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。     

地下水污染运移数值模拟及最优估计

本文基于剖开算子法，提出耦合求解地下水流方程和污染运移方程的数值方法，并Ｋａｌｍａｎ滤波技术在地下水污染研究中的应用。计算例表明，本文所提数值方法及Ｋａｌｍａｎ滤波理论的应用，能够避免数值模拟过程中的不良现象，大大提高计算精度，更好地应用于实际工程。     

混合拉普拉斯变换有限单元法计算二维地下水溶质运移问题

在求解对流占优的地下水溶质运移问题时，常规数值方法会产生数值扩散和过量现象．本文将混合拉普拉斯变换有限单元法引入求解二维对流扩散问题，结果表明，这种新的计算方法能有效地消除数值扩散和过量现象，同时由于具有一步到位、局部求解的优点，因而特别适于大区域地下水污染的长期预报     

排水农田氮素运移,转化及流失规律的研究

在总结文献和室内外试验基础上，对排水条件下氮素运移，转化及流失规律进行了分析研究；建立了一维、二维土壤水和地下水中氮素运移转化数学模型；探索了有限元数值计算法耦合求解水流和氮素运移模型，并提出了改进流线追踪法，克服已有简易计算方法中采用经验数据，精确方法计算繁复，且耗机时多的缺点，可用于排水农田氮素运移长期预报。     

承压含水层非稳定流拉普拉斯变换有限层分析

以有限层法为基础，利用拉普拉斯变换，将时间域上的地下水非稳定流的问题转化到拉普拉斯域求解,提出了求解地下水三维非稳定流的拉普拉斯变换有限层法，建立了拉普拉斯空间中的有限层方程，在求得拉氏空间解的基础上，利用Stehfest数值逆变换方法实现了一步求解给定时刻任意位置的地下水降深。在数值算例验证本文方法的正确性的基础上，讨论了Stehfest数值逆变换中计算项数K的合理取值和计算参数对K取值的影响。本文方法不仅具备将三维问题简化为一维问题求解的优点，而且克服了传统数值方法只能对离散点分别进行数值逆变换的局限性，进一步提高了计算效率。     

大区域地下水模拟的理论和方法

大区域地下水数值模拟中，存在时空尺度选择和信息不足问题。本文在融合地质统计、逆问题理论和地下水运动理论的基础上，提出了建立大区域地下水运动模拟的理论和方法。提出了大区域地下水有限元计算的时空尺度理论公式。针对信息不足，提出了大区域地下水位推定的方法。根据推定的地下水位，运用逆解析理论对大区域地下水含水层导水系数进行逆推定。本文将所提出的方法运用到日本北海道Sarobetsu湿地地下水模拟中，结果表明所提方法用于计算大区域湿地不恒定地下水得到较满意的结果。     

基于水源热泵的地下含水层的温度场分析

地下水源热泵采能是20世纪90年代开始得到大力推广,利用该技术提出低品位、分布零散、无法直接利用的地热能源,并将其转化成高品味、高利用价值的能源。基于水源热泵分析了含水层中热量运移的数学模型的假设、模型建立、地下水流动方程、含水层中热量运移的基本数学模型的数值解法;在对井抽灌系统地温场的简析中,分析了对井系统的物理模型、对井系统的地温场表现,这一研究对于进一步推广地下水源热泵技术具有一定的理论指导意义。     

山西柳林泉局部区域溶质运移二维数值模拟

本文建立了用于描述柳林泉域地下水中氯离子运移行为的局部区域二维可混溶溶质运移模型。模型考虑了地下水中溶解盐分浓度变化引起的地下水密度的改变，及其导致的地下水水头的变化。该模型计算值与观测资料基本一致，说明所建模型可以用于实际。据此用所建模型预报了柳林电厂水源地投入使用后对区域地下水位和水质的影响。     

溶质运移理论的发展

关于土壤或地下水受到污染的问题,其实质是可溶性污染物在水流作用下在土壤或含水层中的运移结果,研究此问题而兴起的一门学科就是溶质运移理论。介绍了溶质运移模型、溶质运移的室内外试验研究成果和溶质运移数值模拟方法的研究现状。     

