饱和—非饱和土壤中污染物运移过程的数值模拟.pdfVIP

维普资讯 乏 力学学报 Vbl_30．N0．3 AGTA MEGHANIGA SINIeA M ay 1998 饱和 一非饱和土壤中污染物 运移过程的数值模拟 ． 圭塑墓． (大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，大连 116023) 正 摘要 本文提 出了一个模拟饱和 -非饱和土壤中溶和污染物运移过程的数值模型 模拟的控制 l 污染物运移的物理一化学现象包括，对 机械遵散，分子弥散，吸附，蜕变，不动水效应． 发展 了一个修正的特征线 Galerkla方法 以离散污染物运移过程的控制方程并导出了一个用于 有限元方程求解的显式算法 数值饲题结果表明所提出模型和算法的功鸵． 关键词 非饱和土，污染物运移，有限元 ，数值模拟，特征线 Galerkin方法 偿 饱和土 模拟饱和 ．非饱和土壤中溶和污染物运移过程的数值模型包含两部分：变形多孔介质中不 溶和两相流的渗流 -水动力学分析 以确定孔隙水和气 的速度场和饱和度分布 Il_；多孔介质中 的溶和污染物运移分析．本文重点研究第二部分． 本文数值模型 中模拟的控制污染物运移过程的主要机制有 对流，机械逸散，分子弥散． 同时，其它造成暂时性污染物存贮 (或释放)及引起延迟效应的吸附，蜕变，不动水效应等机制 也在模型中得到模拟 p 】．模型中考虑的主要污染溶质是硝酸盐．由于引起延迟效应的项的存 在，多孔介质中污染物运移过程将 由广义意义下 的瞬态对流 -扩散方程控制．污染物在孔隙流 动水中的浓度 c 被取作为方程的基本未知数，而孔隙不流动水及周体颗 中的浓度处理为单 元积分点的状态变量． 对流 扩散方程数值求解中的困难是众所周知的．由于标准的Galerkin有 限元离散仅对 自 伴随方程有效，因此 由标准 Galerkin有限元方法所得的解，特别对于对流项 占统治地位 的运移 问题或者有限元网格过琉，常显示振荡．应该采用适当的数值方法处理同一问题中对流和扩散 项之闻的不同平衡．已有许多工作致力于发展稳定的方法以克服标准Galerkin有限元方法求解 的不稳定性和不精确性． 特征线 Ge．1erkin方法的提出对于对流 一扩散方程 的有限元求解过程 的发展给予了很大的推 动．与Taylor-Galerldu过程相比，它的一个主要优 点是仍可正确地利用 Gale~kin空闻离散，同 时，以理性形式引入作为 “上风项”的对稳定起平衡作用的扩散项，因而无需利用带任意性且依 赖于网格的上风项系数．这个方法在解对流 -扩散方程上的成功在于利用 了一个合适的算子分 离过程．其关键是由ChorinIs]最初导 出的分步方法．并在以后为其他研究人员在不可压缩流问 题上得到进一步的发展． Zienkiewic~等把特征线Galerkin方法应用于对流 扩散问题并设计 了一个显式算法 0【．7】．为考虑 由于在模型中积入 了引起延迟效应的吸附，蜕变，不动水教宝等机 国末自然科学基金和欧共体国际科学台作基金 (CI1．CT94-0014(DGI2HSMU))资助面 目 l997-03—09收到第一稿， 1997_1O_22收副謦政稿． ● t