基于降雨空间变异的潜水运动随机模拟方法Ⅱ——条件模拟

建立了降雨空间变异条件下基于KLPC解法的潜水运动条件模拟方法，假设平面上若干测点的降雨量已知，分析了当随机模型中加入雨量站观测值时水头、流速和水动力弥散系数标准差的变化情况。研究结果表明：在条件模拟中，由于降雨协方差具有非平稳结构，需要采用数值解法来求解Fredholm方程；条件模拟方法计算出的水头、流速和水动力弥散系数的标准差要小于非条件模拟的结果；在降雨空间变异条件下，降雨的相关长度越大，方差越大，条件模拟对水头标准差削减越明显；与水头相比，条件模拟下流速和水动力弥散系数的标准差的消减更为明显，因此在考虑降雨的空间变异性时，条件模拟可减小溶质运移输入参数的不确定性具有一定作用。     

次降雨入渗补给系数空间变异性研究及模拟

本文分析了降雨不均匀入渗补给的产生机理，应用地质统计学方法研究了次降雨入渗补给系数的空间变异性，建立了协方差函数与方向角的函数关系；对次降雨入渗补给系数进行了KarhunenLoeve展开，通过求解特征值、特征函数及随机向量模拟次降雨入渗补给系数随机场。分析结果表明，在水平径流微弱、潜水面坡度小的地区，平稳场理论可以有效地描述次降雨入渗补给系数空间分布规律，KL展开法具有优越的收敛速度。     

地下水流数值模拟中随机因素的灵敏度分析

本文以待定系数摄动随机有限元法为基础，在以渗透系数、给水度、边界、源汇项为随机变量的条件下，建立了二维潜水非稳定流随机模型，编制了二维摄动随机有限元通用程序。通过对太原盆地地下水系统的随机模拟，分析了渗透系数、给水度、边界、开采量4个随机因子对水头模拟值的影响程度。结果表明，对水头期望值影响的灵敏度：渗透系数最大，其次为给水度和边界值，井开采量最小；对水头方差影响的灵敏度：给水度最大，其次为渗透系数和边界值，井开采量最小；对水头摄动量影响的灵敏度，两个随机参数中渗透系数较大，给水度较小。     

火电厂贮灰场地下水环境预报数学模型

建立了火电厂贮灰场地下水环境预报数学模型，其中浓度场的模拟采用欧拉─拉格朗日方法和九结点高次有限元插值，与之耦合的非稳定地下水流速场则采用混合有限元新方法求解。因此，该模型关于浓度和流速的模拟均具有高精度。对某电厂曹海灰场中F-和SO_4~2-等污染组分在地下水中的运移扩散作了二十年长期预报。模型考虑了场源浓反随时间的变化，大气降雨等多种因素，并反映了停止冲放灰水之后地下水缓慢的自净过程。     

火电厂贮灰场地下水环境预报数学模型

建立了火电厂贮灰场地下水环境预报数学模型，其中浓度场的模拟采用欧拉－拉格朗日方法和九结点高次有限元插值，与之耦合的非稳定地下水流速场则采用混合有限元新方法求解。因此，该模型关于浓度和流速的模拟均具有高精度。对某电厂曹海灰场中Ｆ＾－和ＳＯ４＾２－等污染组分在地下水中的运移扩散作了二十年长期预报。模型考虑了场源浓度随时间的变化，大气降雨等多种因素，并反映了停止冲放灰水之后地下水缓慢的自净过程。     

沼液中全氮在非饱和均质土壤中的吸附特征试验

为探讨沼液中全氮在非饱和均质土壤中的吸附特征,在室内恒温条件下,对非饱和均质土柱采用一维沼液吸附试验,测定不同沼液浓度、土壤密度及沼液入渗水头条件下渗出液电导率及全氮含量,并应用对流弥散溶质运移模型和CXTFIT2.0软件对试验数据进行拟合,得到了不同试验方案下的全氮平均孔隙水流速和水动力弥散度。试验结果表明:不同试验方案下较大密度土壤的渗出液电导率峰值点均小于较小密度土壤的峰值点;峰值点后渗出液的电导率与峰值点差值随沼液浓度的增大而增大;相同土壤密度及入渗水头条件下,随沼液浓度的增大,吸附曲线逐渐向右偏移,全氮运移吸附转折点对应时间及被截获在土柱中的全氮量增加,而吸附转折点渗出液相对浓度、平均孔隙水流速及水动力弥散度均减小;相同沼液浓度及土壤密度条件下,随入渗水头增大,土壤对全氮吸附达到饱和所需时间减少,平均孔隙水流速及水动力弥散度增大;相同沼液浓度及入渗水头条件下,随土壤密度的增大,全氮吸附转折点对应时间增长,水动力弥散度增大,而平均孔隙水流速减小。     

