参数随机模拟在地下水溶质运移数值模拟中的应用

从水文地质参数的随机性出发,以我国南方某大型铀尾矿库为例,采用GMS软件(地下水模拟系统)建立了参数随机模拟的数值模型,分析了渗透系数的空间变异性对地下水溶质运移的影响.结果表明:渗透系数的空间变异性对地下水溶质运移结果有较大的影响.在其它条件都相同的情况下,随着渗透系数标准差的增大,污染物运移的范围扩大,污染物浓度标准差等值线图变得越来越不规则,污染物质心位置偏离面源中心.     

考虑油藏储层参数变化的数值模拟研究

油田在注水开发过程中,储层的物性参数、流体性质等都在不断发生变化,本文根据胜坨油田沙二1-2的储层参数随含水变化的基本规律,对黑油模型数值模拟软件进行了改进,使之能够考虑油藏储层参数的变化,并应用软件分析了参数变化对开发效果的影响。改进后的软件提高了数值模拟精度,使计算结果更能真实的反映地下流体分布情况,为改善油藏的开发效果,采取有针对性的开发措施,提供了重要依据。     

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。     

裂隙岩体宏观力学参数数值仿真模拟研究

岩体的参数确定一直是岩土工程中的一个重要及困难的问题，将整个工程岩体划分为不同尺寸等级的计算试件，依据室内外基本材料试验成果，采用数值仿真方法依次计算各级别计算试件，最后得到岩体的宏观力学参数．计算结果与实际情况值基本吻合，该计算方法解决了物理试验对岩体参数评价的局限性以及在整体模型计算中参数选取的任意性。     

不同支护参数下锚杆锚固效果的等效数值模拟研究

为了研究支护参数(锚杆长度,锚杆环向间距)对数值模拟中围岩等效岩性参数的影响,以宁波将军山隧道为研究对象,进行了不同支护参数下的隧道开挖和加载的模型试验,得到锚杆长度和锚杆间距的改变对隧道拱顶位移的影响规律。通过对模型试验进行数值反演分析,得到数值模拟中围岩等效岩性参数(弹性模量、黏聚力和内摩擦角)的变化规律,依此得到不同支护参数下锚杆锚固效果的等效数值模拟方法。结果表明:在数值分析中,锚杆长度每增加0.5m,锚固区岩体弹性模量提高约3%,黏聚力提高约0.8%,内摩擦角几乎不变;锚杆间距每减小0.5m,锚固区岩体弹性模量提高约17%,黏聚力提高4%~5%,内摩擦角提高约3.4%。     

太湖湖流、波浪、沉积物的三维数值模拟

运用ECOMSED模拟风速为6.5 m/s定常东南风作用下太湖流场及波浪场,对模型的适用性及可靠性进行验证;在此基础上进行波流共同作用下沉积物再悬浮数值模拟,得出沉积物-水界面切应力及水体中悬浮物浓度分布。结果表明:太湖有效波高范围在9~29 cm之间,有效波高的空间分布与风速、风向和水深有很大的关系,同时波浪对切应力会产生很大影响,而切应力的分布决定了悬浮物浓度的分布,风浪及地形要素是导致太湖悬浮物浓度变化的重要因子。模拟结果与现有实验成果较吻合,说明运用该模型模拟太湖沉积物再悬浮的结果可靠。     

基于GIS的地下水流数值模拟参数自动提取

本文根据地下水流数值模拟有关参数的空间分布特点,将其划分为点状、线状与面状空间分布参数三种类型.利用GIS的空间分析功能,研究基于GIS的点状、线状与面状空间分布参数自动提取的技术路线.通过点、线、面三者之间空间位置关系的拓扑分析,确定地下水开采井、水位动态监测井、线状与面状水系、模拟区域边界、面状参数分布区与模型空间离散网格之间的空间位置关系.经过矢量数据与栅格数据互相转换,实现地下水流数值模拟有关参数的自动提取.根据地下水流有限差分数值模拟有关参数数据文件的结构,将基于GIS提取的栅格结构数据文件自动转换成模型所需结构的数据文件,达到模型参数数据文件的自动组织与提高地下水流数值模拟效率的目的.     

