›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (10): 3007-3014.doi: 10.16285/j.rsm.2015.10.035

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

基于流网单元的污染物优势运移数值模型

梁 越1, 2, 3,王俊杰1, 3,刘明维1, 3   

  1. 1.重庆交通大学 国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆 400074; 2.河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;3.重庆交通大学 河海学院,重庆 400074
  • 收稿日期:2014-12-23 出版日期:2015-10-10 发布日期:2018-06-13
  • 作者简介:梁越,男,1985年生,博士,副教授,硕士生导师,主要从事地下水渗流理论等方面的研究工作。
  • 基金资助:
    “十二五”国家科技支撑计划(No. 2011BAB09B01);国家自然科学基金(No. 51409029,No. 51349007);重庆市教委科学技术研究项目 (No. KJ130412);重庆市基础与前沿研究计划(No. cstc2013jcyjA30006);河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室开放基金项目(No. GH201303)。

Numerical model for contaminant preferential migration based on flow net element

LIANG Yue1, 2, 3, WANG Jun-jie1, 3, LIU Ming-wei1, 3   

  1. 1. National Engineering Research Center for Inland Waterway Regulation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 3. School of River and Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China
  • Received:2014-12-23 Online:2015-10-10 Published:2018-06-13

摘要: 垃圾填埋场滤出液、入侵海水、核废物及生产生活废水等污染物随地下水的迁移威胁人类生存。地下水渗流的随机性导致溶质运移问题更加复杂。根据流网特点,利用流线与水头等势线对求解域进行离散,基于质量守恒原理建立流网单元内溶质浓度求解的隐式有限体积差分格式。基于多孔介质孔隙流速分布规律,利用蒙特卡洛法建立流管单元随机流速场进行溶质运移过程的数值模拟,最后根据数值模拟和模型试验的结果对比,验证了数值模拟方法的准确性。基于流网单元的数值模型中沿流线方向的物质交换由对流和扩散共同作用,而流管间的物质交换只有扩散作用,因此,可在不使用弥散系数下进行污染物运移的模拟。引入随机方法确定流管内流速为研究非均匀流场中染污物的优势迁移提供了新的思路。

关键词: 优势流, 溶质运移, 有限体积法, 扩散系数, 流网

Abstract: The contaminants, such as filtrate of waste landfill, intrusion seawater, nuclear waste, production sewage and living sewage, would threaten human survival when they migrate into groundwater system. Randomness of groundwater seepage makes the problem of solute transport more complicated. According to the characteristics of flow net, implicit difference scheme of the solution of unit solute concentration based on the principle of mass conservation with the stream tube element is solved by the streamline and equipotential lines. Based on the velocity distribution patterns of porous media, the Monte Carlo method is used to establish the flow rate field for simulating the process of migration of solute. The accuracy of the numerical simulation method is proved by the comparison of the simulation and model tests. In the numerical model the convection and diffusion have effect on the substance exchange along the direction of stream tube. However, only solute diffusion exists between stream tubes. In this model, the feasibility of dispersion coefficient and the limitation of feasibility are overcome. The method for determining flow rate with randomness can provide a new idea for research of advantage migration of contaminants in heterogeneous flow field.

Key words: preferential flow, solute transport, finite volume method, diffusion coefficient, flow net

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[1] 张志红, 陈 杨, 张志亮, 田改垒. 高饱和条件下水-力-化耦合模型及数值模拟[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 100-106.
[2] 张文杰,楼晓红,高佳雯. 高塌落度防渗墙填料扩散系数快速测定的透析试验[J]. , 2018, 39(2): 523-528.
[3] 叶万军,董西好,杨更社,陈 强,彭瑞奇,刘 宽. 含水率和干密度对黄土热参数影响的试验研究[J]. , 2017, 38(3): 656-662.
[4] 董西好,叶万军,杨更社,吴 迪,申艳军,刘 慧,. 温度对黄土热参数影响的试验研究[J]. , 2017, 38(10): 2888-2894.
[5] 章定文 ,张 涛 ,刘松玉 ,曹智国 , . 碳化作用对水泥固化/稳定化铅污染土溶出特性影响[J]. , 2016, 37(1): 41-48.
[6] 薄煜琳 ,于博伟 ,杜延军 ,魏明俐 , . 淋滤条件下GGBS-MgO固化铅污染黏土强度与溶出特性研究[J]. , 2015, 36(10): 2877-2891.
[7] 张 明,张虎元,贾灵艳. 混合型缓冲回填材料非饱和水分扩散试验研究[J]. , 2012, 33(6): 1673-1678.
[8] 李 涛,刘 利,丁洲祥. 大变形黏土防渗层中的污染物迁移和转化规律研究[J]. , 2012, 33(3): 687-694.
[9] 孙丽云,刘忠玉,乐金朝,张 杰. 考虑非Darcy渗流时循环荷载下饱和黏土一维固结分析[J]. , 2010, 31(S1): 62-68.
[10] 汤艳春 ,周 辉 ,冯夏庭 ,谢越韬 . 应力作用下岩盐的溶蚀模型研究[J]. , 2008, 29(2): 296-302.
[11] 何 俊,施建勇,廖智强,朱 宁. 膨润土中离子扩散特征试验研究[J]. , 2007, 28(4): 831-835.
[12] 杨海英,陈 刚,柴军瑞,张志昌. 金沙峡电站闸坝区渗流场有限体积法数值模拟[J]. , 2005, 26(3): 461-464.
[13] 王锦国,周志芳. 裂隙岩体溶质运移模型研究[J]. , 2005, 26(2): 270-276.
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[1] 刘 晓,唐辉明,刘 瑜. 基于集对分析和模糊马尔可夫链的滑坡变形预测新方法研究[J]. , 2009, 30(11): 3399 -3405 .
[2] 胡大伟,周 辉,谢守益,张 凯,邵建富,冯夏庭. 大理岩破坏阶段Biot系数研究[J]. , 2009, 30(12): 3727 -3732 .
[3] 师旭超,韩 阳. 卸荷作用下软黏土回弹吸水试验研究[J]. , 2010, 31(3): 732 -736 .
[4] 朱建明,彭新坡,姚仰平,徐金海. SMP准则在计算煤柱极限强度中的应用[J]. , 2010, 31(9): 2987 -2990 .
[5] 原喜忠,李 宁,赵秀云,杨银涛. 东北多年冻土地区地基承载力对气候变化敏感性分析[J]. , 2010, 31(10): 3265 -3272 .
[6] 白 冰,李小春,石 露,唐礼忠. 弹塑性应力-应变曲线的斜率恒等式及其验证和应用[J]. , 2010, 31(12): 3789 -3792 .
[7] 唐利民. 地基沉降预测模型的正则化算法[J]. , 2010, 31(12): 3945 -3948 .
[8] 李占海,朱万成,冯夏庭,李绍军,周 辉,陈炳瑞. 侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究[J]. , 2010, 31(S2): 434 -441 .
[9] 蔡辉腾,危福泉,蔡宗文. 重庆主城区粉质黏土动力特性研究[J]. , 2009, 30(S2): 224 -228 .
[10] 宋 玲 ,刘奉银 ,李 宁 . 旋压入土式静力触探机制研究[J]. , 2011, 32(S1): 787 -0792 .