降水入渗补给系数空间变异性分析

分析了降雨不均匀入渗补给的产生机理，应用地质统计学方法研究了次降雨入渗补给系数的空间变异性，建立了协方差函数与方向角的函数关系；对次降雨入渗补给系数进行了Karhunen-Loveve展开，通过求解特征值、特征函数及随机向量模拟次降雨入渗补给系数随机场。分析结果表明，在水平径流微弱、潜水面坡度小的地区，平稳场理论可以有效地描述次降雨入渗补给系数空间分布规律，KL展开法具有优越的收敛速度。     

非均质土体中渗流场的非平稳随机模拟

将渗透系数作为对数正态非平稳随机场,分解为确定性趋势和平稳性扰动两部分,采用基于随机场Karhunen Loeve展开和摄动分析的KLME随机数值方法,探讨参数场的连续型线性趋势和间断型趋势项对渗流场统计特征的影响。分析表明,水头均值和标准差的空间分布受到参数场趋势性变化的影响,随线性趋势的变化方向而呈不同分布,线性趋势的斜率增大,水头统计矩的二阶修正项的作用也增大,在参数场间断型趋势条件下,水头统计矩呈复杂的非规则空间分布。     

强变异渗透系数对地下水和溶质迁移影响的模拟研究

渗透系数的空间变异性是影响地下水运动和溶质迁移过程的主要因素。本文利用改进的连续随机增加方法(Successive random additional method,简称SRA)生成了渗透系数对数(lnK)具有分维Levy运动统计特征的随机场,并对生成样本的统计特征进行了分析验证,同时应用蒙特卡罗方法研究含水层渗透系数的空间变异性对地下水运动和溶质迁移过程的影响。结果表明:Levy指数α越小,渗透系数空间变异性越强。当研究区域渗透系数的对数lnK增量符合Levy稳定分布时,其纵向流速对数lnv增量同样具有Levy稳定分布,且所对应的Levy指数αlnK与αlnv的大小基本一致。污染羽一阶矩纵向分量Mx随lnK平均值的增大而增大,而与α的大小无关。同一lnK均值条件下,纵向分量Mx随时间增大而增大,横向分量My与时间无关。污染羽二阶矩分量Mxx和Myy随α的减小而增大,表明渗透系数的空间变异性越强,污染物质心的扩散范围越大。渗透系数的空间变异程度对地下水运动和溶质迁移过程的影响十分明显。     

尾水管内水流动力特性分析

尾水管内水流动力特性分析Ｔ．斯托布里Ｓ．迪尼兹主题词尾水管，非均匀流，流速分布，流速观测，水力计算，最优运行，低水头水轮机提高低水头电站水轮机的比转速是竞争日益激烈的水轮机设计先决条件，这涉及到尾水管进口、转轮出口流速增大的问题。减小水轮机尺寸将引起...     

STOCHASTIC ANALYSIS OF GROUNDWATER FLOW SUBJECT TO RANDOM BOUNDARY CONDITIONS

A stochastic model was developed to simulate the flow in heterogeneous media subject to random boundary conditions. Approximate partial differential equations were derived based on the Karhunen-Loeve （KL） expansion and perturbation expansion. The effect of random boundary conditions on the two-dimensional flow was examined. It is shown that the proposed stochastic model is efficient to include the random boundary conditions. The random boundaries lead to the increase of head variance and velocity variance. The influence of the random boundary conditions on head uncertainty is exerted over the whole simulated region, while the randomness of the boundary conditions leads to the increase of the velocity variance in the vicinity of boundaries.     

试验场地下水流的数值模拟

为研究某市建的试验场是否对周边地下水量造成影响,采用伽辽金有限单元法,建立试验场浅层地下水水流模型,使用Fortran语言对所建立模型进行编程,并对试验场地下水进行了数值模拟.本次计算共分为十二个阶段,每个阶段的时间步长为30 d.计算结果表明:在模型的识别阶段和验证阶段,所有观测孔水头的计算值与观测值,在各时段拟合相对误差率分别为66.28％和88.53％,所建模型基本可用于试验场地下水水流计算.周边地下水水位增加94.08 mm,试验工程建成后会对周边地区造成影响.     

