非线性波浪作用下海底管线-海床动力响应分析

确定波浪荷载作用下海底埋置管线和海床的响应是海底管线设计中的关键问题。目前大多数研究只是考虑了管线、海床在线性推进波作用下的响应,并没有考虑管线与海床之间的相互作用效应。采用接触摩擦理论,考虑管线与海床之间的相互作用效应,基于有限元方法研究了非线性波浪作用下海底埋置管线和多孔海床相互作用问题。数值计算结果表明,在计算中如果忽略波浪非线性项,既有可能低估海底管线内应力及管线周围海床中孔隙水压力,也有可能高估海底管线内应力及管线周围海床中孔隙水压力。     

波浪载荷导致黄河口潮坪沉积物垂向运移现场观测研究

2005年8月7~8日,现代黄河三角洲刁口地区经历了一次由台风麦莎引起的风暴潮过程。通过对比分析风暴潮前后受保护潮坪滩面沉积物的粒度特征变化情况,发现了风暴潮期间在强烈的波浪载荷导致的渗流作用下,粉质土海床出现了极细粉粒由下向上运移并输出滩面的现象。结合现场试验期间采集到的孔隙水压力监测数据,本文基于海床动力响应的观点分析了其成因机制。     

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。     

波浪作用下砂质海床瞬态液化判别准则分析探讨

波浪会引起松砂和中等密实度的砂质海床发生液化,海床液化直接影响着海洋构筑物的安全。目前文献中常用的液化判别公式主要基于有效应力和超孔压的概念提出。在对当前文献中的4种主要液化判别准则的物理意义进行分析的基础上,基于波浪作用下海床应力和孔压的解析解,对不同计算参数条件下4种液化判别准则得到的液化区分布特征进行了对比,分析了4种液化判别准则的适用性,主要结论为：基于海床平均有效应力的液化判别准则b,在海床饱和度不小于0.99,且海床计算厚度不大于0.4倍波长时不适用;基于海床竖向超孔隙水压力和海床平均上覆有效自重应力的液化准则d,其所得海床液化深度较多情况下超出海床的塑性区深度,且其物理意义不明确,因此不建议使用该液化判别准则;基于海床竖向有效应力的液化准则a,与基于海床竖向超孔隙水压力和海床上覆竖向有效自重应力的液化准则c,其适用性较好,推荐应用该2个液化准则。     

潮汐作用下盐沼孔隙水流动及溶质运移模拟

滨海盐沼是重要的陆地-海洋交界带生态系统。目前国际上存在关于盐沼的两大假设:盐沼系统输出养分和盐沼植物带状分布。为验证这两大假设,增强对盐沼湿地的了解,盐沼孔隙水流动及溶质运移研究至关重要。为模拟复杂盐沼系统孔隙水流动及溶质运移,改进了美国地质勘测局编制的SUTRA程序。基于假定的潮沟横断面物理条件,对孔隙水流动及溶质运移过程进行了模拟分析。结果表明潮沟附近孔隙水及溶质交换较快,潮水浸淹会减缓潮沟附近出现物质集结。落潮时潮沟附近有明显垂向流和水平流,远潮沟地带主要为水平流。潮沟附近土壤通气条件较好。这些模拟结果较好的吻合了潮沟附近较盐沼内部盐沼植物长势较好的现象。     

同位素示踪模拟地下水溶质运移速度的研究

本文通过青海某地一废物库的选址，进行了单井同位素地下水流速流向的测定，研究放射性同位素作为地下水的运动介质，模拟污染物质的溶质运移速度，从而预报建库后可能对周围环境产生的不利影响，提供切合实际的新的测试手段与数据。     

反应性溶质在不同质地饱和土柱中运移的数值模拟

盐渍土壤中的物理化学作用对溶质运移具有重要影响.吸附和离子交换作用是土壤中常见的反应.利用室内土柱出流实验对这两种作用下的单组分和多组分溶质运移进行了探讨,用CXTFIT软件模拟了只考虑对流-弥散的常规溶质运移;用水文地球化学模拟软件PHREEQC进行了耦合吸附和离子交换反应的模拟.结果表明,土壤质地对单组分溶质的运移具有重要影响,而在多组分溶质运移中,组分之间的相互作用对溶质运移具有更为重要的影响,并且耦合物理化学作用的模拟精度更高.     

