单个粗糙裂隙中水流及溶质运移研究进展

文章回顾了有关单个粗糙裂隙中水流和溶质运移的理论、实验研究和数值模拟的成果,重点评述了对裂隙结构面粗糙度的分形特征、粗糙裂隙中描述水流的模型和溶质运移的弥散系数和穿透曲线,并对反映单个粗糙裂隙中水流特征的“局部立方定理“适用条件和溶质运移所呈现的“非费克”运移机理作了初步分析,在此基础上探讨了今后的研究趋势。     

边界层对粗糙单裂隙溶质运移影响试验

为探究非费克(non-Fickian)运移表现出的峰值提前到达和拖尾等现象,开展了粗糙单裂隙溶质运移试验,总结了粗糙单裂隙中溶质运移特征及运移机理,结合边界层理论对峰值提前到达和拖尾现象进行了分析和解释。结果表明：峰值时间和拖尾时间与边界层厚度之间存在较好的线性相关关系;边界层对裂隙介质溶质运移有较为显著影响,即水流速度越小,边界层厚度越大,滞留在边界层内部的溶质越多,溶质获取率越低;粗糙单裂隙中溶质穿透曲线的峰值提前和拖尾现象是由裂隙中心处以惯性力主导的主流区和裂隙壁面以黏性力主导的边界层区共同作用造成的,其中峰值时间主要由主流区的对流因素控制,而边界层区域的存在对拖尾时间影响较大。     

基于高密度电法监测双重介质溶质运移实验与 模拟研究

为了对孔隙裂隙双重介质中溶质运移现象进行量化研究,文章设计了孔隙裂隙双重介质物理模型,运用高密度电法仪器监测示踪剂(氯化钠)溶液的电阻,开展了一定流速条件下双重介质运移实验研究,利用对流弥散方程(advection-dispersion equation,ADE)以及连续时间随机游走(continuous time random walk,CTRW)中截断幂函数(truncation power-law function,TPL)对溶质运移穿透曲线进行了拟合分析。研究结果表明:实验条件下,孔隙的溶质运移速度明显慢于裂隙内溶质运移速度;孔隙裂隙内溶质运移呈现出明显的非费克现象,表现出拖尾现象;在模拟溶质穿透曲线时,CTRW-TPL模型拟合结果优于ADE模型。     

二重孔隙介质地下水溶质运移模型应用研究

为比较准确地模拟二重孔隙介质地下水溶质运移，本文依据二重孔隙介质法，分别对孔隙岩块和裂隙介质建立相应的溶质运移模型，将孔隙岩块视为作用于裂隙介质的源或汇，对反映岩块和裂隙介质之间物质交换的耦合项进行了数学推导。应用本文方法在济南地区建立起二重孔隙介质溶质运移模型。研究结果表明，此方法更实际地反映出裂隙对溶质较强的传导能力和孔隙岩块对溶质较强的贮存能力。     

平行大理石板裂隙污染物运移实验与连续时间随机游走模拟

单个裂隙是构成裂隙网络的基础,其中的水流和溶质运移机理目前尚未完全清楚。文章使用平行大理石板构成单裂隙试验模型,研究了水力梯度和流速之间的关系以及溶质运移规律,采用连续时间随机游走(continuous time random walk,CTRW)模拟软件包中的截断幂函数(truncation power-law function,TPL)对溶质的穿透曲线进行模拟,并与传统的对流-弥散方程(advection-dispersion equation,ADE)模拟结果进行了对比,探讨了CTRW中参数的变化特征。结果表明:实验条件下的水流呈非达西流,用Forchheimer方程能更好地拟合裂隙中水力梯度和流速的关系;裂隙内的溶质运移为非费克运移,表现出明显的"拖尾"现象;在实验条件下拟合溶质运移的穿透曲线,TPL的拟合结果均明显优于ADE;同一隙宽下,模型参数β随流速的增加而增加,其值分别为0.882、1.045、1.375;同一流速下,β随隙宽的增加而减小,其值分别为1.375、1.263、1.112。     

基于多点地质统计的二维裂隙网络溶质运移模拟

应用多点地质统计模拟方法对某理想二维裂隙研究区进行还原,并将生成的二维裂隙网络模型与MODFLOW和MT3DMS结合,进行水流及溶质运移模拟.模拟结果表明,随着时间的推移,溶质较为严格地按照裂隙发育的方向运移,优势流现象明显;改变裂隙渗透系数与基岩渗透系数的比值,则随着比值的不断增大,裂隙研究区水流的各向异性及优势流现象愈加明显.研究表明,多点地质统计方法可以有效模拟裂隙网络结构特征及裂隙地下水流及溶质运移特征,是一种较为有效的裂隙网络模拟方法.     