二维溃坝波遇障碍物的水流泥沙数值模拟

本文通过对浅水方程进行Godunov差分离散和对泥沙运动方程进行一阶迎风差分离散,建立了平面l二维溃坝水流泥沙数值模型。在算例中计算了溃坝波遇障碍物后的水流反射、绕射及泥沙冲淤,计算结果表明,溃坝波遇障碍物后会产生明显的反射和绕射,并在障碍物前形成壅水、障碍物的侧面会发生剧烈的冲刷,障碍物前后则会发生局部淤积。本模型能够较好地模拟溃坝间断水流的运动,结果符合水流泥沙运动的基本规律。     

一维变密度溶质运移实验及参数推求

通过室内土柱注水实验,观测沙质土壤中氯离子浓度的变化过程。以变密度水流连续性方程、溶质运移方程和达西方程为基础,运用有限单元法和差分法对这3个方程进行联立求解,建立了一维变密度水流和溶质运移数值模型。利用实验数据反求变密度渗透系数、弥散系数等水动力参数。     

土壤氨挥发研究及氮素转化运移数值模拟

根据氨挥发机理建立了氨挥发子模型,与氮素运移转化模型Nitrogen-2D进行耦合,改进并完善了Nitrogen-2D模型的氮素转化过程。运用改进的模型模拟再生水灌溉冬小麦生长季中土壤水分、铵态氮和硝态氮的运移和转化过程。模拟结果与未经改进的模型模拟结果及实测值进行了对比。结果表明改进的模型模拟值与实测值的均方根差比未经改进模型的大幅度减小,铵态氮模拟精度有较大程度地提高。将改进的模型模拟铵态氮挥发速率和氨挥发累积量,得出模拟时段氨挥发过程。经比较分析,模拟结果正确、合理,可用于农田氮素损失预测和污染分析。     

一种扩展型缓坡方程的时域计算模式

该文通过引入有效波面函数,把考虑海底摩擦、波浪破碎、陡变和快变地形等因素影响的扩展型缓坡方程,化为最简形式的时间双曲型缓坡方程.基于此方程和非线性振幅频散关系,建立了波浪传播的数值模拟模型,并对数值格式进行了误差分析,结果表明由于耗散项的引入,数值格式的稳定性较文献[1]得到了提高.数值解与物理模型实验值和解析解吻合良好,表明模型可以对近岸波浪传播过程中折射、绕射、反射、浅水变形、海底摩擦、波浪破碎和弱非线性等因素的影响进行较好地预测.     

城市洪涝仿真模型的改进与应用

已有的城市洪涝仿真模型以一、二维非恒定流水力学模型为基础,采用无结构不规则网格建模技术,在网格形心或特殊型节点处计算水位,在网格周边通道上计算单宽流量,对城市洪涝过程进行模拟。针对该模型对河道型计算单元的断面仅按矩形概化的缺点,对河道型网格水位及特殊型河道通道流量的算法进行了改进,即将原模型中的河道断面相关参数作为变量处理,使模型能反映不同类型河道断面的水位流量变化,提高对河道洪水过程的模拟精度。同时,改进后的算法更有利于模型根据城市河道的实际治理状况进行及时更新和扩展。将改进后的模型应用于济南市,其计算结果与实测资料对比表明,该模型能更合理地模拟济南市城区低洼地积水、街道行洪、铁路立交积水和河道洪水过程,计算可为济南市城区防汛预警决策提供参考信息。     

