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。     

大理石平板裂隙水运移实验与模拟研究

为了揭示单个裂隙中水流和溶质运移的规律,该文选取大理石平板作为实验介质,开展了平板裂隙水运移实验,分析了水力梯度和水流速度之间的关系,研究了溶质运移规律;利用连续时间随机步长(CTRW)软件包中的截断幂函数(TPL)模型对溶质浓度穿透曲线进行了模拟,并与传统的对流-弥散方程(ADE)模拟结果进行了对比。结果表明:实验条件下,大理石平板裂隙水流为非达西流,利用Forchheimer方程可以更好地模拟;大理石平板裂隙内溶质运移为no-Fickian运移,表现出明显的拖尾现象;在不同流速条件下模拟溶质穿透曲线时,利用TPL模型拟合结果明显优于ADE模型。     

畦灌中地表水流溶质运移模拟研究

文章比较了全水动力学模型与零惯量模型在模拟水流运动特性上的优劣性,以及畦灌液施地表水流溶质运移模型与撒施地表水流溶质运移模型在模拟地表水流溶质运移中的优劣性。为地表水流及地表水流溶质运移的耦合模拟研究奠定了理论基础。     

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。     

基于GMS的云南德厚水库下游废弃砒霜厂地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模拟是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为合理开发地下水资源、优化设计地下水开采方案及地下水污染修复提供定量依据。在分析德厚水库咪哩河流域裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上,运用GMS软件建立地下水流场模型和溶质运移模型,对裂隙岩溶水的流场和污染物进行了数值研究,判断出了污染源分布及污染羽扩展范围,分析了砒霜厂污染物运移对水库建设的影响。     

对栾城地区降雨蒸发条件下的土壤水分运动模拟研究

数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一。 HYDRUS－1D 是用于模拟变量饱和孔隙介质中水流和溶质运移的模型软件。本文应用 HY－DRUS－1D 软件,模拟了河北省栾城县实验地在降雨蒸发条件下的土壤水分运动情况。通过对模型的校正与识别,得出了栾城地区的水分运动形式。     

裂隙地下水渗流及溶质迁移数学模型研究进展

针对裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型,综述模型研究的发展历程与阶段性成果,将现有模型 划分为基于不同介质概化的等效孔隙介质模型、多重介质模型、离散裂隙模型,基于不同耦合方法的非全耦合模 型与全耦合模型,以及基于不同模型推导途径的力学途径模型与混合耦合理论模型。针对该领域研究的关键科 学问题总结其发展趋势,探讨裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型研究的难点及潜在发展方向,为裂隙 地下水流及溶质迁移研究提供理论参考。     

土壤溶质运移研究现状

介绍了土壤溶质运移理论的发展过程和国内外学者数十年来关于土壤溶质运移的研究成果,探讨了其数学模型、数值计算方法以及参数估算方法的研究现状。     

土壤中溶质运移的研究现状及问题

随着土壤盐渍化和环境问题的日益突出 ,以研究土壤水中的溶质在土壤中运移过程、规律和机理的土壤溶质运移理论已被环境科学、土壤科学、农田灌溉等各个相关领域学者关注。简要介绍了土壤溶质运移理论的发展过程和国内外学者数十年来关于土壤溶质运移的研究成果 ,对数值模拟的研究现状、数值计算方法的应用、水动力弥散系数和延迟因子 2个重要参数的测定等内容进行了一定评价 ,讨论了目前土壤溶质运移理论研究的不足之处     

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。     

基于时空分数阶导数模型的潜流带溶质运移模拟

为弥补传统整数阶导数对流-弥散方程在潜流带溶质运移模拟时难以描述介质非均质性引起的溶质运移的不足,在潜流带溶质运移模型中引入时空分数阶导数项,分别从一维和二维角度出发对分数阶导数方法在潜流带溶质运移模拟中的适用性进行讨论。研究发现：时间分数阶阶数α体现溶质运移过程的滞时效应,使穿透曲线具有明显的拖尾特征;空间分数阶阶数β刻画介质非均质性引起的溶质超扩散现象。参数敏感性分析结果表明：引入分数阶方法相较于传统对流-弥散方程使得方程对流速和弥散系数改变的敏感性增强,解决了传统整数阶方法无法准确描述潜流带中介质强非均质性的缺陷。野外示踪试验进一步证明：由于潜流带中介质非均质性强且存在多维流的特点,传统二维整数阶对流扩散方程对溶质运移过程刻画存在不足;一维分数阶导数模型在模拟潜流带溶质运移时,能够更准确计算溶质浓度峰现时间,描述穿透曲线拖尾现象;二维分数阶导数模型受到不同方向参数设置的影响,在没有纵深方向介质差异导致的水流、介质参数差异的前提下,模拟水平面内溶质扩散过程更具适用性。     

粗糙元对单裂隙中溶质运移影响模拟研究

裂隙的粗糙度对单裂隙中的溶质运移有着重要的影响,然而粗糙元的形状(粗糙裂隙壁面上的各种凸起/坑洼)对单裂隙中溶质运移的影响机理尚未完全清楚。该研究通过求解纳维—斯托克斯方程和溶质运移方程模拟了具有不同粗糙元形状(矩形、梯形、三角形)的单裂隙中的溶质运移,并利用稀释指数量化了裂隙内溶质的空间分布。模拟结果表明粗糙元起始处的切线方向与流线的夹角越大,则发育的涡流体积越大,引起的溶质非均匀流动越明显;对溶质运移突破曲线和停留时间分布的分析表明随着流速的增加,溶质运移逐渐由费克运移转变为非费克运移,其相应的突破曲线表现出越来越显著的"早到"和"拖尾"特征;粗糙元密度与停留时间分布的幂律拟合参数b之间存在明显的正相关关系;对于相同的雷诺数,矩形粗糙元引起的非费克行为比梯形和三角形粗糙元更显著。该研究有助于进一步完善粗糙裂隙溶质运移理论。     

