永城电厂水源地裂隙岩溶水的数值模拟

通过对永城电场水源地地质条件物理模型的概化,确定适合该区的数学模型,对原始状态及不同开采量情况下地下水位进行了模拟,从而确定了该区裂隙岩溶水的允许开采量。     

基于GMS的岩溶区火电厂地下水污染物运移模拟

根据毕节市某拟建火电厂水文地质条件,利用GMS软件建立研究区地下水流模型、溶质运移模型。在防火堤底部采取黏土、防水混凝土、土工膜3种不同防渗材料情况下,模拟柴油泄漏在研究区强径流带的运移情况,结果表明:不同防渗材料下污染物渗漏的影响范围相差较大,采用黏土和防水混凝土作为防渗层时,柴油泄漏后向含水层各个方向发生运移,污染羽大致呈椭圆形,污染物以渗漏点为中心沿水流方向向下游扩散,进入强径流带后迅速流入地下暗河;采用土工膜作为防渗层时,污染物几乎未透过土工膜渗入地下水。     

徐州市张集水源地裂隙岩溶水三维等参有限元数值模拟

基于徐州市张集水源地裂隙岩溶水贮存和运动特征 ，建立了三维有限元数学模型，利用等参有限元方法求解，并根据大型群孔干扰抽水试验资 料，识别模型参数，进一步对裂隙岩溶水资源的开采方案进行了评价，得到结论如下：(1) 模型具有较高的精度，适合于张集水源地裂隙岩溶水资源评价；(2)张集水源地的允许开采 量为13.71万m3/d，这一数值是有保证的；(3)在年降水量大于846.4mm(该区历史上降水 量偏 低的10年的年平均降水量)的年份，允许开采量可增大。上述结论为水源地开采提供了依据 ，同时对条件类似地区的地下水资源评价具有重要的参考价值。     

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。     

考虑裂隙迹长和开度相关性的随机裂隙网络数值模拟及渗流分析

基于蒙特卡罗法,引入裂隙迹线长度和开度的相关性函数,提出了一个改进的随机裂隙网络生成算法。利用MATLAB平台编制程序,实现二维裂隙网络的生成,通过与布尔模拟生成的真实裂隙场的比较,验证了改进算法的有效性和程序的正确性。然后借助离散裂隙网络渗流模型对生成的裂隙网络进行渗流分析。分别在考虑迹长开度相关性和不考虑二者相关性的条件下,计算了随机裂隙网络的渗流场,给出了下游边界出口裂隙流量分布和裂隙网络内部水压力的分布。计算结果表明,考虑裂隙迹线长度和开度的相关性能很好地反映裂隙网络渗流的结构特征,从而证明了所提方法的合理性。该模型是对随机裂隙网络模型的有效补充,可为岩体工程渗控分析提供理论基础和数值计算工具。     

裂隙-管道介质泉流量衰减过程试验研究及数值模拟

岩溶多重介质含水系统泉流量特征的研究对岩溶水资源的开发利用具有重要的指导意义。利用自主研发的裂隙-管道介质物理模型,模拟岩溶裂隙-管道介质的泉流量衰减过程,设计多组试验探讨不同因素对泉流量衰减过程的影响。试验结果表明,衰减过程随释水介质的变化分为3个亚动态;衰减系数的大小主要受泉口大小、补给状态、含水介质初始蓄水状态的影响。基于物理试验结果,通过Visual MODFLOW软件结合等效渗透系数法建立符合物理模型机制的水流数值模型,对数值模型进行参数灵敏度分析,研究模型内部结构对泉流量过程的影响。结果表明,排水沟的综合水力传导系数对泉流量过程影响最大,垂直层面裂隙等效渗透系数的影响次之,管道等效渗透系数的灵敏度再次之,泉流量过程对层面裂隙等效渗透系数最不敏感。     

地下水石油污染治理的水力截获技术及数值模拟

本文首先分析了地下水中石油类污染的时空分布规律，在此基础上，布置了水力截获工程．水力截获带运行后的结果表明，水力截获技术可以去除地下水中的部分石油类污染物．另外，还对水力截获带运行期间地下水中石油类污染物的运移做了数值模拟，特别是对污染源切断前后地下水中石油类污染物的时空分布规律进行了预测．最后，得出如下结论：（１）查清研究区的水文地质条件是布置治理工程的前提，（２）切断污染源是有效治理的关键．     

一类流域点污染源识别的稳定性与数值模拟

本文考虑了流域中单个点污染源识别问题的唯一性、稳定性和反演算法.该问题的数学模型为一维线性对流反应扩散方程,方程的源项F(x,t)表示了污染源是一个随时间变化的点污染源.在对污染源及测量点的先验假设下,获得了点源识别的唯一性和局部稳定性,给出了识别污染源位置S和污染强度λ(t)的计算方法.数值例子表明源项反演的算法是有效的.     

