稳态条件下土壤溶质运移的两区模型及其解析解

给出了稳态水流条件下，非均质土壤中考虑水动力弥散尺度效应以及不动水体存在时，一维溶质运移的两区模型。并在初始浓度为零，半无限一维空间内第一类边界条件下，推导出了可动区和不动区溶质相对浓度的解析表达式。给出了利用Matlab软件包计算相对浓度的计算方法，并对一假设试验情形进行了计算，从计算结果可以看出：该模型的模拟结果符合土壤中溶质运移的规律。最后，用特征有限元法对模型进行了数值计算，从而验证了所得解析解的正确性。     

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。     

不流动水对黄土包气带溶质运移影响的实验研究

本文利用自动控制负压方法进行了非饱和条件下的黄土不流动水溶质运移实验，并用MIENESOR模型及其计算机程序模拟了该实验，得到不流动含水量比例系数为0.47、流动水与不流动水之间的浓度传输率为0.003/d。参数的灵敏度分析表明：同样条件下，不流动含水量比例系数最敏感，其值越大，溶质迁移越快；流动水与不流动水之间的浓度传输率影响溶质穿透曲线的峰位，其值越大，峰位越低。在研究黄土包气带污染质运移时，应密切关注这两个参数。     

溶质在细粒孔隙介质中迁移预测的可靠性分析

在预测溶质运移，尤其是低中放废物处置场中的核素在包气带与含水层中的迁移时，需要考虑介质中不流动水体的影响，否则，会影响预测结果的可靠性。通过对黄土的物理特性实验与野外氚的包气带示踪试验表明：用孔隙度或含水量除以渗透流速得到的平均孔隙流速比实际平均孔隙流速小，在包气带中约小30%～65%，含水层中约小40%.用对流弥散模型计算氚在包气带中的迁移表明：考虑不流动水体的影响时的平均孔隙流速比不考虑的结果增加了1.39倍，相对浓度减弱了1.32倍。     

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。     

不动水体存在时来解径向弥散问题的一种有限单元法及其应用

研究多孔介质中的溶质运移规律对土壤盐渍化的水利措施改良、地下水污染的监测预报等许多实际问题有重要意义。如果不考虑溶质和多孔介质的物理化学反应以及溶质本身的物理化学变化,溶质运移规律可用水的动力弥散方程     

裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟

地下水环境中化学作用对溶质运移具有重要影响,然而对于双分子反应性溶质运移研究,以往大多是在多孔介质中展开的,且使用传统的对流弥散方程不能很好地解决对生成物"过度预报"及"拖尾"问题。为了揭示双分子反应性溶质在裂隙介质中的运移机理,该文以苯胺(AN)和1,2-萘醌-4-磺酸钠(NQS)为例,开展了单个裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟研究,重点研究了裂隙开启度和水流速度的影响,建立了考虑随时间衰减的反应性溶质运移数学模型(ADRE)并进行数值求解。与现有的对流弥散方程(ADE)模型及随机的截断幂函数模型(TPL)进行了比较,结果显示,裂隙中"过度预报"并不明显,TPL模型捕捉"拖尾"现象的能力高于ADE模型,改进的ADRE模型捕捉"拖尾"现象能力强且能较为准确地模拟反应物和生成物的浓度变化,其机理有待进一步研究。     

奎河周边浅层地下水流及溶质运移数值模拟

根据典型地区地下水动态和溶质运移情况,结合水文地质条件和其他资料,建立了相应的水文地质概念模型。利用有限元数值模拟软件FEFLOW实现了对研究区地下水流系统和溶质运移的模拟。在水位过程线拟合、水位误差分析和溶质相关性分析的基础上,对地下水流系统和溶质运移模型进行了识别、校验,并利用所建立的数值模型预测了研究区地下水溶质运移演化情况。     

陡立单裂隙基质系统溶质运移研究

在前人模型实验结果分析的基础上,建立陡立单裂隙模型,将传统单裂隙模型溶质运移机理同泥沙运动原理结合起来,提出新的溶质扩散机理和扩散方程,并进行了实例分析,指出:比重较大的非中性悬浮物质在陡立裂隙中运移时受重力和紊动扩散的作用,容重较小的中性悬浮物质可近似认为不受重力影响;水流流态、流速的改变会影响溶质的运移。     