裂隙介质溶质运移模型的数值模拟

考虑裂隙介质中溶质运移问题的数学模型,建立离散的广义差分格式,给出不同的裂隙介质阻滞系数下的数值算例,并将数值解与解析解进行比较;比较结果表明:利用所建广义差分格式求解裂隙介质中的溶质运移问题是可靠的,且该格式具有稳定性和可实用性,可以用来数值模拟更加复杂的裂隙介质中溶质运移的物理过程.     

粗糙裂隙溶解过程反应性溶质运移特征

岩体裂隙中溶质运移受对流、扩散和水岩化学反应三种机制控制.分析了不同机制主导作用下，粗糙裂隙溶解过程中反应性溶质运移特征，并分析粗糙度的影响.研究结果显示，粗糙裂隙溶解过程存在4种类型，分别是均匀、非均匀、极度非均匀和均匀-非均匀溶解.其中对流占主导作用条件下，裂隙发生均匀溶解；化学反应占主导作用条件下，流体上游溶解速率高于下游.初始粗糙度对裂隙溶解过程也具有重要影响:初始粗糙度增大会使水岩化学反应速率增大，同时随着水岩反应的进行，裂隙溶解后粗糙度增大.     

多孔介质中溶质运移的尺度问题

本文简述了多孔介质中的溶质运移的尺度效应,引起尺度效应的主要原因;尺度效应的分类;尺度效应的分形特征及其国内研究现状及展望。     

溶质运移模型的有限元数值解

将混合拉普拉斯变换有限单元法引入到求解首采区卤水动态二维模型的溶质运移问题中,能够有限地消除在求解对流占优的地下水溶质运移问题时产生的数值扩散和过量的现象,具有一步到位、局部求解的优点,最后将该方法应用到具有空间一阶导数项的对流弥散方程,以检验该方法的数值有效性和求解溶质运移模型的能力.     

土壤溶质运移的研究进展

介绍土壤溶质运移理论的发展过程和国内外学者关于土壤溶质运移的研究成果,探讨其数学模型、数值计算方法以及参数估算方法,并简要讨论土壤溶质运移的发展趋势.     

Unsaturated flow and solute transport in a porous column using spherical ore particles

This paper dealt with the development of a two-dimensional (2D) mathematical model for column leaching and confirmed the important simulation parameters through experiment. The unsaturated state of the variably saturated flow column and the solute transport of copper ions were studied during leaching. The fluid flow problem was handled using the Richards equation on the premise of an ambient pressure column air, where the van Genuchten formulas were applied to define the nonlinear relationships of pressure head with the retention and permeability properties. The ore column permeability test gave a varied hydraulic conductivity, which was analyzed in the model. In the solute transport problem, the copper ion concentration was solved using the advection-diffusion-reaction equation whose reaction term was determined by the joint analysis of experimental copper leaching rate and the shrinking core model. Particle- and column-scale leaching tests were carried out to illustrate the difference and connection of copper extraction in both processes. This fluid flow and solute transport coupled model was determined through the finite element method using the numerical simulation software, COMSOL Multiphysics.     

