井内混合效应对弥散尺度依赖性影响的实验研究

弥散度是刻画孔隙介质中溶质运移和扩散的重要参数,对于污染物的预测和修复至关重要,但野外示踪试验往往会选择忽略真实存在的井内混合效应。通过室内砂槽实验方法,模拟具有水平分层结构的含水层,该含水层主要由3种介质充填而成。采用埋藏传感器和井中布设传感器2种监测方式,对比在有/无混合效应情况下,穿透曲线的形态差异,进而探究井内混合效应对弥散尺度依赖性的影响情况。实验结果表明,井内混合效应会使穿透曲线呈现阶梯式增长,并伴有显著的拖尾现象;当使用对流弥散方程进行计算时,混合效应会导致弥散度被高估;观测到的弥散度与真实弥散度的差异会随着注入井和观测井间距离的增加而增大;此外,2种观测方式（埋藏/井内）均能发现弥散的尺度依赖性,且井内混合效应显著增强了弥散尺度效应,该实验结果可为污染物运移的评价和预测提供参考。      

含水层中弥散系数的尺度效应

为确定研究区含水层的弥散系数,进一步开展咸水体运移的数值模拟,根据研究区的地质背景和水文地质条件,针对含水层中咸水体分布格局设计并开展了示踪试验。利用试验获得的数据初步分析了咸水体垂向和横向运移特征,提出了依赖于单尺度示踪试验结果推求多尺度下弥散系数的内推-外延法,据此计算了试验尺度上的弥散系数。示踪试验结果直观地反映了咸水体对抽水井中氯离子质量浓度的影响,确定了试验尺度上的横向弥散度为7.42 m,垂向弥散度为41.4 m。基于弥散方程的解析解,采用半程拟合的方法进行尺度效应的分析,确立了横向及垂向弥散度与试验尺度关系分别为y=0.007 5·e^{0.129 3x}和y=0.102 9e^{0.049 2x}。根据上述定量关系可进行同类地区相似条件下的弥散系数计算和尺度效应分析,从而为进一步开展咸淡水交互地带水盐运移的模拟和预测提供参数基础。     

地下水溶质运移数值模拟模型参数的局部灵敏度研究

采用局部灵敏度分析方法计算天津市滨海新区南港工业区内某研究区含水层渗透系数、降水入渗补给系数、纵向弥散度、孔隙度对地下水溶质运移数值模拟模型模拟结果的影响。结果表明,含水层渗透系数、纵向弥散度及孔隙度灵敏度较高,对模拟结果影响较大,降水入渗补给系数对模拟结果影响很小。三个灵敏参数的灵敏度排序为孔隙度>纵向弥散度>渗透系数。     

弥散度及其在地下水污染模型中的作用

弥散理论是污染质在含水层中运移模型的基本理论.但在实际应用中存在着不少问题和争议.本文对污染质在含水层中运移的弥散作用进行了分析探讨.并应用MOC水质模型对弥散参数的作用进行了分析,证明了在一般情况下,污染质在含水层中的运移主要受对流作用控制,弥散参数的变化对水质模型结果的影响相对较小.在特定的水文地质条件下,弥散作用对污染质的运移是重要的.     

分析一维砂柱弥散试验数据的相关系数极值法

针对现有分析室内一维砂柱弥散试验数据,确定多孔介质纵向弥散度的方法,在考虑介质对示踪剂的吸附作用的情况下不能应用的问题,对描述一维、稳定渗流与连续定浓度注入示踪剂的砂柱弥散试验的近似解析解进行反函数变换,利用相关系数极值法的原理,建立了在多孔介质与示踪剂间为均衡吸附条件下,可计算多孔介质纵向弥散度与阻滞系数的方法.而且,这种方法在多孔介质的有效孔隙率为已知的情况下,还可计算出多孔介质对示踪剂的吸附系数.     

西宁市贵德县河滨公园林场第四系含水层弥散试验研究

地下水污染问题日益严重,研究溶质运移的弥散理论开始应用于实际问题。建立地下水溶质运移模型,对地下水中污染物的运移及发展趋势进行准确预测,是对地下水进行保护、对地下水污染进行控制的基础。而弥散参数的确定则是地下水溶质运移模型建立的关键环节之一,直接影响着模型预测结果的精度和准确性。 对西宁市贵德县地下水污染的水质运移规律进行分析,在贵德县河滨公园林场采用径向收敛流水动力弥散理论方法进行了第四系含水层现场弥散试验,计算了试验场地潜水含水层的弥散度,获得纵向弥散度(a_L)为0.843~0.998 cm,横向弥散度(a_T)经验推断值为0.17~0.20 cm,为进一步建立该地区的地下水溶质运移模型、预测地下水污染的发展趋势和评价该地区地下水环境质量提供了数据参考。     