随机方法在地下水水分及溶质运移中的研究进展

在地下水系统中，多孔介质的几何形状复杂多变，其水文地质参数具有很大的空间变异性，导致地下水水分及溶质运移有相应的随机性和复杂性。因此，用确定性方法来研究这种复杂的运动，越来越不能满足实际需要。随机理论方法可以从宏观和统计的角度来描述地下水及溶质运移的时空变化规律，在研究中表现出很大的优越性。本文总结了随机理论方法研究地下水水分及溶质运移的国内外研究进展，指出了此方法在研究中的不足之处，并提出了今后的发展方向。     

北京平原区浅层地下水热泵系统承载能力评价

鉴于目前地下水热泵系统应用的无序性,为了科学合理地评价含水层对热泵系统的能量承载力,本文采用地下热传递数值法、能量均衡法和热量储存法评价了北京平原区单位面积含水层利用地下水热泵系统可承载的能量负荷,评价结果表明：数值法评价以保证热泵系统的运行效率为前提,客观反映了地下水抽灌行为,能够充分发挥热泵系统节能环保的优点,优于均衡法和热储法;热泵系统承载能力与含水层的厚度呈显著的正相关,山前地区含水层易于回灌,但热泵系统的承载力较小,而东南平原区承载力较大,但难以回灌。     

北京平原区浅层地下水热泵系统承载能力评价

鉴于目前地下水热泵系统应用的无序性,为了科学合理地评价含水层对热泵系统的能量承载力,采用地下热传递数值法、能量均衡法和热量储存法评价了北京平原区单位面积含水层利用地下水热泵系统可承载的能量负荷.评价结果表明:数值法评价以保证热泵系统的运行效率为前提,客观反映了地下水抽灌行为,能够充分发挥热泵系统节能环保的优点,优于均衡法和热储法;热泵系统承载能力与含水层的厚度呈显著的正相关;山前地区含水层易于回灌,但热泵系统的承载力较小,而东南平原区承载力较大,但难以回灌.     

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。     

浅层地热能不同开发方案对深层地下淡水咸化效应研究

为了保证浅层地热能可持续开发,同时控制深层承压淡水咸化,需评价浅层地热能开发对深层地下水咸化控制效应。基于地下水渗流、热量运移和溶质运移理论,以江苏省地质工程勘察院(南通分院)地下水源热泵系统为研究对象,建立松散孔隙地下水系统渗流—热量运移—溶质运移多场耦合数值模型,模拟预测了第Ⅰ承压含水层浅层地热能开发过程中地下水系统水位、温度、水化学浓度的演化规律,通过增大利用温差和减小夏季灌采比优化浅层地热能开发利用方案,定量评价增大利用温差和减小夏季灌采比对热贯通和深层地下淡水咸化的控制效应。结果表明：增大利用温差和减小夏季灌采比能有效缓解热贯通和深层淡水咸化的发展趋势,增大利用温差对深层地下淡水咸化的控制效应更为显著,减小夏季灌采比对热贯通的控制效应更为显著。     

用于大规模区域供冷的地下含水层输运海洋冷量技术模拟

利用沿海地下含水层结构输运冷媒水,传递来自海洋的冷量,以构筑大中型城市地区性节能的建筑空调系统,从而实现大规模区域的廉价空调供冷。应用控制容积法和交替方向隐式求解方法,对含水层中的热量运移进行数值模拟,研究分析热弥散系数、岩层比热容及水力传导系数对热量运移过程的影响。研究证明,该方案有效降低了含水层中的地下水温度;借助大流量、大扬程的抽水井将冷媒水过量注入地下,能够有效控制地面沉降,促成已沉降地面的微量回升。此技术是一项符合可持续发展原则的地区性空调技术,具有节约能源、保护环境的积极意义。     

