多组分溶质运移参数反演的数值模拟

讨论了多孔介质中以硫酸盐为主的多组分溶质运移的数学模型.鉴于模型参数的不可直接测量性,提出了一类多参数反演问题,并应用最佳摄动量迭代算法进行了不同参数取值条件下的数值模拟.数值反演结果表明,给出的最佳摄动量迭代算法至少对于所提出的多方程、多参数的反演问题是有效的.     

一维溶质运移的参数研究

提出了有关超孔隙水压耗散对粘土中一维溶液对流-扩散溶质运移的影响的计算公式,该公式考虑了固结速率、膨胀速率、超孔隙水压力、吸出耗散等对非线性对流运移影响.并且论述了超孔隙水压力造成的耗散、外部荷载引起的吸出以及水头梯度的对土体体积变形影响,还着重探讨了有关溶质运移过程中固结、膨胀造成的水头、运移速度的不稳定变化的影响因素.     

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.     

圩区水环境治理规划及地下水溶质运移预测模拟

以中国南方平原圩区为研究对象，分析圩区堤防采用垂直封闭截渗技术后对圩内水环境的影响，并建立封闭圩区水环境规划及地下水溶质运移数学模型，通过求解，得出圩区的最优水面率和滞蓄水深、最优外排装机容量和内排装机容量以及大堤的最优封闭率，同时预测了区域内地下水位及地下水污染动态变化情况。     

一维变参数溶质运移模型的数值研究

研究地下水中溶质的迁移规律可以为地下水环境质量预报、控制和管理服务.首次采用数值方法探讨与位置坐标相关的溶质运移参数模型,采用即时时间域显式差分法格式双精度Fortran语言编程计算了变溶质运移参数模型的一维溶质运移问题,并进行了算法可靠性验证;然后对本文首次提出的3种与位置坐标相关的变溶质运移参数模型进行了参数分析,...     

耦合溶质运移和化学反应模拟的并行优化

针对TOUGHREACT程序在耦合溶质运移和化学反应计算过程中, 计算规模和时间需求的不断增加导致求解规模逐渐增大的问题, 提出了用耦合过程并行化对耦合模拟过程进行改进的方法. 该方法改进了原有的程序结构, 实现了化学反应计算并行化. 实验结果表明, 改进后的耦合计算部分在执行时间上有2~3倍的加速效果.     

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.     

城市道路雨水灌溉绿地草坪溶质运移的数值模拟

运用SWMS_2D软件对用城市道路雨水灌溉绿地草坪时,铅离子在土壤中的运移规律进行数值模拟。通过灌溉对比试验,观测铅离子在土壤中随时间及土层深度的变化,对用道路雨水灌溉城市绿地草坪时土壤中溶质的运移规律进行了初步分析,结果表明SWMS-2D软件具有较高的精度和较好的稳定性。     

广西思的河流域重金属污染物溶质运移模拟

为评价广西阳朔县思的河流域矿区的重金属污染情况,将流域水文模型ArcSWAT与地下水模型GMS (Groundwater Modeling System) 中MT3DMS溶质运移模块相结合,定量分析污染物锌和镉的迁移过程,为进一步的治理措施提供参考依据。结果表明：（1）采用ArcSWAT和GMS可以更准确地确定垂向入渗量,从而准确进行地下水数值模拟。（2）在没有防治措施的情况下,矿井废水对地下水环境造成较大的污染威胁：尾砂矿矿洞出水口水样中锌和镉的含量分别为18.62mg/L和0.096 mg/L,是流域重金属污染的源头。模拟期20 a内,锌和镉的污染晕分别在16 d和44 d之后到达河流,前端最远距离污染晕中心分别为2 303.75 m和1 887.04 m,两端最长处为3 159.57 m和2 478.57 m,最宽处分别为1 533.54 m和1 128.36m。锌和镉进入流域的质量分别为3 512.44 g和18.15g,流出流域的质量为1 640.49 g和8.47 g,残留在流域的比例分别为53.28 %和53.33 %。（3）根据已有研究结果表明,龙葵对镉具有较强的富集能力,在植物体中的最高富集量为1 084.4 mg/kg,并对锌具有较强的耐性,富集量也超过1 000 mg/kg。因此,设置一个模拟情景对尾矿库生态修复工程进行评价：以尾矿积水塘中锌含量0.284 mg/L和镉含量0.002 mg/L为替代污染源强,模拟期内,锌沿河谷方向的迁移速度由94.38 m/a降低至80.78 m/a,最大污染晕面积由3.80 ×10^6m2缩小至2.50×10^6 m2;镉的迁移速度由86.09 m/a降低至69.13 m/a,最大污染晕面积由1.67×10^6 m2缩小至1.29×10^6 m2,说明生态修复工程取得较好效果,建议继续投入建设。（4）根据模拟预测结果,建议在矿洞出水口修建防渗帷幕等防治措施,划分污染防治区,并加强地下水水质监测,同时制定地下水风险事故应急预案,避免污染进一步加剧。     