本钢郑家屯潜水含水层弥散试验研究

在本钢郑家屯潜水含水层中进行了弥散试验，以Ｃｌ＾－为示踪剂，瞬时投放，根据流场条件，建立了二维水质运移模型。利用标准曲线法进行处理，得到了各监测井处的弥散度，对该试验结果进行分析，得到了在试验范围内，多孔介质中水动力弥散度的变化。     

渭河河漫滩宏观弥散度计算

宏观弥散度的确定对地下水溶质运移至关重要。利用竖管法野外现场测定900个点的垂向饱和渗透系数Kv值,然后进行统计分布检验,运用地质统计学中负指数模型在有块金效应影响的条件下拟合出ln Kv的空间相关尺度λ值,进而利用λ与宏观弥散度关系式求解渭河漫滩非饱和带的宏观弥散度。结果表明,研究区整体Kv平均值为0.012cm/s,方差为1.33,表明Kv空间差异性较大;垂向渗透系数基本服从对数正态分布规律,满足宏观弥散度计算条件;估算整体纵向宏观弥散度为21.27m,各排计算结果约2.11~4.65m。     

基于蝙蝠算法的适线法求解水动力弥散系数

利用弥散资料确定含水层弥散系数的标准曲线法在具体应用中存在较大的随意性,用一种基于蝙蝠算法的适线法进行一维流动二维水动力弥散模型中弥散系数的识别,在一定程度上解决了传统的标准曲线法求解含水层弥散系数中主观因素造成较大误差的现象,并能直接得出地下水流速。实例计算结果表明,基于蝙蝠算法的适线法是求解水动力弥散系数的一种高效方法,可广泛用于求解其他水文地质问题。      

分析拟稳定流径向弥散试验数据的反函数法

将描述拟稳定流径向水动力弥散过程的近似解析解进行反函数变换。以变换后的表达式为基础,建立了具有c-t数据和c-r数据两种情况下的直线方程。该方程的因变量与自变量均为试验数据的函数,直线常数中含有待求弥散参数。经过适当的数据转化,就可以利用线性回归法或直接图解法求出直线常数,从而计算出含水层介质的纵向弥散度al和有效孔隙率n。算例表明,这种方法的计算结果精度令人满意。      

水流热扩散系数的试验研究

在系统的明槽水流试验基础上,本文探讨了水流热扩散系数的基本规律.试验成果分析表明:纵向分散系数的适宜尺度是流速分布不均匀综合因素,并与比降和弗汝德数有关,同时给出了估算水流热纵向分散系数的公式;横向热扩散系数与化学物质扩散系数有相似的规律。笔者运用误差理论,导出了温度测量值的不确定度和纵向分散系数的不确定度估算公式。     

Multivariate Correlation in the Framework of Support and Spatial Scales of Variability

This paper extends the concept of dispersion variance to the multivariate case where the change of support affects dispersion covariances and the matrix of correlation between attributes. This leads to a concept of correlation between attributes as a function of sample supports and size of the physical domain. Decomposition of dispersion covariances into the spatial scales of variability provides a tool for computing the contribution to variability from different spatial components. Coregionalized dispersion covariances and elementary dispersion variances are defined for each multivariate spatial scale of variability. This allows the computation of dispersion covariances and correlation between attributes without integrating the cross-variograms. A correlation matrix, for a second-order stationary field with point support and infinite domain, converges toward constant correlation coefficients. The regionalized correlation coefficients for each spatial scale of variability, and the cases where the intrinsic correlation hypothesis holds are found independent of support and size of domain. This approach opens possibilities for multivariate geostatistics with data taken at different support. Two numerical examples from soil textural data demonstrate the change of correlation matrix with the size of the domain. In general, correlation between attributes is extended from the classic Pearson correlation coefficient based on independent samples to a most general approach for dependent samples taken with different support in a limited domain.     

