地下水溶质运移理论及模型读书报告.doc

《地下水溶质运移理论及模型》读书报告 0、前言 本书作者陈崇希教授，浙江温州人士，生于1933年10月，1956年毕业于北京地质学院水文地质及工程地质专业。教授、博士生导师。现任中国地质大学环境地质研究所所长。《水文地质、工程地质》、《勘察科学技术》与《地球科学》杂志编委。湖北省地质学会名誉理事。长期从事地下水渗流理论，地下水数值模拟技术，地下水资源评价与管理，地质环境保护及地质灾害防治等方面的教学与科研工作；主持过“五五”、“八五”、“九五”国家科技攻关，国家自然科学基金等各类的科研项目31项；以第一作者身份获奖的有：省部级科技进步三等奖2项，二等奖3项，部优秀教材2等奖1项，国家科技进步三等奖1项。独著或以第一作者合作的著作有《地下水动力学》、《地下水流动问题数值方法》、《地下水溶质运移理论及模型》、《地下水混合井流的理论及应用》和《地下水不稳定井流计算方法》等七部，发表的论文有《用数值一解析法预测毛里塔尼亚伊迪尼水源地地下水开采动态》、《滨海多含水层系统地下水开采――水环境系统若干问题》等40余篇。1997年获地质矿产部 “八五”科技工作有突出贡献先进个人。1992年获政府特殊津贴。培养硕士生18名，博士生13名。是中国地质大学211工程建设《地质环境保护及地质灾害防治》学科群的首席科学家。 该书是陈教授在“多孔介质水动力弥散理论及水质模型”的讲稿基础上修正补充而成，分7章进行叙述。《地下水溶质运移理论及模型》书中主要分三个方向：水动力弥散（微分）方程、水动力弥散（微分）方程的解及水动力弥散系数的计算。通过对本书的阅读，现就关于水动力弥散方程的解的做一下简单介绍。 水动力弥散方程的解法主要分为水动力弥散方程的解析解法和数值解法。本书第四章，重点介绍以基本解为基础，给出一、二、三维的解析解；第六章介绍了数值解，主要是利用有限差分和有限元法来求一、二维的解，并给出一些修正过的数值解法。 1、 对水动力弥散方程的解析解法的理解 尽管解析解法在求解复杂的水动力弥散方程定解中存在一定缺陷，但仍然不可忽略它所起的作用。室内或野外试验都要根据解析解的实用条件来进行设计，并用解析解去拟合观测资料以求得水动力弥散系数。解析解中将瞬时注入点源问题的解称为基本解。由基本解出发，利用叠加原理导出线源、面源、多点源及连续注入问题的解。因此，点源问题的解是一切解的根本，需十分重视。 （1）空间瞬时点源的解 其基本条件是： 均质各向同性介质； 静止流场 ，弥散系数为常数，流体密度为常数（ρ=常数）；③ 时，在原点处瞬时注入溶质的质量为 。 以瞬时点源的位置为原点，可以得出浓度C是相对于原点对称的。可简化出纯弥散方程： 式中，D代表多孔介质的分子扩散系数。该式可看出，是球对称的，有利于纯弥散方式的应用讨论。 取半径为R和R+dR的两个球面所构成的单元体为均衡段，根据质量均衡有： 式中，W为球面积；n为有效孔隙率；JD为弥散通量，且 ,Vv为均衡段空隙体积。 忽略高阶微量，化简后得： 于是该点源的定解问题可以写成： (R≧0,t0) (R0) (t0) (t0) (t0) （该式将点源处浓度限制在有限区域） 通过Boltzmann变换，将原来的偏微分方程定解问题转变为常微分方程定解问题，可求得空间瞬时点源的解为： 从上式可得出：①等浓度面为圆心位于原点处的球面；②任何时候的浓度最大值都在原点处，且随着时间的增加，原点处的浓度减小。 ⑵空间瞬时无限线源解 空间瞬时无限线源的作用可看着点源的连续分布，因考虑到点源基本解的微分方程是线性的，故采用叠加的方法，即积分法，可得空间无限线源的基本解为： 从上式可看出，浓度C与z无关，即在z方向不产生弥散问题。也就是说我们可以将空间上的无限线源弥散问题转化成 平面上的二维弥散问题。于是，该解也可为平面瞬时点源问题的基本解。 ⑶空间瞬时无限面源的解 根据点、线、面的构成原理，同理，可将空间无限面源看成是无数连续排列的无限线源组成，通过对无限线源的积分，可以得出空间无限面源的基本解为： 从上式可看出：y与z无关，也就是说上述定解问题实质上是一维弥散问题。 以上解都是没有边界限制的，若加上边界，便成了有限空间问题。若边界简单，则可利用类似于水流问题中的反映法，将其变成无界问题，然后再采用叠加方法求出所需求的解。 （4）一维稳定流下水动力弥散问题的解 本章中水动力弥散问题都是在一维稳定流情况下讨论的，分为一、二、三维水动力弥散问题的解。 、一维水动力弥散问题与一维瞬时点源问题相近，初始条件与边界条件都相同。只是在示踪剂瞬时注入时，设其原有溶液浓度 ,并有速度 稳定流动，求浓度 的分布，从而造成一维水动力弥散问题比之多了一个对流项。本书中，采取坐标转换（按 ），利用一维瞬时点源问题的解，消去对流项，令 。将新变量X、T反变换后