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。     

土壤中吸附性溶质运移对流-弥散模型的准解析解及其数值模拟

给出了稳定流条件下，同时考虑随深度变化的一阶降解和随深度变化的线性平衡吸附时，一维溶质运移的对流-弥散方程。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。     

考虑弥散尺度效应的一维反应性溶质运移两区模型及应用

为考虑溶质运移的弥散尺度效应,将弥散度概化为运移距离的线性和指数函数,并考虑溶质的吸附和降解,建立了非均质介质中溶质运移的一维两区模型(TRM),采用Laplace变换和de Hoog数值逆变换方法求得了模型的半解析解,分析了考虑弥散尺度效应与弥散度为常数的TRM之间的对应关系,利用算术平均方法计算了考虑弥散尺度效应的...     

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。     

饱和-非饱和土壤中吸附性溶质水动力弥散实验研究

本文通过室内土柱对轻壤土和重壤土饱和、非饱和水动力弥散实验，得到了吸附性溶质水动力弥散参数的计算方法。根据一维饱和弥散实验结果，由相应的解析解，用简化计算方法求得饱和水动力弥散系数Dsh和阻滞因子R；对于一维非饱和弥散实验，在分析溶质的水动力弥散理论的基础上，推导出求解非饱和土壤水动力弥散系数Dsh(θ)的计算公式。     

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。     

考虑弥散尺度效应的两点吸附溶质运移模型及半解析解

该文考虑弥散尺度效应,建立了有限土柱中溶质运移的两点吸附降解模型。采用Laplace变换和数值反演方法求得了模型的半解析解,并应用试验资料对模型进行了验证。应用半解析解模拟分析了弥散尺度效应、平衡吸附点位所占比例及边界条件对溶质运移过程的影响。结果表明:弥散尺度效应越强土壤溶质运移锋面越远,分布范围越广,溶质浓度峰值越小。平衡吸附点位所占比例越小溶质运移锋面越远,但对溶质分布范围与浓度峰值影响不大。当经验常数a为1.0 m-1时,有限土柱和半无限土柱中溶质浓度几乎一致,出口附近处有限土柱中浓度模拟结果较高;当经验常数a小于1.0 m-1时,模拟结果恰好相反。     

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。     

一维饱和与非饱和水动力弥散的实验研究

本文通过室内对中壤土及轻壤土饱和、非饱和水动力弥散实验,认为对实验土样不动水体是存在的,在描述弥散过程的数学模型中应考虑不动水体的作用。根据一维饱和弥散实验结果,由相应的解析解,用单纯形法反求了参数;对于一维非饱和弥散实验,提出了一种求解水动力弥散方程的数值方法,并用试算法反求了实验土样的弥散参数。     

用改进的特征有限元法确定抽水（注水）时的弥散参数

弥散参数是计算地下水中溶质运移和污染预测时的重要参数。本文提出用Hermitian插值的特征有限元法计算含水层的弥散度和阻滞系数。砂槽试验表明,数值计算的结果和实际观测值以及解析解相当一致,有高的精确度。用本文提出的数值计算方法,可消除大部分的数值弥散和数值振荡,可实际应用于由于抽水或注水造成的辐射流的弥散试验中的求弥散参数问题。也可推广应用于其他的溶质运移问题的数值计算中。     

Modelling of solute transport in a filled fracture: Effects of heterogeneity of filled medium

In this paper, the developed lattice Boltzmann method(LBM) is used to model the solute transport in a filled fracture under a heterogeneous advective velocity field. The results of the developed LBM in modelling the solute transport are compared with the published experimental data. The numerically derived BTCs indicate that the distribution of the filled medium in the fracture has a significant effect on the characteristics of the BTCs, even with the same porosity. The heterogeneity of the filled medium is responsible not only for the heterogeneous advective velocity field but also for the early arrival and long tails of the BTCs. The long tailings of the BTCs increase their length with the increase of the duration of the input pulse. Furthermore, the BTCs obtained from the LBM simulations are well consistent with the two-region model(TRM). The fitting results show that the fractional mobile region varies with the distribution of the filled medium. The long tailings of the BTCs increase their length with the increase of the immobile region while the concentration peak value increases with the increase of the mobile region.     