SIMULATION OF THERMAL TRANSPORT IN AQUIFER： A GWHP SYSTEM IN CHENGDU, CHINA

With an established convection-dispersion model for the thermal transport in aquifer, the thermal transport processes in an unconfined aquifer of a Groundwater Heat Pump (GWHP) system in Chengdu, China, are simulated with double-well intervals and cooling-load design fluctuations in summer running period under special groundwater flow and heat source conditions, and the stage-characteristics of the thermal transport in the aquifer are investigated in the running cycle (1 year) numerically. The results show that the thermal transport in the aquifer is closely related to the distance between pumping and injecting wells and the cooling-load design fluctuations, especially, to the cycling water volume. The thermal transport in the aquifer sees different characteristics in the two states in the pumping-recharging stages in summer/winter and the storing stages in spring/autumn. With the hydro-geologic theory and the numerical model, the effect of the groundwater-flow on the thermal transport in the unconfined aquifer is discussed.     

基于温度时间序列分析的水库 下泄低温水入渗速度研究

用温度作为示踪剂,基于饱和多孔介质一维稳态水热运移方程,运用时间序列分析法推求入渗速度,分析该方法的适用条件和范围,以及对热力参数选取的敏感性。以浙江省新安江下游河段为例,通过分析河岸带潜流区不同深度温度传感器的温度分布曲线相位和振幅变化,研究地表水和地下水的交换特征。结果表明流速较低时,入渗速度对不同深度的振幅变化较敏感,入渗速度接近±1×10^-5 m/s时,相位差的变化对入渗速度的影响最大。监测时段内试验区的入渗速度大致为2.22×10^-5~4.39×10^-5 m/s,入渗速度的数值均为正值,即在监测时段内均为地表水补给地下水。时间序列分析法对河床冲刷和沉积较不敏感,适用于较复杂的水流条件,且在一定程度上克服热弥散度的误差。     

基于多单元均衡法的地下水流与水质联合数值研究

针对地下渗流与污染物迁移数值模拟中计算程序复杂、效率偏低等不足,开展了地下水流与水质联合数值研究。首先基于多单元均衡法,建立了渗流与污染物迁移的联合模型,采用Matlab语言编制了联合程序,使之能够求解单一地下水渗流、初始流场稳定的地下水污染和初始流场不稳定的地下水污染等多种情况。然后计算了一维对流弥散问题,并与多种计算方法进行对比分析。最后对某地地下水污染物的扩散分布进行了模拟。结果表明:通过控制自定义特征数,实现了对不同水文地质特征问题的求解;采用上游加权法解决大Peclet数污染物迁移问题时,并无明显数值弥散现象,又能抑制数值解的振动;本程序具有较高的计算效率,并能够显著提高后处理的可视化程度。     

2000—2014年塔里木河下游地下水补给量及合理需求量

以塔里木河下游为研究区,以区域内9个固定监测断面为基础,依据断面内各个地下水监测井,收集了输水前和第15次输水后的地下水位数据,结合土壤饱和差计算方法,分析了第15次输水后的地下水补给量,并联系植被生长所需的合理水位探讨了地下水到达合理水位所需的水量,以期评价生态输水的阶段性效果,为调整生态输水方案提供理论参考。结果表明:(1)生态输水前地下水埋深在6~13 m之间,第15次生态输水后,地下水最大升高幅度达到8.26 m;(2)第15次生态输水后,塔里木河下游地下水补给量约为20.44亿m3;(3)为使地下水达到植被生长所需适宜水位,塔里木河下游地下水的合理需求量约为24.08亿m3。     

页岩气开采区地下水脆弱性评价模型

为了更准确评价页岩气开采过程中水力压裂和废水回注对地下水的影响,需要采用不同指标体系的模型对地下水脆弱性进行评价。通过分析页岩气开采过程中污染物的潜在运移途径,在DRASTIC模型的基础上分别建立了开采井区地下水脆弱性评价模型DIRTEV和回注井区地下水脆弱性评价模型DIRWOCT。根据相关资料对模型中各评价因子进行了分级及评分,运用模糊综合矩阵法确定了各因子权重,并利用单参数法对评价结果进行了敏感性分析。对四川某页岩气采区的评价结果表明,所建模型能较好地应用于页岩气开采区地下水脆弱性评价。