地下水系统中污染物变系数动力迁移模型解

本文分析了污染物在地下水系统中迁移转化规律，建立了变系数动力迁移模型，讨论了对流－扩散方程中动力弥散系数随时间的变化规律，推求出变系数迁移方程的解析解。运用土壤柱物理模型试验的实测资料进行验证比较，结果表明，变系数动力迁移模型的计算值与实测值吻合良好，得到了变系数与常系数动力迁移模型的适用范围。     

农业非点源污染模型AGNPS及GIS的应用

农业非点源污染模型ＡＧＮＰＳ把流域划分为正方形网格单元，对各单元独立计算其降雨径流和土壤流失量，用连续方程进行迁移演算，在流域出口累计总土壤流失量及其携带的污染物量。模型简单实用，对资料要求不高。     

土壤水环境中有机污染物运移环境预测模型的研究

本文综合考虑有机污染物在土壤-水环境体系中扩散、吸附解吸、分配以及微生物降解条件，建立了土壤水环境中有机污染物运移耦合的动力学模型。模型中包含了有机污染物非平衡吸附动力学过程与固相吸附污染物被微生物降解环境行为，并采用分裂算符方法推导出了数学模型的有限元格式，编制了计算程序。通过数值算例分析了油气田地区落地原油在土壤水环境中迁移转化问题，探讨了模型参数λ、α变化对有机污染物运 移的影响，同时与SCOW模型进行对比分析，验证了数值模型的可靠性与实用性，这对于定量研究有机污染物在土壤-水环境中分配与归宿以及实验室模型参数的测定提供了可靠的理论依据，同时为污染预测、预报与防治提供科学的根据与途径。     

土-水系统中氮污染的影响因素分析与调控

根据已测定的土-水系统反应动力参数和动力学参数,确定了土壤的物理性质和化学性质,建立了研究区典型剖面上的水量-水质耦合模型,采用数值分析方法,模拟不同土壤在不同条件下水分和氮污染物的迁移、分布和转化规律,对参数进行调整,可以分析不同影响因素对土-水系统中氮污染的影响程度,从而提出合适的调控方案.     

冲积河流底泥中污染物的输移转化方程

本文推导了底泥中污染物输移转化方程。该方程定量地反映了水流强度、床沙级配与底泥污染物迁移转化的关系,描述了河床冲淤过程中底泥污染物时空变化的动力学特性。文中以石油类污染物为例,利用数值方法模拟了底泥污染及冲刷释放现象,并与实验资料进行了比较,计算与实验符合良好,说明本文结果可作为冲积河流底泥污染物输移转化规律研究的基础。     

农业非点源污染模型AGNPS及GIS的应用

本文论述了农业非点源污染模型ＡＧＮＰＳ。该模型把流域划分为正方形网络单元，对各单元独立计算其降雨径流和土壤流失量，用连续方程进行迁移演算，在流域出口累计总土壤流失量及其携带的污染物量。模型简单实用，对资料要求不高，遥感为模型提供了新的数据源，地理信息系统（ＧＩＳ）具有强大的空间数据处理分析能力，文中提出了用遥感和ＧＩＳ为模型输入基本参数的方法。     

地表点源滴灌土壤水分运动的动力学模型与数值模拟

本文提出了一种地表点源土壤水分入渗的数值模拟模型.采用ADI隐式差分格式将土壤水分入渗方程离散，用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程.利用质量平衡原理对地表饱和区进行了动态处理.结果表明，数值计算结果较吻合于实测数据，所提出的数值模型既适用于均质土壤，也适用于成层土壤.     