渗透系数的非均质性对地下水溶质运移的影响

本文应用贝叶斯推断方法和随机模拟技术，定量研究了渗透系数的非均质性对地下水溶质运移的影响，并进行了二维理想流的分析计算。计算时分别考虑了随机模拟引起的不确定性和随机模型中参数的不确定性的影响。计算结果表明，贝叶斯推断的参数后验分布是不对称的；当条件数据较多时，参数后验分布的标准方差较小，参数分布的集中趋势较明显；地下水溶质运移的不确定程度随着时间的推移而增加，随着条件数据数量的增多而减少；当考虑参数不确定性时，溶质运移的不确定程度明显增加。     

Effect of immobile water content on contaminant transport in unsaturated zone

The effect of immobile water content on contaminant advection and dispersion in unsaturated porous media has been studied using a formulation which assumes that even in the immobile liquid zone, there occurs minor liquid flow. An approach is proposed for computing this liquid velocity. One dimensional numerical simulation is carried out to study the effect of immobile water content on the time of appearance of contaminant at the bottom of an unsaturated column. The numerical model developed is verified using analytical solutions for simple advective-dispersive cases. From the simulations, it was observed that increase in the immobile water content leads to quicker appearance of contaminant.     

长江饮用水源地水质监测保障系统研究

研制并实施了长江张家港市饮用水源地监测保障系统,将水源地水质自动遥测预警系统、移动应急监测系统、实验室固定监测系统和突发事件应急对策预案4个子系统有机结合,解决了国内水质监测工作中的数据准确性、连续性和实时性不能兼顾的难题.该系统大大减少野外水质遥测站的单站建设投资及年运行和维护费用;在发生污染事故时,可以提前部署各项应急工作,有效地减少了饮用水源污染的危害.     

典型污染场地含水层天然净化能力溶质模拟研究

根据典型石油类污染场地岩性、水文地质等特征,在长期观测、抽水试验及弥散试验等资料搜集与分析基础上,通过水流模型验证,构建了地下水水流运动及溶质迁移的数值模型。选取苯系物(BTEX)作为模拟因子,运用GMS软件中MT3DMS模块模拟地下水对流-弥散溶质迁移过程,运用RT3D模块模拟研究了地下水中移动、非移动的多种微生物共存的有机污染物生物降解过程。结果表明,生物降解化学反应具有明显的降低污染物峰值的作用,而研究区存在大量的好氧微生物作用和反硝化作用,据此提出可以采用原位生物修复技术来治理石油污染。     

Lattice Boltzmann simulation of solute transport in a single rough fracture

In this study, the lattice Boltzmann method （LBM） was used to simulate the solute transport in a single rough fracture. The self-affine rough fracture wall was generated with the successive random addition method. The ability of the developed LBM to simulate the solute transport was validated by Taylor dispersion. The effect of fluid velocity on the solute transport in a single rough fracture was investigated using the LBM. The breakthrough curves （BTCs） for continuous injection sources in rough fractures were analyzed and discussed with different Reynolds numbers （Re）. The results show that the rough frac~＇e wall leads to a large fluid velocity gradient across the aperture. Consequently, there is a broad distribution of the immobile region along the rough fracture wall. This distribution of the immobile region is very sensitive to the Re and fracture geometry, and the immobile region is enlarged with the increase of Re and roughness. The concentration of the solute front in the mobile region increases with the Re. Furthermore, the Re and roughness have significant effects on BTCs, and the slow solute molecule exchange between the mobile and immobile regions results in a long breakthrough tail for the rough fracture. This study also demonstrates that the developed LBM can be effective in studying the solute transport in a rough fracture.     

建设项目温排水对水环境影响分析初探

建设项目水资源论证分析工作需要科学、实用的数学模型进行退水对水环境的影响分析计算，当前相继立项建设的电厂、热电厂都将产生大量的温排水，其稀释扩散规律与普通污染物扩散规律有一定的相似性。本文通过实例，采用二维对流扩散模型分析探讨温排水对水环境的影响程度。     

基于WPAPP模型的水土保持综合效益研究

鉴于传统的投影寻踪模型(PP)处理高维非线性数据很难达到良好的效果,引入生物群体智能算法中的狼群算法对PP模型进行优化,以提高投影寻踪模型的精准度。以生态效益和社会效益为准则层建立水土保持综合效益评价指标体系,并运用定量分析原理提出了水土保持综合效益的5类分级标准。将优化模型运用到湖北省郧西县3个时间段的水土保持综合效益研究中,分析结果与当地实际情况十分吻合,表明所建立的指标体系和优化模型比较合理,评价方法可行,不失为水土保持综合效益的研究提供了一类新的思路与方法。