土壤中溶质运移的两区模型及准解析解

给出了非均质土壤中考虑水动力弥散尺度效应的一维溶质运移两区模型。在初始浓度为零，半无限一维空间内常数通量边界条件下，推导出了可动区溶质浓度分布Cm(x,t)和不动区溶质浓度分布Cim(x,t)的准解析表达式。     

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。     

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.     

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。     

土壤中反应溶质运移的对流—弥散模型及其解析解

给出了同时考虑随深度变化的一阶降解和随深度变化的线性平衡吸附时,一维反应溶质运移的对流－弥散方程,在初始浓度为零,半无限一维空间内第三类边界条件下,利用Laplace变换等数学方法推导出了该方 Laplace空间的解析解的表达式。     

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.     

考虑双重沉积模式的多孔介质中颗粒三维迁移模型研究

基于经典的颗粒一维运移模型，建立了考虑筛滤效应与吸附效应的双重沉积模式颗粒三维迁移模型.通过拉普拉斯变换和傅里叶变换，导出了一维渗流和三维弥散条件下饱和半无限多孔介质中颗粒迁移通解.根据半无限体表面点源注入情形下的基本解，通过积分方法得到圆形面源注入情形下的解析表达式.通过解的退化及对突破曲线的参数反演验证了解的正确性.分析了圆形面源恒定浓度注入情况下水动力弥散系数、筛滤系数、颗粒吸附系数、释放系数等参数对颗粒迁移过程的影响机理.研究结果表明：水动力弥散效应加速了颗粒物的迁移，使得突破时间变快，峰值浓度变高.筛滤系数和颗粒吸附系数的越大，颗粒释放系数越小，颗粒物在固体基质上的沉积越多，孔隙中颗粒峰值浓度越小.圆形面源恒定浓度注入情况下，在颗粒注入期间，多孔介质中颗粒物浓度随时间增大而增大，随深度增加而减小并趋于0.在颗粒停止注入后，多孔介质中颗粒物浓度随时间增大而减小，在深度上存在浓度峰值，浓度峰值所处的深度随时间增加而增加.     

多孔介质中溶质non-Fickian运移模型与实验研究

为了量化多孔介质中的非费克(non-Fickian)运移,将弥散度处理为随运移距离呈线性变化的函数,提出了数学模型LAF(linear-asymptotic function),并开展了不同条件下一维玻璃柱多孔介质溶质运移实验,根据实验数据对比分析了LAF模型与传统ADE(advection-dispersion equation)模型的精度.结果表明:尽管在水流满足达西定律范畴,采用将弥散度在小尺度实验中设定为定值的ADE模型,其拟合值与实验值仍存在一定差异,最大误差为1.57g/L;将弥散度处理为线性函数的LAF模型模拟精度有了较大提高,最大误差为0.62g/L,从而能够更好地模拟均质有限柱溶质运移过程.上述结论是在均质介质中获得,对于非均质介质,情况更为复杂,其机理有待进一步研究.     

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。     

对流-弥散方程的解析解

非均匀介质中的弥散过程是依赖距离的,这起源于非均质结构的多尺度性质。章对于具有指数弥散函数的弥散过程建立了对流－弥散微分方程模型,应用积分变换问题转化为具有变系数的常微分方程问题;对于两种类型的边界,应用超几何函数和反学业话题以了问题的解析解,并分析了指数弥散过程和常数弥散过程的不同性质。     

地下河不同流量状态下溶质运移的参数及模拟

在官村地下河流域一段长为750m的管道进行了十一次弥散试验,以考察岩溶管道流的溶质运移行为.采用NaCl作为示踪剂,利用电导仪记录浓度的变化和流速仪测量管道流的流量.试验表明溶质的平均运移速度为1.3~5.8cm·s-1,通过弥散试验求的管道平均截面面积在不同流量时差别不大,表明岩溶管道处于有压管流状态,并且雷诺数大于20000,据此判断管道流为紊流.弥散系数与溶质平均运移速度之间为近似线性关系.利用经典对流弥散方程以及由试验结果取得的参数模拟溶质的穿透曲线,发现模拟结果的溶质运移总比实际滞后,这种现象与模拟时管道形状的平均化处理无关,是用管道截面平均流速代替管道截面实际流速产生的.改用代表暂存区机理的溶质运移模型模拟试验结果,将管道水流截面分为主流区和不流动区,模拟结果与实际吻合,这解释了溶质平均运移时间提前和穿透曲线出现拖尾的原因.     

释放位置对明渠湿地流点源溶质弥散特征的影响

本文考察了明渠湿地流道任意垂向位置处点源溶质瞬时释放后的扩散特征.应用Aris浓度矩方法,推导了零阶、一阶浓度矩,计算了由于释放位置变化导致的溶质团质心的附加流向位移,获得了点源溶质Taylor弥散系数随时间变化的解析表达式,并给出了经长时间演化后溶质断面平均浓度和断面浓度分布的理论解.对比分析典型垂向释放位置的结果发现,初始时刻溶质释放位置和分布情况(点源和线源)对Taylor弥散系数长时间渐近解的影响可忽略不计;但不同的点源释放位置将显著改变附加流向位移,从而对断面平均浓度的流向分布和断面浓度分布产生重要影响.本文的结果和结论可为复杂情形下的理论分析提供参考.     

