宏观水力传导度及弥散度的确定方法

根据非饱和水力传导率野外试验的统计数据,利用由随机理论推求的宏观水力传导率、宏观水分特征曲线、宏观弥散度的计算公式,计算了介质的宏观参数,为区域非饱和水分运动和溶质运移问题的分析和预测奠定了基础.     

区域地下水溶质运移随机理论的研究与进展

在总结近年来国内外区域地下水溶质运动研究的基本理论、方法和部分成果的基础上,论述了溶质在大区域运动的主要影响因素为区域介质的空间变异性。首先总结了野外条件下饱和介质和非饱和介质土壤渗透性能的空间变异性结果,由于野外渗透介质严重的空间变异性,研究溶质在野外条件下的运动采用了随机理论方法。基于Lagrange方法和Euler方法,研究结果表明,在渗透系数为对数正态二阶平稳及一阶扰动近似条件下,平均浓度满足对流－弥散方程,方程中宏观弥散度决定于介质渗透性能的统计特征,总结了一系列宏观弥散系数的表达形式,在此基础上,指出了需要进一步研究的问题。     

土性高斯平稳场-马尔可夫场在渗流随机分析中的应用研究

不同类别土之间的性质差异导致了土性空间变异性的增大,需要建立一种模型以更真实地反映变异产生机制。引入基于马尔可夫场的多元指示地质统计模型,推导了含多类土的土层特性参数统计特征的理论表达式,分析了多类土的存在对K-L(Karhunen-Loeve)展开的影响,应用谱模型对土层进行了渗流力学随机分析。模拟结果证实了高斯平稳场-马尔可夫场的正确性和谱模型的有效性。     

地下水动态预报的多层递阶组合模型

地下水系统是一个复杂的随机系统,降水、灌溉等可视为系统的输入,而地下水位则可视作系统的输出。地下水位是一随机动态数据序列,在年际间具有明显的周期性变化。基于此,提出了一种用于描述和分析具有周期性变化的时间序列的新的组合模型一多层梯阶组合模型,该模型是由多层梯阶模型及自回归滑动平均(ARMA)模型构成。在建模中,将原序列分解为年均值、年度变幅和残差三个子序列。针对前两个子序列的时变特征,可采用多层梯阶模型进行模拟,残差序列则可用ARMA模型描述。本文采用这种新的组合模型对区域地下水位动态进行了预报,结果表明预测效果较好。     

多孔介质随机参数的相关性对非饱和水流的影响

基于van Genuchten-Mualem非饱和水分特征模型,建立了非饱和流运动的随机数值模型。将饱和水力传导度和孔隙大小分布参数视为服从对数正态分布的随机场,用Karhunen-Loeve展开分解,水头表示为混沌多项式展开。通过摄动方法得到一系列关于水头展开的偏微分方程,并用有限差分法进行求解。应用本文的模型分析了两随机场在统计不相关和完全相关模式下对水流随机分析的影响,结果表明两种模式下的水头均值相同,完全相关模式下的水头标准差较不相关模式下的明显偏小。     

含水层和土壤的随机特征对水分运动的影响

将土壤或含水层的介质参数视为随机分布,建立了饱和非饱和水流运动的随机微分方程,利用随机数值求解方法,得到各种随机参数对水头分布和含水量空间变异性的影响。分析结果表明,随着渗透系数空间变异性和相关尺度的增大,含水层水头分布的变异性增大;对于区域内有抽水井分布的问题,在井点附近区域,z向水流速度空间变异性大,而在井点处变异性较小。当采用Gardner-Russo模型描述非饱和水分特征时,其非饱和土壤介质参数α的变异性对土壤负压和含水量变异性的影响大于饱和渗透系数,土壤含水量越小,含水量的空间变异性越大。初步讨论了根据随机数值方法研究地下水运动问题的可靠性分析方法。