作物生长与土壤水氮运移联合模拟的研究Ⅰ——模型

在前人研究成果的基础上，构建了土壤-作物系统农田水氮运移及作物生长联合模拟模型SPWS。模型中，采用了FAO的气象模型来完成参考作物潜在蒸散的计算，直接引用美国HYDRUS1D模型来完成土壤水热运移的数值模拟，并利用改进的溶质运移方程来实现土壤氮素迁移转化的模拟，利用改进的荷兰PS123模型实现了作物生长发育进程、干物质生产、干物质分配及光温条件下作物产量的模拟。通过对叶面积指数、根系吸水的模拟，得到了水分限制下的作物产量；通过对作物需氮量、土壤供氮量及作物实际吸氮量的模拟，得到了水氮限制下的作物产量。     

大涡模拟水环境中污染物团的运动规律

本文采用大涡模拟方法封闭引入浮力特性并经空间平均后的Navier-Stokes紊流方程，对水环境中污染物的运动规律进行研究。在用有限差分法对控制方程进行求解时，用破开算子法将控制方程分为对流、扩散和源项三部分，其中对流项用QUICKET程式求解，扩散项用中心差分求解，源项用Gauss-Seidel迭代法求解。数值计算结合物理模型结果表明，污染物团在水环境中运动除有时均定量关系之外，还有三大定性规律：第一，污染物团在时间和空间上具有不规则性；第二，污染物团后部是空的；第三，在同一条件下进行多次试验（数学和物理），污染物团的运动是不一样的。计算表明大涡模拟要优于通常的 κ-ε 紊流模型，它不但能够象 κ-ε 紊流模型那样计算出污染物在水环境中的时均运动规律，而且能够计算出其在空间上的不对称发展过程，能够准确地再现其在物理模型中的不对称运动特性。计算结果无论从定性还是从定量关系上都与试验结果吻合一致。     

条带覆下土壤水热动态的田间试验与模型建立

本文描述了夏玉米生长期间麦秸条带覆盖条件下土壤水热动态的田间试验，在此基础 ，采用交替方向有限差分法建立了模拟苗期条带覆盖下土壤二维水热迁移的数值模型，其中覆盖部分土壤表面的边界条件由能量平衡方程确定，模型的输入只需常规气象资料、土壤水热迁移参数及覆盖参数，数值计算结果表明，该模型具有一定的实用价值。     

NUMERICAL SIMULATION FOR CONTAMINANTS AND WATER TRANSPORT IN SOILS

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Simultaneous one-dimensional water flow and mass transport of conservative solutes in porous media

Three variations of the Galerkin finite element method are used for the numerical solution of the one-dimensional, vertical water flow and mass transport equations in variably saturated porous media. The final result is a system of differential equations with derivatives depending only on time, which are approximated by a relationship leading to a second-order accuracy. Examples of two different soil types (clay loam and sandy) are presented to verify the accuracy of the numerical schemes. In these examples, saltwater is allowed to be infiltrated into the soil profile with different boundary conditions on the soil surface (Neuman or Dirichlet type). In some cases, the infiltration of saltwater is followed immediately by salt-free water.     

河渠分汊处流量与污染物分配

本文建立了一个深度平均的水环境全场紊流模型,将流场与浓度场耦合求解以确定流场和浓度场的分布,通过数值积分得出分流比与污染物分配比。对分汊河渠不规则边界的处理,本文提出了一种新方法:区域坐标系统法。应用上述数学模型和数值方法,本文对河渠分汊点上游存在岸边排放口时分汊河段的流场和浓度场进行了计算,并着重讨论了对称分汊情况下分汊角、排放口入射动量对汊道分流比和污染物分配比的影响。所得计算结果与作者的实验资料符合较好。在此基础上,对不对称分汊情况下流量及污染物的分配也进行了初步探讨。     

黄河大柳树河段河床演变的三维数值模拟

针对河岸冲刷、河床演变显著的河流,建立考虑河岸变形的三维水沙数值模型,对黄河大柳树河段的河势演变进行数值模拟分析研究。模型中利用三角形网格和局部网格移动及局部加密技术,采用有限体积法离散控制方程,以及基于非结构化同位网格中的SIMPLE算法进行数值求解。依据2011年11月至2012年10月黄河大柳树河段典型断面实测资料对数值模拟结果进行验证,模拟结果与实测结果吻合较好。结果表明该模型能够较好地模拟黄河大柳树河段的水流运动和河床演变,模型中提出的河岸修正技术和局部网格加密技术可有效提高模拟计算精度和效率。     

A Water Quality Model with Three Dimensional Variational Data Assimilation for Contaminant Transport