基于溶质运移模拟的某磷矿污染物迁移预测

矿山开采过程中所产生的矿坑排水含有一定的有害物质,给周围地区的地下水环境质量造成了一定的影响。以四川省某磷矿为研究对象,运用地下水溶质运移分析法和Visual Modflow软件溶质运移模拟模块对磷矿区污染物在地下水中的迁移范围和迁移趋势进行了模拟预测分析,结果表明在不考虑污染物在迁移过程中受到土壤和微生物影响的情况下,污染物总体迁移范围不大,污染物随着地下水迁移,总体向金沙江方向扩散,并且浅层地下水与深层地下水具有稳定隔水层,水力联系较弱,污染物不会通过上覆含水层进入深层地下水含水层。     

基于Visual Modflow地下水污染物溶质运移的模拟

垃圾填埋场渗滤液向地下含水层的渗漏是地下水受到污染的一个重要因素,而地下水溶质运移模型是找出污染迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段。为研究垃圾填埋场渗滤液对周边地下水的污染状况,本文基于地下水流动模型Visual Modflow和多组分溶质运移模型MT3DMS软件平台之上,通过建立的三维数学模型预测了研究区域未来30年内特征污染物Cl-的污染羽迁移范围。模拟分析结果表明:距污染源越近污染物浓度越高,主要危害沿地下水流动方向的远场地地表水和浅层地下水,深层地下水和污染源上游不受影响;污染物不易污染深层地下水,但是在深层地下水中的迁移速度最大;湖泊对溶质有持续捕获作用;在污染源周围开采地下水会影响溶质迁移速度和方向。上述结果为垃圾场防渗措施的选择和地下水的治理、修复提供了定量依据。     

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。     

低渗透多孔介质中溶质运移的灰色数值模拟

针对低渗介质中启动压力梯度难以确定的问题,将启动压力梯度等参数视为未确知变量,并以灰参数的形式表示,建立了低渗多孔介质中的地下水水质模拟的灰色数学模型.在数值求解过程中,对一维低渗介质中地下水水污染的灰色模型求解过程中有限差分法的截断误差进行了修正,得到了一种具有特殊结构的数值模型,并且给出了求解这类模型的灰色数值算法.通过实例表明,该方法是可行的,模拟结果是合理的.     

不同雨强下植被对坡地产汇流和溶质运移的影响

以室内试验槽为平台,采用人工模拟降雨试验,研究了在3种雨强下有无植被的试验槽坡面流流速、地面径流以及地面径流中Br-,NH4+和NO3-质量浓度变化.结果表明,随着降雨强度的增大,植被对降雨的截留作用明显减弱,对坡面流流速的延缓作用则呈现先增大后减小的趋势;植被对地面径流中NH4+的质量浓度变化过程影响较大,对NO3-的质量浓度影响较小;Br-质量浓度随着降雨历时的增加呈现幂函数递减趋势,且这种趋势随着降雨强度的增大趋于减缓.     

山西柳林泉裂隙发育区溶质运移三维数值模拟

通过野外调查和对几个代表性的碳酸岩露头的实际裂隙测量,得到了山西柳林泉地区岩溶含水岩组中的隙分布规律,在此基础上建立了反映泉区实际情况的三维可混溶淀粉 运移模型,模型用于描述柳林泉区地下水中Ｃｌ＾－的运移行为,模拟效果良好,模型拟合阶段水头和Ｃｌ＾－浓度的计算值与观测值误差绝对值的平均值为０．３６ｍ、６．５ｍｇ／Ｌ;模型检验阶段水头和Ｃｌ＾－浓度的计算值与观测值误差绝对传的平均值分别为０．４９ｍ、６．３ｍｇ／Ｌ。所有结果显示两者基本一致,说明所建型是可靠的,可以用于实际,据此用所建模型预报了柳林泉地区柳林电厂水源地投入使用后咸水入侵的可能性。     

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.     

非等温条件下土体固结变形及溶质运移规律分析

为探究非等温条件下黏土垫层固结变形及溶质运移规律,将综合考虑力学固结、化学-渗透固结及热固结影响的热-水-力-化(THMC)全耦合模型与水-力-化(HMC)耦合模型进行对比分析,研究了温度差对孔隙水压力、土体变形及溶质运移进程的影响.结果 表明,垫层上下边界温度差可加快负孔隙水压力消散,增大土体沉降峰值及回弹量,提高溶质运移速率.随着黏土垫层上下边界温度差的增加,温度差对孔隙水压力、土体变形及溶质运移进程的影响程度进一步加大.当模拟时间为50 a,温度差为40℃时,与HMC模型相比,THMC模型所对应的负孔隙水压力峰值减小42％,土体沉降回弹量扩大5.4倍,溶质击穿时间缩短11.4 a.该研究可为填埋场防渗垫层设计及服役性能评估提供参考.     

土壤溶质运移边界层理论的研究

为有效地预测和控制污染物对土壤和地下水体的污染，溶质在土壤中的运移研究越来越受到人们的关注、利用边界层理论，可推求出溶质在土壤中浓度时空分布的显示解析表达式，这种显示表达式便于溶质运移参数的获得。溶质锋面位置的测定是利用边界层确定参数的关键所在，研究结果表明，时域反射仪可以作为溶质锋面的探测手段、边界层方法在室内和田间都是一种可行的确定运移参数的方法，具有广泛的应用前景。     

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.     

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。