地下水溶质运移三维有限元模拟软件的设计与应用

介绍了含水层系统地了下水溶质运移三维有限元要模拟软件（ＧＴＳ３ｄ）的设计思路，该软件充分考虑到从模型的建立，数据与参数的输入，模拟计算到计算结果可视化与表达的整个过程，通过键盘或鼠标控制下拉式菜单结构而有机地组织在一起，实现了数据输入，计算结果输出的全部图形功能，该软件成功地用于广西北海市涠洲岛含有水层系统的海水入侵模拟研究     

Laplace变换边界积分方程与Schapery数值反演法模拟溶质运移问题

本文将对流－弥散方程化为纯尔散方程，采用Ｌａｐｌａｃｅ变换，Ｓｃｈａｐｅｒｙ数值反演法求解，通过裕列计算对选取不同的Ｌａｐｌａｃｅ变换参数的计算结果进行比较，分析Ｌａｐｌａｃｅ变换参数对计算精度的影响，给出Ｐ值的选取方法式。     

地下水溶质运移数值模拟中减少误差的新方法

地下水中污染物运移的数值模拟方法一直是学界的研究热点问题.而如何减少与消除对流-弥散方程数值解中浓度陡锋面附近的数值振荡与数值弥散,更是研究的前沿与难点.提出了一种地下水溶质运移数值模拟中减少数值弥散的新方法.该方法的核心思想是在水动力弥散系数上加上一个数值弥散估算值,得到一个修正弥散系数,用其替代方程中有明确物理意义的水动力弥散系数进行计算.并提出了一个参数——数值弥散因子(μ_NDF),可以根据研究需要进行参数分区并适当调节该因子的大小,从而达到控制数值振荡,减小数值弥散的目的.从一维到二维的多个数值算例的模拟计算结果表明,该方法能在消除数值振荡的基础上,较好地减少数值弥散,达到满意的精度.     

土壤水分与溶质运移机制的分形理论研究进展

土壤中水分和溶质运移一直是土壤-水环境系统中的研究热点,也是目前仍未得到很好解决的问题.将分形理论应用于土壤水分溶质运移机制的研究,探讨其领域中的众多复杂问题,是一种全新的思路和方法.在对土壤结构定量化的分形表征进行简要阐述的基础上,重点介绍了分形理论在水分特征曲线和水力传导度等土壤水分运动基本参数的分形模型、土壤水分运移过程模拟、土壤溶质运移的非费克现象、弥散度的尺度效应以及溶质运移机制研究方面所取得的一系列成果,并就分形理论今后在土壤水分、溶质运移研究中的应用作了展望.     

三维交叉裂隙渗流传质特性数值模拟

对交叉裂隙渗流传质特性的定量描述是研究整个裂隙网络渗透传质特性的基础。为真实模拟水流及溶质在三维交叉裂隙中的运移过程,首先通过三维轮廓仪获取天然岩石裂隙表面的形貌数据,再应用三维重构技术生成相应的三维交叉裂隙模型,随后求解Navier-Stokes方程,假定溶质运移满足Fick定律,模拟水流和溶质在三维交叉裂隙中的运移过程。通过对比粗糙裂隙模型与平行平板模型的模拟结果发现：粗糙度对流体的分布及流动状态存在显著的影响;不同进、出口工况下的流体流动及溶质运移状态亦表明：裂隙交叉的几何形貌会显著地影响溶质混合行为。这些结果表明,目前被广泛采用的平行平板模型在评估岩体内特别是交叉口的物质运移特性时将导致较大的偏差,在将来的研究中有必要针对裂隙交叉口的几何特征建立修正的模型以提高评估的准确性。     