弥散系数在非均质多相岩层中的尺度效应

根据渗透系数在多相岩层中的协方差函数,文中首先推导了用以描述溶质在三维模型中运移特征的宏观弥散系数方程,然后导出了纵向弥散系数用来表达该参数的尺度效应。利用一个例子,讨论了宏观弥散随时间的变化趋势,以及同一岩相内转移项和越相转移项对弥散的相对贡献。灵敏度分析指出纵向弥散系数是与岩相平均长度正相关,也与不同岩相的渗透系数的差值正相关,其取值随渗透系数的总方差的增加而增大。     

南极冰层取心钻探钻井液对雪层影响的模拟研究

深冰层取心钻探是极地科学考察的重要组成部分。在极地勘探取样过程中做到在获得高质量冰岩心样品的同时,将钻井液对极地环境的污染降低到最低程度,对保护极地原生环境具有重要意义。依据南极科学钻探的地层条件,应用Visual Modflow建立了污染物在雪层中的运移模型,在污染物浓度保持恒定时,对钻孔内污染物进行了数值模拟,预测了10年后污染物在雪中污染羽扩散范围。在此基础上,对比分析了不同弥散系数时,雪对污染物弥散的能力。极地科学钻探使用的钻井液粘度通常是水的10倍,随着污染物粘度的增大,其扩散的距离也将相应减少。研究结果为深入开展极地冰层取心钻探钻井液对极地环境影响评价研究奠定了重要的理论与技术基础。     

非饱和土中Rayleigh波的传播特性分析

基于对非饱和多孔介质的研究成果,考虑孔隙中液相和气相的相互影响,研究了非饱和土地基中Rayleigh波的传播特性。通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理,建立了问题的弹性波动方程。通过引入势函数及考虑自由透水（透气）的边界条件,经过理论推导给出了非饱和土中Rayleigh波的弥散特征方程。通过数值算例分析了Rayleigh波的波速和衰减系数随饱和度、频率和固有渗透系数等因素的变化规律。结果表明：不同饱和度下波速随频率和固有渗透系数的变化均是先不变,然后小幅下降,再急剧增加,最后趋于一致;衰减系数在不同饱和度下随频率的增大而增大,随固有渗透系数的增大而先增大后减小。     

梯形断面明渠中纵向离散系数研究

基于最大信息熵原理,提出了一种确定梯形断面纵向流速分布的方法,研究了梯形断面明渠中流动横向不均匀和垂向不均匀对纵向离散的影响,建立了一个针对梯形断面明渠流动的纵向离散系数计算公式。公式将纵向离散系数与反映断面流速分布不均匀和壁面影响的参数建立联系,机理更加清楚,预测结果与其他学者相应的实验结果吻合良好,该方法理论推导过程严密,不依赖于特定的试验结果或实际测量资料,为梯形断面明渠的污染物混合输移过程中参数确定提供了有效的方法和途径。     

煤复电阻率频散机理研究

为了研究在0~200 kHz条件下煤复电阻率频散的物理机理,在恒定电流变频条件下,测量煤的复电阻率幅频相频。利用傅里叶逆变换,将煤的复电阻率频域数据变换成时域数据;利用Cole-Cole模型,将复电阻率频散数据进行拟合;借鉴双电层形变假说理论,对比砂岩频散现象,研究煤的复电阻率频散机理。结果表明:在电流频率为0~200 kHz,焦作赵固矿和九里山矿样品复电阻率频散特征与岩石相似,复电阻率幅值随频率增大而减小,复电阻率相位的绝对值随频率的增大先增大后减小,引起频散特征的原因主要是激发极化,电磁感应的影响程度很小。煤复电阻率测量和频散机理的研究成果为复电阻率测井提供了理论依据,具有一定的应用前景。      

河流纵向分散系数研究

研究了天然河流纵向分散系数理论公式及其参数的确定问题.借助于抛物型断面型态方程确定了河道垂线水深沿河宽的分布及流速分布对断面平均流速的偏离u‘的横向分布,给出了横向混合系数计算方法.在此基础上通过对Fischer的三重积分的直接求解,建立了新的天然河流纵向分散系数计算公式.这一新建立的纵向分散系数计算公式与原有的有代表性的经验公式以及26条美国河流上实测的59组资料进行了比较,比较结果表明,本文建立的纵向分散系数计算公式能给出与实测纵向分散系数最接近的预测值.与现有的其它纵向分散系数计算公式相比,本文建立的天然河流纵向分散系数公式理论上更加合理,机理上更加清楚,并且具有最小的预测误差.     

弥散尺度效应的试验研究进展及展望

水动力弥散尺度效应问题是地下水中污染物运移研究的重要内容,针对国内外的弥散尺度效应研究,分别从室内和野外两个方面对弥散尺度效应试验研究进行综述。统计了室内试验各影响因素产生弥散尺度效应所占的比例,并根据表格数据分析造成弥散尺度效应的原因。最后,提出弥散尺度效应的试验研究展望:(1)验证弥散尺度效应的存在性;(2)研究弥散尺度效应的产生机理;(3)弥散尺度效应的定量化研究。