三维溶质运移问题的分步广义迎风解法

对对流占优的三维溶质运移问题提出了分步广义迎风解法，首先利用Ｎ．Ｎ．Ｙａ－ｎｅｎｋｏ对水动力弥散方程分步求解的思想，将原来的一个定解问题分解为两个定解问题即对流定解问题和扩散定解问题，对对流定解问题采用广义迎风对偶单元均衡法求解，对扩散定解问题采用一般的Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法求解，不仅避免了用一般有限元法和有限差分法求解对流占优的地下水水质数学模型时常出现数值弥散和过量问题，而且避免了求节点速度这一步，节省运算步骤，对井点的浓度变化给出了更合适的求解方法。     

求解对流占优地下水水质模型的有限元高精度广义迎风单元均衡格式及应用

根据水质模型的具体特点，对不同的方程采用不同方法，水流问题用有限元法；对流弥散方程先用算子分裂的方法分解为两个方程，即对流方程和弥散方程，前者用高精度广义迎风格式求解，对弥散方程则采用多单元均衡格式法求解，最后合成为高精度广义迎风均衡格式求出溶质浓度。通过对数值实验例子的计算和实验溶质迁移的模拟，可以看出在求解对流弥散定解问题时，广义迎风均衡格式克服了有限元数值波动和浓度出现负值的问题，与有限元相比有较大改进。     

求解对流占优地下水水质模型的有限元高精度广义迎风单元…

根据水质模型的具体特点，对不同的方程采用不同方法，水流问题用有限元法；对流弥散方程先用算子分裂的方法分解为两上方程，即对流方程和弥散方程，前者用高精度广义迎风格式求解，对弥散方程则采用多单元均衡格式法求解，最后合成为高精度广义迎风均衡格式求出溶质浓度。     

二维输运方程高精度数值模拟

采用剖开算子法,把二维输运问题剖分为两个子初值问题(对流分步、扩散分步)。在任意三角形网格中,分别对不同性质的算子采用各自适合的算法,即采用特征线法求解对流分步,采用半隐式有限元法求解扩散分步。重点探讨了对流插值问题,给出了一种完全对称三次插值模式,有效地减少了数值阻尼。为了克服高阶插值数值震荡问题,计算中保证了函数及其一阶偏导数连续。算例表明,数值方法模拟结果与精确解吻合较好。该算法在求解输运方程(包括纯对流输运方程)时,既能有效减少数值阻尼,也能保证计算中不出现数值震荡。     

水体交换年龄模型研究

采用剖开算子法,把水体年龄控制方程分成几个连续的初值问题。在任意三角形网格中,分别对不同性质的算子采用各自适合的算法,即采用特征线法求解对流分步,采用半隐式有限元法求解扩散分步和传播分步。利用水体交换模型试验结果和水体年龄对称特性解析解对所建立的年龄模型进行了验证计算,结果表明,建立的水体年龄模型计算结果与试验结果、解析解结果吻合,可较好地预测水体交换年龄。     

求解非稳定对流占优水质模型的非标准Galerkin有限元法

在求解非稳定地下水溶质运移模型时,若对流项占优,则模型表现出双曲方程的特性。针对这种特性,采用非标准Galerkin有限元方法进行求解是解决这类问题的有效途径。分别采用Wavelet-Galer-kin有限元方法、迎风有限元方法和特征有限元方法对强对流溶质运移模型进行了求解,并将其结果与标准Galerkin有限元和解析解进行对比。结果表明:标准Galerkin有限元方法会产生强烈的数值振荡;Wavelet-Galerkin有限元方法的时空定位效果好;迎风有限元方法能够有效降低数值振荡现象,但迎风因子对解的影响较大,而且会带来时间延迟;特征有限元方法能够提高解的精度,故可以认为特征有限元方法是求解强对流地下水溶质运移模型的首选方法。     

利用算子分裂迎风均衡格式解对流为主溶质运移问题

水污染模拟问题是水流问题与溶质运移问题的耦合问题.各种常见的数值解法在以对流为主溶质运移问题的求解中都会遇到困难,如用有限单元法或有限差分法时,会产生数值弥散与过量这两类误差.引入算子分裂迎风均衡格式法求解对流为主的水污染模拟问题,较好地克服了数值弥散和数值解出现振荡问题,该格式具有良好的稳定性、单调性及守恒性特点.     