土壤中溶质运移韵研究现状及问题

随着土壤盐渍化和环境问题的日益突出，以研究土壤水中的溶质在土壤中运移过程、规律和机理的土壤溶质运移理论已被环境科学、土壤科学、农田灌溉等各个相关领域学者关注。简要介绍了土壤溶质运移理论的发展过程和国内外学者数十年来关于土壤溶质运移的研究成果，对数值模拟的研究现状、数值计算方法的应用、水动力弥散系数和延迟因子2个重要参数的测定等内容进行了一定评价，讨论了目前土壤溶质运移理论研究的不足之处。     

地下水数值模型在中国的应用现状及发展趋势

地下水数值模型在地下水资源定量评价及相关领域研究中得到了广泛的应用。本文介绍了几种流行的数值模拟模型,阐述了模型特点及其在我国的应用现状。指出模型对客观实体概化存在误差,模拟精度有待于提高;裂隙介质、岩溶介质中的地下水运移模拟技术未解决,限制了模型应用范围;强调了模型数据前后处理能力的不足;指出了模拟技术在地下水源汇项概化、地下水运动机理方面的发展前景,提出多种模型耦合以及与GIS紧密结合的重要性,并指出由于使用对象的转变给地下水模型发展带来的新机遇。     

潜流式人工湿地的数值模拟与参数率定

以沈阳辉山明渠河口潜流式人工湿地为例,利用数值模拟预测了该湿地的运行效果。采用多孔介质水流与溶质运移耦合模型,通过对湿地模型的概化与处理,利用FEFLOW软件针对潜流基质层的水流和溶质扩散进行数值模拟,通过敏感度分析确定基质层的孔隙度、渗透系数、弥散系数和吸附降解系数为影响污水处理效果的敏感参数,并通过参数率定对所建立的湿地模型进行了模拟预测,结果证明所构建的湿地模型的预测值与观测值拟合程度较好。可为潜流式人工湿地设计中运行效果预测及参数设定提供一种新的有效方法。     

地下水资源综合评价的一种数值模拟模型

本文以柴达木盆地中察尔汗盐湖的卤水资源评价为例介绍了一种用于地下水资源综合评价的以水流模型与溶质运移模型相耦合的数值模拟模型。     

裂隙岩体二维渗流水力学理论模型研究

本研究主要内容包括 :裂隙岩体随机网络模拟、分形几何描述裂隙岩体参数几何特征、二维裂隙岩体等效渗透系数估算、二维裂隙岩体渗流应力耦合 非耦合模型、三维等效连续介质渗流模型、二维裂隙岩体连续介质与离散介质耦合模型、渗流模型与离散元应力模型耦合分析工程问题等。(1)利用三维裂隙网络随机模拟模型 ,针对乌江构皮滩水利枢纽工程平硐裂隙数据 ,研究其裂隙几何参数的分布情况 ,对其中一个优势裂隙组进行了模拟和检验。在模型中 ,基于蒙特卡罗方法 ,对裂隙隙宽的模拟进行了尝试。并应用分形几何的理论对其网络分维和裂隙数分维进行了研究 ,提出应用分形几何来模拟裂隙岩体中裂隙几何参数的方法。(2 )基于裂隙网络的转形 ,提出了裂隙岩块等效渗透系数的简便算法。与数值计算方法比较 ,其计算更简便迅速。 (3)推导了裂隙渗流和应力耦合的理论关系 ,建立二维裂隙岩体渗流应力耦合 非耦合非稳定流模型和三维等效连续介质渗流模型。耦合模型中应用经典耦合关系进行了计算验证 ,模型可以计算多种耦合关系。 (4)建立二维裂隙岩体连续介质和离散介质耦合非稳定流模型 ,并对其数值算法进行了研究。耦合模型使用离散介质渗透理论描述岩体主干裂隙中的水运动 ,使用连续介质渗流理论来描述岩体次要裂隙及孔     

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型Ⅰ

将土壤ＮＨ４＋和ＮＯ３－视为土壤溶质，根据土壤溶质运移原理，选用描述土壤溶质运移的对流－弥散模型，建立了一个田间条件下土壤氮素运移的数值模拟模型模型中考虑了矿化、生物因持－释放、土壤氨挥发、硝化和反硝化等转化作用，并用线性模式描述土壤铵吸附，作物根系吸收也在源汇项中．各转化参数均需用土壤温度和湿度进行修正，所建模型为土壤水、热和氮素联合模拟模型．对联合模型中水盐运动模块用经典试验作了检验     

地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型研究综述

畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型对改进畦灌施肥技术,提高田间氮肥利用率及促进灌溉农业可持续发展具有重要意义。本文评述了畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型研究现状及其存在的问题,结论认为,有必要引入二维非饱和土壤水流溶质运移模型,以构建一维地表与二维非饱和土壤水流溶质运移集成模型并扩展其功能;求解地表溶质运移对流弥散方程ADE时,应研究更为高效便捷的方法,以更有效解决数值误差问题。     

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。