水及溶质在有大孔隙的土壤中运移机制研究进展

综述了水及溶质在有大孔隙的土壤中运移的实验和模型研究进展，指出：今后应通过大量的室内外实验和改进观测方法来获得大量的数据资料，从定性和定量两方面来研究大孔隙流；只有在参数的测定和一些量的确定技术解决以后，模型才能得到完善而达到实用的程度；为解决大孔隙系统流动过程中的高度非线性和非稳定性问题，需要新的模拟方法和数值计算方法；今后模拟研究的重点应是随机模型而不是确定性模型。     

化工厂地土壤重金属迁移模拟

土壤重金属污染是我国面临的重要生态环境问题之一,可能造成严重的生态环境问题,危害人类身体健康。本文根据南京某化工厂地的土壤地质和结构特征,通过数值模拟的方法开展重金属污染物砷在土壤中运移过程模拟。通过建立脉冲时间50天、70天、100天的土壤溶质运移模型以及不同饱和土壤含水率的模型,定量分析脉冲时间、土壤饱和含水率对重金属运移的影响。模拟结果表明,脉冲时间对土壤溶质运移具有促进作用,对浅层土壤尤为显著;随着脉冲时间的不断增加,对深层土壤的影响愈发明显。较高的土壤饱和含水率促进溶质的扩散;同时较高土壤饱和含水率对横向扩散促进作用更加明显,污染范围更大,促进污染物的下渗。     

氯接触池中溶质输移与消毒过程的数值模拟

为使饮用水处理中氯接触池达到较高的掺混和消毒效率 ,提出一种数学模拟方法。采用二维水流动量方程和连续方程、自由氯的反应过程一阶动力学方程和细菌数量衰减过程的 Chick- Watson公式等组成的模型 ,计算了氯接触池中溶质输移与消毒过程。对 3种涡粘性湍流模型与 3种差分格式的不同组合下计算所得到的多组模拟结果进行了分析 ,并与试验数据进行了比较。研究表明 :通过数值方法对池内的水流紊动结构及自由氯输运、反应和细菌生灭等过程进行计算模拟 ,与仅依据不同设计方案所得滞留曲线进行评价的做法相比 ,更有利于比较内部细节的设计 ,方便地判定不同设计方案的运行效率     

一维土柱试验的数学模型

主要讨论了一维土柱试验模型及其反问题.考虑到溶质在土壤及地下水中迁移的非线性行为,认为通常模型中的阻滞因子应改为与溶质浓度相关的泛函,而零阶产出项应为与时间、空间及溶质浓度相关的非线性项,进而提出了一类新的描述一维土柱试验的非线性数学模型.对于模型参数的识别问题,给出了两类典型的确定阻滞因子与源(汇)项系数的土柱试验反问题.最后,以淄博张店孝妇河-张冉原状土柱试验为例,应用所建立的数学模型对试验结果做了初步的阐释.     

国内外铸件微观组织数值模拟研究概况

铸件微观组织模拟是利用计算机模拟铸件微观组织的形成过程,以预测铸件的组织结构和性能本文对铸件微观组织数值模拟技术的发展过程、应用现状进行了评述简要介绍了铸件微观组织数值模拟的基本思路以及模拟过程中的宏／微观统一数学模型,如热传导模型、溶质传输模型、形核模型、晶粒生长模型分析了两种随机方法即Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法和Ｃｅｌｕｌａｒ－Ａｕｔｏｍａｔｏ法的优缺点评价了模拟中使用的新技术在此基础上,提出了当前铸件微观组织模拟研究的发展方向     

裂隙岩体非饱和渗流研究综述

综述了国内外裂隙岩体（主要是细、微裂隙岩体）非饱和渗汉的研究情况,首先,评述了现有的测定和确定单裂阳非饱和水力参数的几种方法的优缺点,为单裂隙非饱和水力参数的提供了理论依据,其次,分析了目前用行求解裂隙岩体非饱和渗流的四种数学模型的优缺点,为选取合理的数学模型用于解具体的裂隙岩体非饱和渗流问题提供了参考依据,最后,在上述基础旧提出了一些需要进一步研究的问题。     

土壤中水、热、盐耦合运移的数值模拟

分析了盐分在土壤中的动态迁移特征及其影响因素,综合运用多孔介质热、质传递理论,考虑温度效应对土壤湿分迁移的影响以及不动水体与盐分吸附或解吸作用,建立了全面描述土壤中水、热、盐耦合运移的数学模型并进行相应的数值研究,获得土壤中水、热、盐的动态迁移特性,探讨了土壤质地对盐分运移的影响,以期为土壤次生盐渍的防治提供有效的理论指导.模拟结果表明:盐分运移受土壤质地与结构的影响较大,并与土壤水分运移密切相关.