非饱和土壤中溶质运移对流占优问题的通量校正运移解法

描述非饱和土壤中溶质运移的对流弥散方程可分成两部分，对流部分用通量校正运移（FCT）算法求解；弥散部分用常规的隐式差分方法求解，FCT算法包括两个阶段，一个是低阶运移阶段，这一阶段的解，可能会引进过量的数值弥散，另一个是高阶通量校正阶段，通过对反扩散通量进行校正（限定），可有效地消除数值弥散和数值振荡，而水体积分数用FUCG方法求得，能保持质量守恒，通过数值例子验证了FCT算法的有效性。     

占优问题的通量校正运移解法

描述非饱和土壤中溶质运移的对流弥散方程可分成两部分：对流部分用通量校正运移(FCT)算法求解；弥散部分用常规的隐式差分方法求解.FCT算法包括两个阶段，一个是低阶运移阶段，这一阶段的解，可能会引进过量的数值弥散；另一个是高阶通量校正阶段，通过对反扩散通量进行校正(限定)，可有效地消除数值弥散和数值振荡.而水体积分数用FUCG方法求得，能保持质量守恒.通过数值例子验证了FCT算法的有效性.     

变异Henry问题检验网格Peclet数在数值计算中的重要性

有限元法是求解地下水流和溶质运移对流-弥散方程的常用数值方法,它可以精确高效地处理以弥散为主的问题,但求解以对流为主的问题易引起显著的数值振荡。通过Galerkin有限元法对变异Henry问题进行模拟求解,得到了用不同的剖分网格及水动力弥散系数时,在特选节点处的浓度穿透曲线,分析并找到了浓度振荡的原因及合适的消除方法,即若出现浓度数值解在某值附近振荡,可以通过加密网格或增加水动力弥散系数将其消除。模拟结果及其分析表明:即使是研究区域相同,不同的边界条件、不同的水动力弥散系数对网格精度的要求不同;换言之,同一网格对不同模型参数的有效性也不同。网格Peclet数能够有效地判定给定的网格剖分是否会引起浓度振荡,对有限元法数值计算的网格剖分具有指导意义。     

对“佳木斯市地下水水量水质模型”一文的看法

朱学愚和孙克让先生曾在《水科学进展》1994年第1期发表了“佳木斯市地下水水量水质模型”。在该文中,作者为了克服一般数值法求解对流——弥散方程存在的数值波动现象,采用了单步反向追踪特征有限元法求解溶质运移问题。从作者所建立的溶质迁移方程看,笔者认为有不妥之处。     

地下水水质的数学模擬(三)——水动力弥散方程的解析解法及其应用

在第二讲中我们用空间平均方法导出了水动力弥散方程。由于它的复杂性,只有在极为理想的条件下才能求得解析解,一般的实际问题都要靠数值方法求解。尽管如此,研究水动力弥散方程的解析解法仍然是非常必要的,不仅各种数值方法要靠解析解进行检验和比较,而且我们还可以根据解析解的适用条件设计室内或野外试验,然后利用公式计算或配合标准曲线来确定水动力弥散系数。 水动力弥散方程的定解条件     

二维分数阶对流-弥散方程的数值解

对二维时间分数阶对流-弥散方程和二维空间分数阶对流-弥散方程分别建立了差分格式,实现了对其的数值求解。针对理想算例进行计算求解,分析了时间和空间分数阶阶数取不同值时的扩散变化规律,验证了各自所描述的时间相关性与空间相关性。同时与传统的二维整数阶对流-弥散方程的求解结果作了对比。当时间和空间分数阶阶数α与γ分别取整数时,二维时间分数阶对流-弥散方程和二维空间分数阶对流-弥散方程都与传统二维整数阶对流-弥散方程的计算结果相同,说明提出的对二维分数阶对流-弥散方程的数值求解方法是可行的。其结果对地下水溶质运移的进一步研究提供了有效的手段。     

用三角形有限体积法高密迎风格式求解地下水运移方程

本文建立了一种求解地下水中污染质运移方程的有限体积法。通过定义一种三角形控制体并求控制方程的应变量在它上面的平均值,这种格式就将有限元法处理复杂几何内蕴的灵活性和有限差法的简洁性结合起来。用高密迎风格式对平流项进行了离散。这种方法以“单调插值”原理为基础保证单调性,以保护格式的性质,它也以相邻控制体界面上局部黎曼问题的精确解为基础。这样,对所有单元peclet数都完全避免了数值振荡。在对弥散通量离散化的同时,得到了一种局部一阶。整体二阶精度的近似解与普通的迎风格式相对比,当遇到浓度尖锋时会产生少量的数值粘滞性.一些数值检验表明它与解析解很一致。本文求解了一个含有非平衡反应项的假想问题,来说明所提出的求解地下水运移方程方法的适用性。     

佳木斯市地下水水量水质模型

佳木斯市是一个以开采地下水为主要供水水源的城市.本文根据当地的水文地质条件,建立了佳木斯市的地下水的水量水质模型.用有限元法求解水量模型进行地下水资源评价.用特征有限元法求解水质模型进行地下水污染预测,该方法在求解对流一弥散方程时能有效地消除数值弥散和数值振荡,精度较高.为使该方法付诸实施,文中也提出了当利用特征有限元法求解时确定运动水质点所属单元的方法.     

