地下水污染数值模拟任务书

 2022-08-18 08:08

1. 1. 毕业设计(论文)的内容、要求、设计方案、规划等

多孔介质中流体流动的数学物理模型广泛应用于描述油藏开发过程中的油水的运移问题。该模型主要基于流体的质量、动量和能量的守恒律及其近似形式。工程物理上主要关心的物理量包括压力、速度、温度以及浓度、饱和度等。而模型中围绕以上物理量,遵循以上各种守恒律引入了关于地质、流体描述的许多参数、系数包括孔隙度、渗透率、相对渗透率、毛管压力和密度、黏度、压缩系数等等。由于地质的非均质性、各向异性、多尺度性导致引入的各种参数变化十分剧烈,许多物理量的都是在某种平均意义下的度量,引入的模型及近似关系都有明确的适用范围。多孔介质中流体流动的数学物理模型在数学上表现为依赖于时问的强耦合的非线性偏微分方程组。该偏微分方程组结构复杂,只有对特殊情形才能够有解析的表达式.运用计算机对该数学模型进行大规模、高精度的数值模拟成为科学与工程中的迫切需求。数值格式的设计、分析和模拟验证成为数值模拟的先行问题。假设流体不可压缩,化简的质量守恒方程和速度压力Darcy律耦合是典的描述模型,将速度消去,数学上该模型表现为压力的椭圆方程。假设流体微可压缩,引入微可压缩系数,化简的质量守恒方程和速度压力Darcy律耦合,将速度消去,数学上该模型则表现为压力的抛物方程。若不消去速度,直接对混合弱形式构造逼近格式,其中dual型格式及有限元的构造自八十年代以来有一系列的文章问世。

地下水系统指在一定的水文地质条件下,在某一范围内形成的地下含水系统,水力联系密切并与相邻含水系统相对隔绝。广义上的地下水系统指包括地下含水系统和与之相关的社会、经济、环境要素的总体。实际的水文地质条件是复杂的:地形起伏多变,含水层厚度不均一,非均质,各向异性,结构复杂,多层不连续,源汇项的时空分布不均,水文地质参数的时空变异性明显等。数值模型对这些特征有相对合理的表征,是对真实地下水系统的仿真和模拟。目前数值模拟方法主要有有限差分法、有限单元法、边界元法和有限分析法等。20世纪60年代中期以来,随着快速大容量电子计算机的出现和广泛应用,数值计算方法在地下水资源分析评价中得到逐步推广,具有明显的通用性和广泛的适用性。尤其近十几年,地下水系统数值模拟取得了长足进步。

污染物在多孔介质中的运移问题己引起国内外许多领域学者的高度重视,水文地质领域中海水入侵造成地下水污染、石油工程领域LN A PL(轻质非水相流体)污染、环境工程中固体废物处置引起填埋气体释放问题以及核废料处置过程中引发的核污染问题等, 都将涉及到溶质在多孔介质中的输运问题。污染物进入水体后, 随水流迁移,在迁移的过程中受到水力学、水文、物理、化学等因素的影响, 引起了污染物的输移、混合、分解、稀释和降解。建立水质模型的目的就是力图把这些相互制约因素的定量关系确定下来, 从而为水质的规划、控制和管理提供技术支持。利用水质模型进行河流、水库、湖泊及河口的水质规划已经取得成功, 一些在20世纪五六十年代严重污染的河流, 如芝加哥河、泰晤士河、莱茵河等利用水质模型进行规划和管理, 使水体有了根本性的好转。水质模型最基本的功能是模拟和预测污染物在水环境中的行为。污染物在迁移的过程中行为非常复杂。用模型的方法有助于了解污染物的运动规律, 而且省时,经济。国内外的学者在这方面做了很多工作, 研究也较为成熟, 目前较为通用的思路为: 首先求解连续性方程和动量方程, 得到流速场;然后求解水质方程, 得到污染物浓度场。对于求解水质方程, 传统方法采用有限差分和有限元法,差分法对于曲线边界拟合不够理想,而有限元求解对流扩散方程会产生数值振荡。

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2. 参考文献(不低于12篇)

[1] 孙志忠,偏微分方程数值解法,科学出版社,2005

[2] 戴嘉尊,邱建贤,偏微分方程数值解法,东南大学出版社,2004

[3] 李立康,於崇华,朱政华,微分方程数值解法,复旦大学出版社,1999

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