| 题名 | 饱和不饱和流界面技术与应用研究 |
| 作者 | 裴元生 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2003-06-17 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 栾兆坤 |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 本文针对饱和不饱和流(USSF)这一水资源研究领域的热点问题和前沿课题，在回顾和总结前人研究成果的基础上，从水气界面的新视角出发，以宏观界面为轴心，深入研究了界面问题的本质和类型，对界面误差进行了定性和定量分析，建立了剔除界面误差的技术方法，并运用离散化界面分解技术建立了USSF界面模型。在模型计算、验证和模拟研究基础上，对污水自然处理系统重力流、含水层贮存与恢复系统的地下水丘、以及生态岸堤的迟滞补枯作用进行了实际应用研究，并验证了模型的准确性。主要研究成果如下： 1、提出了USSF界面问题的概念，并建立了USSF离散化界面分解技术。界面问题是USSF特有的、与水气界面相联系的、节点间导水率估计的误差问题，界面两侧压力梯度剧变、迟滞函数不光滑和比水率函数不连续是导致界面问题的根本原因。在控制方程离散化处理中，根据节点与界面的位置关系，建立了克服界面问题的离散化界面分解技术，从而将经典的单节点模型发展为新的多节点模型，消弱了方程的绝对流态特征，增强了水流衔接的光滑性，改善了模型结构并提高了精度。 2、对界面问题进行了定性、表征、量化和消除技术的研究。界面问题的直接结果是界面误差，它是一种模型结构误差，可分为界面压力误差和界面导水率误差。对于单纯的移动界面和波动界面而言，界面误差是一个多元函数，导水率误差恒小于零，压力误差可正可负；当两类界面相遇时，界面误差也是界面间距的函数，此时，导水率误差和压力误差非负。当采用vG函数时，压力误差小于零；当采用BC和GR函数时，压力误差可能大于零；对于上述三种迟滞函数来说，导水率误差分别与它们的特征参数‰、％R和‰无关。采用所导出的误差修正公式，可以剔除界面误差。 3、通过对界面误差的综合对比分析发现，在以重力流为主的粗介质中，较短的毛细链引起有限的正误差，常规模型高估过滤引起的地下水位响应；在毛细作用为主的细介质中，较长的毛细链引起显著的负误差，常规模型总是低估过滤引起的地下水位响应。 4、建立了USSF界面模型并对模型进行了验证，结果表明，从过滤总量和入渗锋形状看，界面法获得的结果逼近精确解；从物料平衡结果看，界面法的误差小于1％且稳定；但是，从计算消耗看，界面法的CPU消耗较大。对有／无固定水位的一维和二维过滤问题进行了全面研究，界面模型不仅获得了包含两类界面的完整动态解，而且能够适应不同土壤水分特征函数、初始和边界条件。 5、应用所建立的界面模型处理了三个实际工程问题，获得了满意的结果。对大厚度包气带重力流的模拟预测表明，模型预测结果与观测结果具有一致性，模型具有模拟大型工程问题的能力。对人工回注地下水丘的预测表明，模拟结果与实测数据相吻合，对此类小尺度工程问题而言，模型具有很高的精度和准确性。通过对桃花江生态岸堤迟滞补枯作用的研究表明，桃花江两岸潜水含水层给水度介于O．14-0．21之间(30天疏干测试)，如果将桃花江7．364 km石砌河堤改造为以介质筛为主的生态岸堤，在枯水季节，潜水回归流可达1600 m3／d，占该水系近期补水规划的1．8％ |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 公开日期 | 2011-12-08 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/2055]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 裴元生. 饱和不饱和流界面技术与应用研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2003. |
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