风险模拟的敏感度,为该方法更广泛的应用提供依据。选取解析解模型中的渗透系数(K)、纵向弥散度(αx)、污染物有机碳分配系数(Koc)和半衰期(t1/2)4个参数,在其他参数不变的情况下,依次改变各参数的值并进行解析解计算,记录对应的参数值与模拟结果,绘出模拟预测值与各个分析参数的变化曲线,分析解析解对各个参数的响应程度,从而为处理不确定因素提供依据。     

地下水溶质径向弥散问题的混合拉普拉斯变换有限单元解

本文采用混合拉普接斯变换有限单元法，求解地下水溶质径向弥散问题，通过与精确解析解、数值解及砂槽试验资料对比，表明该算法效率高、精度好、能有效地克服数值困难。     

地下水溶质运移解析法的近似求解

地下水溶质运移解析法是地下水环境影响评价中常采用的一种预测方法。对于实际地下水环境影响评价工作而言,手工查表插值计算显得非常困难,计算机编程语言为解决这一问题提供了方便。以应用最广泛的一维稳定流动二维水动力弥散问题中的连续注入示踪剂-平面连续点源计算公式为例,借助IDL编程语言实现计算公式中第一类越流系统井函数以及第二类零阶修正贝塞尔函数的近似求解,并通过坐标系旋转变换得到与地下水流动方向相一致的污染物浓度值。结果表明:IDL语言结合Surfer软件可以实现地下水溶质运移方程解析解的快速、连续、稳定求解和求解结果的可视化,且所得解析解误差小、精度高,污染物运移方向满足地下水环境影响评价中实际预测的要求。     

均匀流场中二维扩散方程的解析解

本文用LaPlace变换和分离变量法求出溶液在均匀流场中二维扩散方程的解析解,它是一个由补误差函数和余弦函数组成的无穷级数,其极限情况是已知的一维对流-弥散方程的解,横向弥散不仅使沿纵向流动的溶液横向输运浓度,而且使浓度沿纵向按指数规律衰减,从而能够分析-计算纵向和横向弥散的作用。     

考虑弥散尺度效应与不动水体的反应性溶质运移动力学模型及半解析解

将弥散度概化为运移距离的渐进函数,并考虑土壤孔隙中存在的不动水体以及溶质的吸附和降解,建立了考虑弥散尺度效应的溶质运移两区模型(TRMS,Two-Region Model with Scale-dependent Dispersion),通过Laplace变换和de Hoog数值反演方法求得了模型的半解析解,并运用混合拉普拉斯变换有限差分法验证了半解析解的准确性。通过TRMS与弥散度为常数的两区模型(TRMC,Two-Region Model with Constant Dispersion)之间的比较,分析了弥散尺度效应对溶质运移过程的影响,并利用算术平均方法计算了TRMS的等效弥散度,最后应用TRMS和TRMC模拟了长度为1250cm的一维非均质土柱中的溶质运移过程。结果表明:TRMS的等效弥散度反映了弥散尺度效应的影响,可以近似作为区域弥散度的平均值,采用等效弥散度时,TRMC描述的穿透曲线与TRMS的模拟结果基本一致;TRMC的模拟结果与非均质长土柱的浓度实测值存在较大偏差,而TRMS的模拟精度有了较大程度的提高,能够更好地模拟非均质长土柱中溶质的不规则运移过程,说明本文建立的TRMS能够较好地模拟非均质介质中溶质在较大尺度上的运移过程。     

一维非饱和溶质随机运移模型的谱分析

本文根据宏观尺度条件下溶质运移的随机特征，在不考虑孔隙弥散的条件下，对一维非饱和溶质运移方程进行了简化。假设流速场及溶质浓度无普空间平稳随机函数，通过对一维非饱和溶运移的简化方程进行平均处理，导出了与小尺度对流一弥散方程相似的宏观尺度溶质运移的基本方程，并由谱分析导出了宏观弥散系数及溶质浓度方差的表达式。应用宏观尺度溶驼移方程为基础的数学模型对野外盐分迁移过程进行了模拟。模拟所得的溶质平均浓度及浓     

河道汛期行洪冲污研究

海河水质呈恶化趋势，尤其是汛期排入的雨污水是海河有机污染的主要来源，利用汛期洪水冲污是改善河道水质的手段之一。依据连续性方程、动量方程、自由表面方程、状态方程和水质输运方程，采用有限差分法，建立海河河道水质模型，模拟海河汛期行洪后，污染物的输移扩散及降解转化过程，研究泄流量与冲污的关系。通过计算海河河道汛期行洪时氨氮、高锰酸盐指数浓度随时间变化情况表明，在不同泄流量下，污染物输移扩散及降解转化速率不同，流量大时，能更快的把污染物送入海河口。     

畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟：Ⅰ模型

本文基于零惯性量方程和一维对流-弥散方程建立起畦灌溉施肥地表水流溶质运移模型,并利用HYDRUS-2D软件模拟二维非饱和土壤水流溶质运移过程,以一维地表水流溶质运移模拟得到的通量条件作为二维非饱和土壤水流溶质运移模拟的上边界,利用编制的程序将两个模型进行集成,构建起畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型。基于多时段分步迭代计算方法,实现沿畦长地表入渗溶质通量动态变化条件下的二维非饱和土壤水流溶质运移模拟。     

高温状态下表面活性剂在多孔介质中的运移规律研究

本文建立了高温状态下表面活性剂在多孔介质中的运移方程。该方程考虑了活性剂的动态吸附，高温热降解，化学反应等因素。利用有限差分法将该方程与能量守恒方程进行了耦合求解。讨论了注入温度，注入速度，段塞尺寸等参数对活性剂运移的影响。结果表明这些参数对活性剂的运移及作用效果具有较大的影响。     

清水下泄河床变形的模型试验及数值模拟

根据清水下泄引起的河床变形过程的模型试验，运用泥沙连续方程，引入了以反映瞬时冲淤量的特征速度概念，导出了推移质输沙的平衡过程方程。再结合水流的圣维南方程、河床变形方程，对试验结果进行了数值模拟。     

ANALYTICAL AND APPROXIMATE SOLUTION FOR SPHERICAL SYMMETRY DISPERSIVE TRANSPORT IN POROUS MEDIA

Spherical symmetry convective-dispersive transport of a tracer or contaminant from continue and slug injection well in semi-infinite porous media is of significance,especially for the tracer test in huge thick formation.The partial equation describing the transport process belongs to confluent hypergeometric equation.With variable substitution and Laplace transform,the partial equation may be coverted Weber equation and it's solution is represented by parabolic cylinder function.We found the analytical solution by analytical inversion.Besides,we also obtained the early-time and late-time approximate solution.In the paper we compared these solutions and investigated the basic characteristics of concentration distribution and change.In early-time and late-time the approximate solution is of significance.     

排水条件下饱和土壤中镉运移实验及其数值模拟

对流弥散方程(CDE)是模拟重金属在土壤中动态的常用方法之一。本文运用动态饱和土柱实验比较了重金属镉(Cd)在不同质地的碱性土壤中吸附和运移特征，并运用Batch实验获得的吸附参数作为初始值，应用所建数学模型模拟了排水条件下Cd在饱和土壤中的吸附和运移过程。结果表明，不同质地的土壤对Cd运移的阻滞作用有所差别；水动力弥散作用对Cd在土壤中的运移过程有明显的影响。对流弥散方程能较好地模拟排水条件下Cd在饱和土壤中的运移过程。     

潮汐作用对河网区重金属输移的影响

根据相关文献,推导了只考虑溶解态和悬浮态输移过程的一维河流重金属输移模型的表达式。根据2005年12月北江镉污染事故背景资料,对该模型的参数进行率定,以分析珠江流域西、北江河网区潮汐对重金属输移的影响。设定北江上游突发污染事故与下游大、中、小潮相遭遇的情景,将情景资料代入重金属输移模型进行模拟,根据模拟结果评价了事故对佛山市水厂供水带来的影响。分析结果发现,潮汐作用造成河流内水流往复震荡,对污染物的迁移过程影响较大;不同的潮汐作用导致西江、北江的水流补给形式发生变化,进而影响污染物的传播途径;污染事故与大潮相遭遇时,对供水造成的危害要远大于与中、小潮相遭遇时。     

Simulation of leachate migration in leaky aquifers

A two-dimensional cross-section finite difference model is presented to simulate density dependent leachate migration in leaky aquifers. Unlike existing models, a new approach is adopted to couple the groundwater-flow equation and the hydrodynamic dispersion equation with the elimination of the intermediate step of calculating velocities. The concept of the reference density is employed, permitting increased accuracy (over pressure-based models) in the representation of the transport process. The model is then used to study the effect of several hydraulic and transport parameters on the flow pattern and plume migration which are found to be very sensitive to most of these parameters. Equiconcentration and equipotential lines are overlapped to provide a better understanding of the coupling effect.     

沙波运动对冲积河流悬移质冲刷不平衡输沙的影响

基于冲积河流河床活动交换层动力学基本方程和悬移质不平衡输沙方程，利用数值方法计算了冲积河流冲刷不平衡输沙过程。结果表明，冲积河流床面沙波准周期性运动的动力学特征影响了河床中泥沙暴露至河床表面的速度，延缓了河床冲刷时由河床表面补充到水体中的速度，从而对悬移质不平衡输沙产生显著影响。分析结果同时表明，悬移质冲刷不平衡输沙恢复饱和系数的理论值是在不考虑沙波运动对河床内部泥沙暴露到河床表面的速度的制约条件下得到，使得理论值大于经验统计值。