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。     

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。     

多孔介质双分子反应溶质运移实验与模拟研究

多孔介质中化学作用对溶质运移具有重要影响.为了揭示反应性溶质运移机理,保持多孔介质不变,以胺和1,2-萘醌-4-磺酸钠双分子化学反应为例,分别开展了非反应及反应条件下不同流速溶质运移实验和数值模拟研究.主要结论如下:①改进的反应性对流弥散模型能模拟双分子反应中溶质运移行为;模型可行,具有较高的精度;0.4mL/s和0.8mL/s流速下生成物峰值浓度相对误差分别为1.2%及0.8%.②利用对流弥散模型可以评估非反应物运移弥散系数,可为反应性溶质运移弥散系数识别提供技术参考.③随流量增大,模型参数m减小,而β0则增大;此外,同一物质在保持相同流量下,作为反应物出现时,其弥散系数略高于非反应物质的弥散系数,其作用机理有待进一步研究.     

含透镜体多孔介质中溶质二维运移实验与模拟研究

为了研究透镜体对污染物运移的影响,文章设计了二维承压含水层物理模型,以惰性溶质亮蓝为例,开展了不同流速下多孔介质溶质运移实验和模拟研究。研究结果表明:透镜体加入模型后,污染物会优先从透镜体周围流过,出现绕流现象,透镜体对溶质运移具有明显的阻碍作用;采用解析解模型和IGW(Interactive Groundwater)模型对溶质运移穿透曲线进行拟合,都出现早到和拖尾等非费克现象,IGW模型拟合精度明显好于解析解模型,能较好地拟合溶质运移中的非费克现象;透镜体的存在相当于增加了介质的非均质性,因此含有透镜体时弥散系数D增大;当仅考虑流速变化时,D随着流速的增加而变大。     

采用图像法实时监测二维多孔介质溶质运移实验与模拟研究

为了对非干扰条件下二维多孔介质中溶质运移现象进行量化研究,进而探索介质条件、水动力条件对二维溶质运移的影响。文章设计了二维承压含水层物理模型,运用图像分析法监测示踪剂质量浓度,开展了不同流速、不同粒径条件下多孔介质溶质运移实验研究,使用交互式地下水(Interactive Groundwater,IGW)模型对溶质运移穿透曲线进行了模拟,研究结果表明:相同流速不同粒径条件下,介质粒径小,亮蓝溶液先穿透,对应的峰值质量浓度小,且弥散系数随着介质粒径的减小而增大;相同粒径不同流速条件下,流速越大,到达峰值质量浓度的时间越短且峰值质量浓度越大,弥散系数随着流速的增大而增大;IGW模型总体拟合精度较高,存在拖尾现象,且这种现象随着流速减小及粒径减小而更明显。     

时变边界一维对流弥散方程解析解及其在土柱试验中的应用

运用格林函数法,推导了一维有界时变边界对流弥散-线性耗散方程的解析解,然后将其与数值模拟结果对比,并分别应用于土柱热传导和溶质运移试验。结果表明:初始条件及上、下边界条件的贡献量相互独立,并且初始条件的影响随时间衰减,最终消失;解析解能很好地匹配数值模拟结果、土柱试验实测土温变化和溶质穿透曲线。     

堆浸过程中溶质运移机制及影响因素

针对堆浸溶质运移过程的复杂性和多变性,以揭示溶质运移规律为目的,首先通过对其运移机制进行探讨,并基于矿堆理想渗流假设给出溶质运移均匀流模型,同时考虑矿堆内可流动溶液和不可流动溶液区的作用及其相互影响,建立溶质迁移流动-不流动模型.采用标记物穿透曲线法,进行溶质运移室内管柱实验,主要研究矿石粒径和喷淋强度对溶质运移规律的影响.研究结果表明;大粒径矿样的孔隙直径和孔隙率均比较大,可流动溶液在大孔隙的传导作用而快速流出,因此,溶质初期浓度升高相对较快;而小粒径矿石比表面积大,不可流动溶液比率大,溶质须通过分子扩散运移进入不可流动溶液区,因此,其浓度上升速度较缓;矿堆内不流动溶液是影响溶质运移规律的主要因素,因此,可通过控制矿石颗粒级配和喷淋强度以优化溶质运移过程.     

多孔介质溶质运移的分数弥散过程与Lévy分布

在弥散核函数为负幂率函数的前提条件下,对传统的二阶对流—弥散方程进行非局域处理,推导出了分数阶对流—弥散方程,方程中的弥散项是分数阶微分.该方程柯西问题的格林函数解为一L啨vy分布密度函数,由此得到了一个包含3个参数的描述多孔介质中溶质运移行为的解.将所得到的L啨vy分布解用于模拟某一弥散试验中一空间点的溶质浓度的时间变化过程,模拟结果与实测结果吻合良好,很好地解释了实测结果的偏态和拖尾现象.而传统的二阶对流—弥散方程的高斯分布解却没有这些特征,不能解释偏态和拖尾现象.所得结果表明分数阶对流—弥散方程比传统的二阶对流—弥散方程能更好地描述多孔介质中的溶质运移行为.     