基于水箱模型的会仙岩溶湿地睦洞河小流域径流模拟研究

受岩溶地貌分布和岩溶发育的影响,岩溶地区降雨径流过程复杂,径流模拟有助于识别岩溶地区径流产生的主要影响因素。针对会仙岩溶湿地睦洞河小流域岩溶地貌特点,建立双水箱并联错时模型,采用以Excel为基础建立的人工神经网络进行参数优选。以睦洞河小流域实测出流量为评价依据,采用相对误差、Nash-Sutcliffe效率系数和相关系数对率定期和验证期的径流模拟效果进行评价,率定期的年均相对误差为7.5%、Nash-Sutcliffe效率系数为0.63、相关系数为0.72,验证期的年均相对误差为10.5%、Nash-Sutcliffe效率系数为0.56、相关系数为0.63,说明模型能够在研究区得到良好的模拟效果。对睦洞河小流域水箱模型径流模拟的参数敏感性进行分析,结果表明,地表下渗性能、岩溶快速流和慢速流的存在以及岩溶基流等岩溶地貌特点主要影响岩溶小流域的径流分配和产流量大小。     

基于Richards方程切换的土壤水流及溶质运移数值模拟

根据每个节点的土壤水分状态来选择合适的Richards方程形式,并用隐式迭代算法求解,得到一种用于模拟土壤水盐运移过程的通用方程切换方法。该方法能自由切换任意节点的控制方程,从而充分利用水头型和含水量型Richards方程的优势,适用于所有主流的迭代求解算法。成功将该方法应用于非均质土壤饱和-非饱和的溶质运移过程模拟。通过室内及数值试验,证明其在干燥砂土淋盐及干湿交替上边界的土壤积盐等普遍难题中,相比传统数值算法能大幅度提高计算效率和精度。本文方法对大区域饱和-非饱和水流运动及溶质运移数值模拟具有显著优势及应用前景。     

二维强非均质含水层中水力传导度空间变异对污染物迁移的影响

对于介质的非均质性相对较小的情况，可将水力传导度对数(lnK) 的空间分布概化为正态分布的统计均匀随机场。而对于强非均质介质，lnK的空间分布可表征为其增量遵从Levy稳定分布的非平稳随机场。本研究假设二维承压含水层内面积为128m x 128 m的研究区域中,在(10m,64m)处瞬时注入浓度为1000 mg/L的污染物：利用改进的连续随机增加（successive random additional, SRA) 方法生成含水层lnK增量具有Levy稳定分布的统计特征的随机场；采用Monte-Carlo数值实验方法并结合MODFLOW与MT3DMS分别模拟研究区域内水流和溶质迁移过程，分析水力传导度强变异性对污染羽状物浓度空间矩及宏观弥散的影响。结果表明：Levy指数a决定lnK的空间分布形状，宽度参数C则影响lnK的取值范围；污染羽的质心位置(一阶矩)与C、a的大小无关；C越大、a 越小，污染羽形状越不规则，污染羽状物的扩散范围(二阶矩)越大；且a 越小，污染羽状物具有明显的拖尾现象；纵向宏观弥散度随时间呈幂函数递增趋势。     

Numerical modeling of wastewater transport and degradation in soil aquifer

1. INTRODUCTION The wastewater soil treatment system is an ecological treatment system where a self-adjustingand purification mechanism involving land soil– microorganism–plant ecology is formed to effectively treat the wastewater, meanwhile the nutrien…     

二维强非均质含水层中渗透系数空间变异对污染物迁移的影响

对于强非均质介质,渗透系数的对数lnK的空间分布可表征为其增量遵从Levy稳定分布的非平稳随机场。本文利用改进的连续随机增量方法生成含水层lnK增量具有Levy稳定分布的统计特征的随机场;采用Monte-Carlo数值实验方法并结合MODFLOW与MT3DMS分别模拟研究区域内水流和溶质迁移过程,分析渗透系数强变异性对污染物浓度空间矩及宏观弥散的影响。结果表明:Levy指数α决定lnK的空间分布形状,宽度参数C则影响lnK的取值范围;污染物的质心位置与C、α的大小无关;C越大、α越小,污染物形状越不规则,污染物的扩散范围越大;且α越小,污染物具有明显的拖尾现象;纵向宏观弥散度随时间呈幂函数递增趋势。     

含水层中重金属溶质运移动力学模型研究进展

在总结国内外重金属污染研究的基础上,综述含水层中重金属溶质运移动力学模型的发展,归纳总结模型的计算方法。讨论了模型参数的确定方法,以及温度,p H值,孔隙水流速,有机质与胶体,土壤非均匀性对参数确定的影响。最后,指出含水层中重金属溶质运移过程中目前研究存在的主要问题,并对将来在该领域需重点研究的内容进行展望。     