排水条件下饱和土壤中镉运移实验及其数值模拟

对流弥散方程(CDE)是模拟重金属在土壤中动态的常用方法之一。本文运用动态饱和土柱实验比较了重金属镉(Cd)在不同质地的碱性土壤中吸附和运移特征，并运用Batch实验获得的吸附参数作为初始值，应用所建数学模型模拟了排水条件下Cd在饱和土壤中的吸附和运移过程。结果表明，不同质地的土壤对Cd运移的阻滞作用有所差别；水动力弥散作用对Cd在土壤中的运移过程有明显的影响。对流弥散方程能较好地模拟排水条件下Cd在饱和土壤中的运移过程。     

方柱绕流CFX三维数值模拟

该文利用计算流体力学软件CFX,对恒定来流条件下黏性不可压缩流体的圆柱和方柱绕流进行了数值模拟。采用有限体积法和SIMPLE计算方法,求解不可压缩Navier-Stokes方程。首先开展雷诺数(Re)等于100和300时的圆柱和方柱绕流问题的二维数值模拟,分析比较了网格大小和时间步长对模拟结果的影响,并比较了不同柱体情况下的流体流动的差异性。进而对Re=100、300时方柱绕流问题进行了三维数值模拟,重点分析了各截面上阻力和升力系数、Strouhal数以及涡量特性与二维结果的差异。发现Re=300时,周向压力、速度场和涡量场与Re=100时相比存在明显的三维特性,并且由于二维流动结构发展成三维流动结构时需要消耗能量,导致三维的阻力升力系数计算结果均小于二维计算结果。研究表明,该文的数值结果与文献结果吻合良好。     

地下水数值模拟中的参数随机模拟

从水文地质参数的随机性出发,以滦河某拟建水源地为例,采用地下水数值模拟软件GMS建立了参数随机模拟的数值模型,并求得模型的随机解,计算出模型的水位均值流场和水位标准差分布.结果表明:在模拟非均质含水层二维流动问题中,充分考虑渗透系数和给水度的随机特性的蒙特卡罗法预测结果可靠,比确定性方法更加科学、有效.     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变，给数值模拟带来了很大的困难，传统的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上，应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型，模型首先检验了纯对流问题，然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移，计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响，揭示了钱塘江河口高含沙量区成因，以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

基于三维土动力数值模拟的强夯法施工参数估算

为了估算强夯法地基处理施工中的主要施工参数(有效加固深度和有效加固水平半径),利用LS-DYNA建立三维有限元模型进行数值计算。通过对单点夯击的动力学过程进行数值模拟,得出了一次夯击后夯击塑性区分布半径和深度,这与施工试夯试验确定的有效加固深度和有效加固水平半径基本一致。数值模拟结果和现场试夯试验结果对比表明：基于LS-DYNA的土动力数值模拟与现场试夯试验相结合,可较好地估算有效加固深度和水平加固半径,并可作为强夯施工参数估算的一种有效手段。     

应用二维数值方法模拟蓄滞洪区洪水运动

针对蓄滞洪区内洪水运动的特点,对二维浅水方程的守恒形式进行非结构离散,建立了 高精度的数学模型。该模型通过Roe格式的近似Riemann解计算界面数值通量,采用数值重构的 方法获得时空二阶离散精度。通过方形溃坝算例和超临界流算例验证了该模型具有较高的数值精 度和可靠的稳定性,能够捕捉水面间断和处理干滩问题。应用该模型对胖头泡蓄滞洪区的溃堤洪 水进行了数值模拟,结果表明,该模型很好地模拟了溃堤洪水在蓄滞洪区内的运动过程,所得结 果可以为防洪决策提供依据     

稳定流条件下土壤溶质运移两区模型的准解析解及数值模拟

将弥散度概化为运移距离的指数函数，给出了稳定流条件下，非均质土壤中考虑水动力弥散尺度效应及不动水体存在时，一维溶质运移的两区模型。在初始浓度为零，半无限一维空间内定通量边界条件下，推导出了可动区和不动区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。