The safety of water delivery and water quality in the South to North Water Transfer Project is important to China. When sudden pollution accidents happen in this project, a high-accuracy water quality model is needed to simulate contaminant transport. Data assimilation algorithm can be used to improve the accuracy of model, and a water quality model with three dimensional variational data assimilation (3DVAR-WQM), are developed in this paper. A contaminant transport experiment has been conducted for verifying the feasibility and accuracy of this model. After analyzing the simulated results in 3DVAR-WQM and the standard water quality model without assimilation, it has been found that the model with simulation estimates the arrival time and value of the peak concentration more accurately, and that the error between the simulated and observed data in this model is little. At the same time, the root mean square error of this model are smaller. This paper increases forecasting skills through data assimilation techniques, and it provides a tool for improving water quality management in the South to North Water Transfer Project of China.     

波涌畦灌水流运动的零惯量数值模拟

本文建立了波涌畦灌田面水流的零惯量数学模型，在水流推进和消退阶段分别采用四边形差分网格公式，对内部计算单元采用普赖斯曼追赶法计算，在畦首差分单元采用牛顿－拉普氏迭代法求解，对水流推进前峰单元用水量平衡方程计算，经田间试验资料验证，其计算值与实测值吻合较好。     

具有复杂计算域和地形的二维浅水流动数值模拟

本文采用非结构化网格的有限体积方法，对具有复杂计算域和地形的二维河道进行数值模拟。采用Roe格式的近似Riemann解计算界面通量，对地形变化源项采用特征分解平衡界面通量以保证格式的和谐性，对摩擦力源项采用隐式或半隐式求解以增加格式的稳定性。通过与混合流算例理论解比较，验证了格式是和谐性的并具有良好的间断捕捉能力与稳定性。应用此方法对地形复杂，存在多处险滩和深潭的某河段进行了实际模拟，数值计算结果和模型试验结果吻合较好。     

Meshless Local Strong Form-based Method for Transport Simulation of Nonlinearly Adsorbing Solutes in a Highly Heterogeneous Confined Aquifer

A meshless simulation model based on the radial point collocation method (RPCM) is developed in this study to simulate contaminant transport in heterogeneous aquifers with nonlinear adsorption. The nonlinear adsorption is represented using popularly used Langmuir’s isotherm. The nonlinear governing equation of the contaminant transport is solved utilizing linearization through timesteps. The directional derivatives of hydraulic conductivity field through vectorization are used to simulate flow in highly heterogeneous aquifers. Multiquadrics radial basis functions (MQ-RBF) are used for the approximation of heads and concentrations and their gradients. The relevant equations are solved locally using the domain decomposition technique, which avoids the ill-conditioning issue associated with globally supported domains. The developed models are named RPCM-NA (for only transport) and RPCM-CNA (for coupled flow and transport). The RPCM-NA model is validated against semi-analytical solutions, and its advantages over the Finite Difference Method (FDM) are demonstrated. Two case studies are considered. The performance of the RPCM-CNA model is compared to that of FDM-based MODFLOW and MT3DMS models, with the maximum percentage error for head estimation being 0.25%. For contaminant transport simulation in the mobile and adsorbed phases, the maximum values of Normalized Mean Absolute Error obtained are 0.02 and 0.0385 respectively, showing the effectiveness of the proposed model.

     

Effect of immobile water content on contaminant transport in unsaturated zone

The effect of immobile water content on contaminant advection and dispersion in unsaturated porous media has been studied using a formulation which assumes that even in the immobile liquid zone, there occurs minor liquid flow. An approach is proposed for computing this liquid velocity. One dimensional numerical simulation is carried out to study the effect of immobile water content on the time of appearance of contaminant at the bottom of an unsaturated column. The numerical model developed is verified using analytical solutions for simple advective-dispersive cases. From the simulations, it was observed that increase in the immobile water content leads to quicker appearance of contaminant.     

陆源污染对伶仃洋水质影响的数值模拟

引入环境水力学数学模型，利用二维ADI法进行数值模拟，对伶仃洋水域的潮流运动和污染迁移扩散展开了研究，并成功地进行了验证计算。为河口的治理开发和伶仃洋的生态环境保护，提供了较好的数学模型。