铜矿尾矿库污染物在地下水中运移规律数值模拟

尾矿库是矿山生产环节的必建场所,对周边生态环境有深远影响。以甘肃南畔铜矿为研究对象,运用Visual MODFLOW建立三维可视化水文地质模型,并通过MT3DMS溶质运移模块对4种特征污染物在无防渗和防渗破损两种非正常工况下进行污染物运移规律模拟和预测,从而验证尾矿库的可靠性,为尾矿库周边环境污染治理提供依据。结果表明:污染物在地下水中沿水流方向运移,随运移距离的增大,污染物浓度逐渐减小;总磷和氨氮运移距离远,对水环境的影响超过总砷和六价铬;相对于尾矿库无防渗,尾矿库采取防渗措施,可以有效降低对地下水污染的风险。     

渗流及地下水污染二维预测模型

在各项异性渗流模型的基础上，建立了地下水污染物质输移运动的二维数学预测模型，采用有限元法对渗流和污染物分布进行模拟，并且用解析解检验了数学模型的可靠性。对于污染物随地面降雨入渗的二维非恒定问题，计算结果与已有文献进行比较，证明了数值模拟的可信度。进一步实际模拟在非均匀介质情况下的污染物随地下水输移过程，分析了介质的透水特性对污染物浓度的影响。     

污染物及土壤水动力迁移的数值模拟

本文在分析水分及污染物在土壤中迁移物转化规律的基础上，建立了水分及污染物迁移的耦合数学模型。采用有限差分法离散水分方程和污染浓度方程，得到了数值计算模型。运用分散平均方法估算水力传导率，并用中心差分和隐式差分格式并存的系数矩阵求解方法，加快计算的收敛性。利用该数值计算模型，模拟计算了具有应用背景的水分及污染物在非饱和土壤中的迁移规律，数值计算成果得到了试验资料的验证，两者吻合良好，为研究和解决地下水污染问题提供了有效的手段     

填海工程背景下半岛地下水流场及污染物运移的数值模拟分析

以古雷半岛为例,基于GMS地下水数值模型探索海砂填海(情景一)、海砂+黏土填海(情景二)、黏土填海(情景三)这三种填海情景对研究区地下水流场及污染物运移的影响。结果表明:(1)研究区在填海背景下地下水水位整体抬升,水位上升幅度由小到大依次为情景一、情景二、情景三,最高升幅达4.78m。(2)不同填海情景下的地下水流场差异在填海区的黏土区域最为明显,情景二、情景三与情景一的地下水水位差最大值分别为4.44 m和8.20m。(3)在仅考虑物理作用的情况下,三种填海情景下污染物运移均呈现以水平运移为主、垂向运移为辅的特点。(4)相较于污染物运移基本相同的情景一与情景二,预测时间30a时,水平方向上情景三污染物迁移面积、迁移速率分别下降23.07%、18.89%;垂向上污染物主要积聚于第一层含水层,情景三观测井在第一层含水层的污染物浓度为情景一(或情景二)的5.87倍。说明采用低渗透性黏土填海对于污染物运移具有一定的阻滞作用。     

地下水TCA污染及去除污染的数值模拟分析

本文建立了描述场址区含水层中TCA污染运移的数学模型，采用有限差分法求解。假定场址区水流呈稳定态，而溶质运移呈非稳定态。数值模拟结果表明，持续去污条件下含水层中TCA污染羽状体的分布范围及其浓度均有明显的减小，三年之后，其去污效率达80%以上。因而认为，抽出处理方案于本实例中的应用是成功的。场址污染含水层介质的较强的水力传导性是其主要的有利因素。     

基于和声搜索算法的地下水污染源与未知含水层参数的同步反演研究

地下水污染源反演问题和含水层参数反演问题都是典型的地下水逆问题。在未知含水层参数(渗透系数、弥散度等)等先决信息的情况下进行地下水污染源反演计算时,需要根据已有的监测数据(水位和浓度等)对地下水污染源和未知含水层参数进行同步反演。在同步反演优化问题中,决策变量包括污染源位置、强度以及待求的含水层参数。论文首先介绍同步反演模型的框架组成(包括污染物迁移模型和反演优化模型),然后在对已有的各种和声搜索改进算法进行研究的基础上结合同步反演模型提出一种改进的和声搜索算法,最后将同步反演模型和改进的和声搜索算法应用于具体的算例研究。研究表明,改进的和声搜索算法具有算法稳定高效、求解精度高等特点,能够广泛应用于复杂的地下水污染源和含水层参数反演问题。