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。     

变弥散系数和对流速度下有机溶质在多孔介质中一维运移的解析解

为研究变弥散系数和对流速度对有机溶质在多孔介质中运移规律的影响,考虑有机溶质的降解作用,设定多孔介质的厚度为有限厚度,建立变弥散系数和对流速度下有机溶质一维运移的数学模型,并利用变量代换和分离变量法获得该数学模型的解析解。将本文所提解析解分别与试验测定结果、已有解析解和有限差分解进行对比分析,对所提解析解的正确性进行验证。基于所提解析解,分析非均质特性系数δ、降解半衰期t_1/2和Robin边界常数α对有机溶质一维运移过程的影响。研究结果表明：一方面,非均质特性系数δ的增大会在一定程度上加快有机溶质的一维运移过程;另一方面,δ增大使得运移后期有机溶质的质量浓度减小;有机溶质质量浓度随降解半衰期t1/2增大而增大,当t1/2不超过800 a时,应考虑有机溶质的降解作用;Robin边界常数α主要影响出流边界附近有机溶质质量浓度的变化;在两种不同入流边界条件下,出流边界附近的有机溶质的质量浓度均随α增大而减小。     

溶质在土壤中的渗流建模与数值仿真

针对液态溶质在土壤中的渗流问题,利用数学模型描述了符合达西定律的二维非稳定渗流,并运用有限体积法对该模型进行了数值求解.得出了给定渗流场不同渗透系数、单位贮藏量下的水头、渗流量的变化规律,模拟了液态溶质在土壤中的渗流过程.通过对计算结果的可视化处理、比较分析,发现渗透系数、单位贮藏量等因素对液态溶质在土壤中的运移都有不同程度的影响,渗透系数越小,液态溶质运移速度越慢;单位贮存量越小,液态溶质运移速度越快;反之亦然.     

低渗透非达西流场中溶质运移实验及数值模拟

为了更好的研究低渗介质中污染物的运移规律,运用低渗岩芯中溶质运移实验,比较了不同启动压力梯度下溶质运移规律及其特征,并应用所建立的数学模型模拟了饱和的低渗岩芯中溶质运移过程。结果表明:不同质地的低渗岩芯,其启动压力梯度不一样,启动压力梯度越大,流速越小,水动力弥散作用对溶质运移的影响更加明显,应用对流扩散方程可以很好的模拟溶质在低渗岩芯中运移的过程。     

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。     

乌江34号泉磷污染预测

通过对乌江镇34号泉的水文地质勘查及地下水污染监测表明,因位于该泉含水系统补给区的4#磷石膏堆场产生岩溶渗漏,使34号泉出现了磷污染。在确定了渗漏污染为岩溶裂隙管道线状弥散运移类型的基础上,建立了34号泉岩溶渗漏污染的BP神经网络预测模型,使用不同的训练函数对34号泉磷污染进行预测评价,预测结果接近实际,为乌江渡至楠木渡河段水污染防治提供了依据。     

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.     

济南泉域岩溶径流通道特征

岩溶发育程度的差异性对地下水的储存和运移有重要控制作用。采用示踪试验、泉水位动态观测等方法揭示济南岩溶含水介质特征。试验表明济南泉域岩溶水观测孔中示踪剂运移的浓度历时曲线呈现单峰、双峰、三峰、多峰形态并存,岩溶水径流通道有单一管道和多管道并存;泉水位衰减特征表明含水系统以小型管道、裂隙、溶隙、溶孔、网络状溶隙等共同释水,衰减系数的历时变化反映济南岩溶水系统岩溶发育存在垂直分带性。研究表明,济南泉域岩溶发育不均、有多重性,奥陶纪灰岩比寒武纪灰岩的岩溶更发育。为保持泉水持续喷涌,宜选择奥陶纪灰岩含水层进行人工补源。     

不可动水对土壤污染物运移影响的数值实验研究

考虑对流、弥散、吸附／解析、微生物降解等因素，建立了土壤中污染物运移的两区平衡吸附动力学模型．在该模型基础上，针对不可动水对污染物运移的影响进行了分析，分析结果表明：即使在孔隙水流速、含水率及其它参数相同的情况下，不同的θim／θm值也会导致不同的穿透曲线；不可动水所占的比例较大时，即使保证了孔隙流速、输入浓度、弥散系数等参数相同，不同的含水率也会导致不同的穿透曲线，但θim／θm较小时，含水率的变化对浓度的变化几乎无影响．     

土壤水动力参数同步求解

通过对中国南方3种不同质地土壤（红壤、水稻土和潮土）的内水盐入渗实验资料的分析，由土壤溶质运移的穿透曲线数据，利用CXTFIT程序和斜率法，同时估算了弥散系数和延迟因子，探讨了Brenner数对求参精度的影响。     

钱塘江河口区声学多普勒测流及资料整编

为了掌握钱塘江年入海径流量,应用声学多普勒流速仪在钱塘江河口区强涌潮河段开展潮流量测验,通过对实测数据的分析,采用将2台定点式声学多普勒流速仪所测到的流量作为一个整体考虑的方法,寻求该整体的平均流速与断面平均流速的关系.使用手工定出的曲线进行推流,并与上游站推算径流量成果进行了对比.结果表明,使用2台定点式声学多普勒流速仪结合走航式声学多普勒流速仪在钱塘江河口区强涌潮河段开展潮流量测验是可行的,其曲线检验结果优于单边定点式声学多普勒流速仪的结果,但需要加强负流速部分的测验,提高测验精度.     

利用熵格式计算地下水溶质运移方程

用分裂法将地下水溶质运移方程分成对流方程和弥散方程,对流方程采用熵格式求解,弥散方程采用中心格式求解.数值试验表明,该格式不会产生过量问题,没有出现非物理振荡,数值弥散较小.