污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移的耦合分析

基于一维固结方程和对流-弥散方程,提出了一种用于污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移耦合问题的求解方法,其中,自重固结方程由解析解直接求解,污染物迁移方程由显示差分法求解。在自重固结方面,新方法可考虑线性的压缩关系和渗透关系;在污染物迁移方面,新方法能够考虑对流、扩散、机械弥散、线性和非线性吸附以及孔隙率相依的有效扩散系数。新方法与CST1数值模型进行了对比,验证了新方法的正确性。基于所提出的解,分析了固结效应、压缩系数、渗透系数和污染物初始分布形式对污染物在淤泥中迁移过程的影响。计算结果表明:固结效应、压缩性、渗透性和污染物的初始分布形式对污染物的迁移过程有着显著的影响;固结效应能显著地加速污染物的流出;土体的压缩系数越大其污染物累计流出质量越大;土体的渗透系数越大其污染物累计流出质量越大;污染物的初始分布形式对污染物的流出速率影响较大。     

饱和水流溶质运移问题数值解法综述

本文总结了饱和水流中溶质运移方程求解的各种数值方法，分析各种方法的本质特征以及各自的优缺点，并指出了求解对流—弥散方程的各种数值方法的研究进展和值得重视的问题。研究结果表明，自适应欧拉—拉格朗日法(EM)是溶质运移问题中，求解对流—弥散方程是比较有发展潜力的方法之一。以MMOC法为基础在陡峰值高价插值和其它区域低价插值相结合的ELM法，将是未来发展的趋势。而寻求非规则网格上高精度的空间单元插值模式，已开始成为求解对流问题数值方法研究的重点和关键问题。     

一维对流-扩散试验各种边界条件及其统一形式解析解

黏土系材料广泛应用于各种污染防治工程,扩散系数是其关键参数之一,实验室一般通过拟合一维土柱对流-扩散试验数据来确定土的扩散系数。探讨了常用的零浓度边界、零浓度梯度边界和半无限边界对应的试验条件,给出了各边界条件的统一形式,通过引入变换式和辅助问题,求解得到各边界条件下统一的有限厚度土层中对流-扩散-吸附解析解,分析了各解析解之间的差异和用于数据拟合产生的误差。结果表明,每一种底边界条件都与土柱试验底部的实际情况相对应,柯西边界可看作各种边界条件的统一形式;土柱未被击穿时各边界条件解析解无差别;土柱击穿后,越靠近土柱底面,各种边界条件解析解计算结果差异越大,底面处浓度值随柯西参数 的增大而减小, 越大,代表底边界处扩散在溶质迁移中所占比例越大,同时底部浓度梯度越大;算例中对底部为半无限边界的试验数据进行拟合,若采用零浓度边界和零浓度梯度边界,计算结果分别偏大15%和偏小9%,根据土柱底部的对流-扩散比例和浓度梯度具体情况选择相应边界条件下的解析解,是保证数据拟合正确性的基本要求。     

察尔汗盐湖首采区含钾卤水水量水质模拟

察尔汗盐湖是一个以钾、镁为主，伴有多种非金属矿床的大型现代盐湖。赋存于盐层中的晶间卤水是我国目前钾肥生产的主要原料。作者根据当地的水文地质条件，建立了盐湖首采区含钾卤水的水量水质模型，其中用一级反应表示各离子间的固液转化效应，并采用特征有限元法求解包括反应项的对流－弥散方程。模拟结果具有较高的仿真性。     

解地下水水质运移问题的新方法

地下水污染问题可用对流一弥散方程描述之。但对于以对流占优势的问题,数值法都出现一定的数值弥散和数值波动现象。多年来,国内外许多学者在消除数值弥散和数值波动方面作了很多努力,提出了各种各样的改进方法,但进展不太大。最近,S.P.Neumao提出了用改进的特征值法和有限单元法相结合解对流—弥散方程,效果很好。本文在Neumao研