后置灯泡贯流泵装置“马鞍”区数值模拟

"马鞍"区是指轴流泵装置在扬程-流量曲线上小流量工况时的扬程随着流量的减小而出现先减后增的一段区域,在该区域内,泵装置运行状况极不稳定。以南水北调东线淮安三站的后置灯泡贯流泵装置为研究对象,采用ANSYS-CFX数值模拟与模型试验相结合的研究方法,计算并分析了"马鞍"区的流动特性,并将其与设计工况时流动特性进行了对比。结果表明:泵装置运行在"马鞍"区时,进水流道出水断面轴向速度的分布均匀度与速度加权平均角,前、后导叶体段的水头损失,过流部件内部流速场与压力场的分布等指标,均达不到设计要求;在"马鞍"区工况内,大流量时的水力性能要优于小流量时的水力性能。     

Numerical simulation of groundwater flow and land deformation due to groundwater pumping in cross-anisotropic layered aquifer system

In a natural aquifer, the aquifer properties are complicated, which normally vary with aquifer depth and geographic characteristics. Most previous studies have been limited to the case of isotropic aquifer with uniform characteristics. In the proposed model, the fully coupled ground water flow and land deformation due to groundwater pumping in cross-anisotropic aquifer system is used to analyze and predict. Based on this model, pumping-recovery tests in various conditions are numerically simulated to reveal the effects of cross-anisotropic aquifer behavior on hydraulic head and land deformation. Finally, the proposed method is applied to a project in Shanghai of China due to pumping of groundwater predicted. Comparing the calculated results with the measured field values indicates that the methods can be a useful tool for designing groundwater pumping projects.     

基于van Genuchten-Mualem模型的饱和-非饱和介质流动随机数值分析

基于van Genuchten-Mualem非饱和水分特征模型，联合运用Karhunen-Loeve展开法、混沌多项式展开以及摄动方法，对饱和-非饱和流问题进行随机数值分析。将土壤特性参数假定为协方差已知的随机函数，并按Karhunen-Loeve法分解，把压力水头表示为多项式。通过摄动方法得到一系列关于水头展开式的偏微分方程，用有限差分法进行求解，获得了压力水头的随机描述，并计算其均值和方差。应用本文的随机模型研究了二维非饱和以及饱和-非饱和介质流动的实例，结果与动量方法的计算结果一致，而且计算效率高于传统的动量方法。     

二滩水电站1号泄洪洞水力特性与掺气减蚀的三维数值模拟

基于VOF法和k-ε紊流模型,对二滩1#泄洪洞进行了全流道三维数值模拟计算,获得了泄洪洞的流场及速度场、压力分布、水相分布及空腔、流速矢量等水力特征参数。计算结果表明:在原有体型通气孔侧墙部位,水流掺气不充分,出现局部负压,是造成该部位发生空蚀破坏的主要原因。本文所采用的数值模拟模型计算可以成为研究泄洪洞水力特征和掺气减蚀的一种方法。     

地下水流速及介质非均质性对重非水相流体运移的影响

重非水相流体(DNAPL)在地下介质中的运移分布受多种因素影响,包括DNAPL的物化性质、泄漏速率、地下水流速和介质非均质性等。本文采用地质统计方法生成渗透率随机场刻画非均质性,运用T2VOC模拟不同流速情形下DNAPL在均质/非均质介质中的运移分布,以评估地下水流速和非均质性对DNAPL运移的影响。研究结果表明,地下水流速的增大显著促进了DNAPL的水平和垂向运移。相同流速情形下,非均质性的增强使得DNAPL污染羽分布形态及运移路径的空间变异性增强,出现明显的蓄积和绕流。当DNAPL运移的优势通道方向与流速方向相反时,水流对DNAPL水平运移的促进作用将减弱,反之,其促进作用增强。随着流速与非均质性的同时增强,水平方向上污染羽的扩散范围增大,另外水平和垂直方向上质心位置(一阶矩)及展布范围(二阶矩),污染池起始位置及其长度的空间变异离散程度增大。     

大石峡水电站进水口叠梁门分层取水试验研究

为分析电站进水口采用叠梁门型式分层取水方案的可行性,本文通过1：21.05的水工模型对大石峡水电站叠梁门分层取水进水口水力特性进行了系统研究。主要研究内容包括对不同叠梁门高度取水时,进水口的水流流态、叠梁门体的压力分布、叠梁门顶及竖向流道的流速分布、进水口段总的水头损失系数等。试验结果表明：电站进水口设置叠粱门后,叠梁门顶水头大于18.0 m时不产生有害吸气旋涡,门体压力分布接近静水压力分布;进水口段的水头损失在1.17~1.30 m之间;靠近叠梁门门顶部位的水流流速较大,表层水流流速较小;叠梁门后不同高程竖向流道的水流流速接近于梯形分布,主流偏于进水塔靠下游挡墙侧。在进水口设置叠梁门进行分层取水方案是可行的。