土柱溶质运移试验的理论验证及影响因素敏感性分析

交通运输过程中产生的路面径流污染有可能对路线周边环境造成不利影响.对污染物在公路周边土体中的溶质运移规律进行探讨具有重要的理论价值和工程意义.本研究基于土柱溶质运移试验成果,引入实测的边界浓度曲线,采用一维数值计算程序Hydrus-1D,对土柱出口处溶质浓度在试验过程中的变化规律、典型时刻溶质浓度沿土柱的分布规律等进行...     

超定偏微分方程组局部解析解的存在唯一性

把柯西－柯尔列夫斯卡娅定理推广到如下偏微分方程组δ^|ki|u/δx^ki=Ai(x,u,…,δ|α|u/δx^α）研究了该方程组局部解析解的存在唯一性。通过对边界算子进行分类,给出提出适定边界条件的方法。并证明了在适定边界条件下,存在唯一的局部解析解。     

考虑生物降解作用时GCL+AL 衬垫中有机污染物的扩散规律

为研究有机污染物在土工复合膨润土衬垫(GCL)+土体保护层(AL)衬垫中的运移规律,建立了考虑AL中生物降解作用的GCL+AL衬垫中有机污染物一维扩散模型,并得到该模型的解析解。通过与Pollute v7的计算结果进行比较,验证了模型的合理性。基于该模型,分析了生物降解作用对有机污染物在GCL+AL衬垫中运移的影响,探讨考虑生物降解时GCL+AL与压实黏土衬垫(CCL)之间的等效性。结果表明,减小有机污染物在AL中的降解半衰期可以减少GCL+AL衬垫底部有机污染物通量。在文中计算条件下,GCL+1m以上的AL复合衬垫可代替标准的0.75m CCL。     

基于通量边界条件的一维溶质运移模型源项系数反演

利用正则参数随迭代次数变化的最佳摄动量算法对一维溶质运移模型中基于通量边界的源项系数进行了数值反演.讨论了预估迭代次数,入流端的定通量输入浓度,反演空间以及数据随机扰动对该算法的影响.数值结果表明该算法对此类反问题是有效的.     

沈阳石蜡化工有限公司厂区地下水污染模拟预测

根据沈阳石蜡化工有限公司厂区水文地质条件以及周边农业灌溉等废水排放条件,并分析地下水污染机理,建立了地下水溶质运移数学模型,预测地下水水质时空变化特征.将含水层概化为单层非均质不等厚各向同性的二维非稳定潜水渗流系统,模拟因子确定为石油类,向水源地的运移概化为二维对流-弥散运动.模拟区边界按一类边界处理,并在厂区位加一虚拟点污染源.预测结果表明,未做防渗层条件下,随着开采时段的增长,区内各节点浓度逐渐增高,其变化幅度在近河近开采井地段较明显,但未出现预警浓度（0.05mg/L）;加防渗层后,石油类浓度相对于原背景值将大幅减小.     

非水相液体传输的耦合动力学模型及数值解

基于多孔介质流体力学和溶质运移动力学原理,建立了非水相液体在地下环境系统中传输过程的多组分多相流耦合数学模型,对多相流渗流场模型和污染物传输浓度场模型分别采用了IMPES和特征有限差分方法进行数值离散,模型中充分考虑了污染物在地下环境体系中扩散、吸附解吸、界面间分配以及微生物降解等化学反应以及气相作用,并以苯在土壤中传输的浓度分布为例,验证了模型的可靠性。该数值模型较以往数值模型相比．可有效地克服在数值解过程中的弥散和振荡,对于石油工程领域中油气藏多相流数值模拟奠定基础。     

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.     

线性等温吸附条件下有机污染物在地下饱水带中迁移的数学模型及参数分析

为研究在固-液界面的吸附降解等行为对饱水带中的有机污染物的迁移转化过程的影响,综合考虑有机污染物在饱水带中的扩散、吸附解吸、分配以及微生物降解作用,根据线性等温平衡吸附理论,建立了地下水流动方程与有机污染物在饱水带中迁移方程耦合的数学模型,探讨了模型中的分配系数及溶解项、吸附项的一阶反应速率等参数的改变对有机污染物运移规律的影响.结果表明,随着分配系数的增大,有机污染物因固相介质的吸附和截留而被限制其随地下水迁移;微生物降解作用对有机污染物的浓度有重要影响,随着反应速率的改变,污染物在固相和水相中的浓度迅速改变.本文的研究结果为定量描述溶质迁移过程提供理论依据,同时也为实验室中模型参数的测定提供可靠的依据.