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.     

两区模型和变密度模型溶质运移试验对比分析

为验证两区模型和变密度模型描述海水入侵过程中溶质运移现象的可行性,先后采用内径为9和11 cm的土柱进行室内稳定流土柱试验,讨论两区模型相比普通CDE模型的优点,以及采用直径10 cm,高300 cm土柱进行溶质运移试验,并应用非均质两区模型和过渡带变密度模型对验证结果作分析比较.采用决定系数和均方误差作为模型验证评价指标,结果表明:两区模型较普通CDE模型能更准确地模拟D9和D11土柱中溶质运移的整个过程.在模型对比土柱试验中两区模型和变密度模型都能很准确地描述溶质运移,说明两区模型在海水入侵模拟试验中存在应用的可能性.在数值模拟过程中同时发现流速基本不变的情形下,随着尺度的增加,溶质运移过程中的弥散系数也增大,且产生尺度效应,故需进一步作室外参数修正.     

珠江河网与河口一、二维水沙嵌套数学模型研究

利用三级联合解法和“节点含沙量控制法”,建立了珠江三角洲河网区一维非恒定流水沙数学模型,伶仃洋平面二维水沙模型采用了正交曲线坐标下DSI和ADI法。通过虎门、蕉门、洪奇门、横门4个交接面的水位、流量和输沙量等物理量的相互传递,在每一迭代步内进行河网一维与伶仃洋二维水沙模型的嵌套计算。利用2001年2月枯季和2003年7月洪季实测的水文资料进行验证。结果表明,模型计算结果无论在珠江三角洲河网区、交接断面以及伶仃洋区均与实测资料吻合较好,该模型可用来模拟珠江三角洲河网和伶仃洋的水沙运动过程。     

土壤溶质迁移的两区模型与两流区模型对比分析

本文在分析描述土壤溶质迁移的两流区与两区模型的区别与联系的基础上,利用连续和脉冲输入情况下的试验资料对两区和两流区模型的预测能力进行了比较和分析。结果表明,与两区模型相比,两流区模型可以更好地描述优先流情况下的溶质穿透曲线。对于无优先流情况,两个模型预测结果基本相同。通过在无优先流情况下两个模型参数间关系的分析发现,在连续流输入情况下两个模型的参数一致性较好,而在脉冲输入时一致性较差。     

1-D coupled non-equilibrium sediment transport modeling for unsteady flows in the discontinuous Galerkin framework

A high-resolution,1-D numerical model has been developed in the discontinuous Galerkin framework to simulate 1-D flow behavior,sediment transport,and morphological evaluation under unsteady flow conditions.The flow and sediment concentration variables are computed based on the one-dimensional shallow water flow equations,while empirical equations are used for entrainment and deposition processes.The sediment transport model includes the bed load and suspended load components.New formulations for Harten-Lax-van Leer(HLL) and Harten-Lax-van Contact(HLLC) are presented for shallow water flow equations that include the bed load and suspended load fluxes.The computational results for the flow and morphological changes after two dam break events are compared with the physical model tests.Results show that the modified HLL and HLLC formulations are robust and can accurately predict morphological changes in highly unsteady flows.     

河道及河口一维及二维嵌套泥沙数学模型

建立了一种河道及河口一、二维嵌套的泥沙数学模型，对基本的控制方程、方程的离散和求解方法、嵌套连接条件以及非均匀沙的处理等问题进行了研究。以非恒定非均匀不平衡输沙理论作为本文建模的基础，为方便处理，通过交界面的水位、流量和含沙量等的传递，在每一迭代内进行耦合计算。数值模拟结果与实测资料吻合较好，且计算省时，表明本文建立的嵌套模型是一种解决某些实际工程问题的可靠的和高效的工具。