一维均质与非均质土柱中溶质迁移的分数微分对流-弥散模拟

分数微分对流-弥散方程(FADE)是模拟溶质迁移问题的新理论,但应用FADE来模拟溶质迁移时能否克服弥散的尺度效应尚待验证。利用长土柱实验资料结合FADE的解析解拟合推求FADE的弥散系数,并分析其与尺度之间的相关关系。研究结果表明,FADE的弥散系数具有随尺度增大而增大的现象,且均质土柱中FADE的弥散系数尺度效应小于非均质土柱中弥散系数尺度效应。在均质土柱中,弥散系数与尺度之间成指数相关关系,在非均质土柱中,弥散系数与尺度之间成幂相关关系。考虑了弥散系数分别与迁移时间和迁移距离呈线性递增两种相关关系,进而分别构建了3种考虑弥散尺度效应的FADE模型,并提出了求解的差分方法。利用上述3种考虑弥散尺度效应的FADE来模拟和预测不同空间位置处的溶质迁移过程。结果表明,对均质土柱中的溶质迁移可得到较好的模拟结果;对于非均质土柱,其模拟结果与实测结果仍然存在一定的差异。     

裂隙岩体溶质运移模型综述

本文综述了裂隙岩体系统中溶质运移的概念模型和数学模型。分析了目前各种裂隙岩体系统中溶质运移的数学模型的适用性和优缺点，为选取合理的数学模型求解具体的问题提供了参考依据。最后提出了有待进一步研究的问题。     

三维裂隙网络溶质运移粒子追踪法

本文讨论了利用粒子追踪方法模拟岩体三维裂隙网络中溶质迁移的问题.在本研究中裂隙为圆盘形,具有一定的张开宽度;其中流体的流动为面状流,发生在整个裂隙圆盘范围内.粒子追踪时考虑了对流、纵向弥散和横向弥散.利用提出的方法模拟了一个野外实际钻孔示踪试验.对模拟得到的示踪剂恢复曲线与实测的回收曲线进行了对比,二者的结果基本一致.     

裂隙岩体溶质运移模型研究

核废料的地下深部贮存、垃圾填埋造成的污水下渗、海水入侵、输油管道老化引起渗漏等诸多应用领域的发展,要求从机理、试验和模型等方面发展裂隙岩体溶质运移理论。基于裂隙岩体系统溶质运移的多尺度概念模型,分析了目前描述裂隙岩体系统中溶质运移各种数学模型的适用性和优缺点,为选取合理的数学模型求解具体的问题提供了参考依据。最后提出了需要进一步研究的问题。     

裂隙岩体地下水溶质运移的尺度问题

核废料的安全贮存、地下污染的预测控制等目前面临的许多重大问题要求对大尺度裂隙岩体地下水溶质运移问题进行研究,然而裂隙岩体地下水溶质运移问题的尺度效应给这项研究带来了极大的挑战.本文介绍了裂隙岩体地下水溶质运移的多尺度概念模型及其物理和数学模拟方法,并探讨了模拟尺度与观测尺度、预测尺度、裂隙介质尺度之间的关系及尺度效应的分形特征.     

PHREEQC在地下水溶质反应-运移模拟中的应用

由于地下水污染的加剧,对地下水中污染物运移规律的研究日益受到重视。地下水中的溶质在运移过程中伴随着溶质组分间的化学反应,因此需要建立地下水溶质运移与化学反应的耦合模型。PHREEQC是近年来发展起来的描述局部平衡反应、动态生物化学反应的水文地球化学模拟软件。本文利用该模拟软件对一维地下水流动过程中溶质离子交换反应和动态氧化还原反应进行了模拟。结果表明,PHREEQC能够成功地进行溶质运移情况下复杂水化学反应模拟,但对于复杂地下水流和溶质运动的情况,有必要耦合其它的地下水流动和溶质运移软件来共同完成。