《基於熱力學信息熵理論的岩土體滲流場研究》是依託河海大學，由陳建生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於熱力學信息熵理論的岩土體滲流場研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳建生
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過流體內熱能的耗散建立熱源法模型，將優勢滲漏通道等效為線熱源或面熱源，建立熱源法-達西滲流耦合模型；將優勢滲漏通道概化為離散介質，建立多尺度等效重構模型，定量研究熱源法參數與滲流場參數之間的耦合關係，實現對堤壩滲漏場特徵的精細描述。從熱力學熵原理出發，對堤壩滲漏過程中的能量、物質與外界系統的交換進行判別，單一補給來源的地下水中的熵（S）在徑流的過程中必須滿足△S≥0，如果出現了△S＜0的情況，表明一定存在其他的補給源，以信息熵作為約束條件確定岩土體介質的滲透性特徵與邊界條件，將同位素、各種離子、溫度、電導等攜帶的信息進行篩選、賦權，負熵的出現成為判定滲流、傳質、傳熱模型及邊界條件的重要判據。基於分析系統不確定性的數學方法-集對分析理論，量化地下水的補給、徑流、排泄關係，通過最佳化疊代搜尋方法，對滲透介質分類，並反演各介質的滲透參數，最終獲得最恰當的滲透性分布參數，從而獲得真實的滲流場。
結題摘要
1948年,Boltnzlnna熵的概念被引入資訊理論中，標誌著信息的度量方法的誕生。機率統計的方法把熵作為信息量的度量，以此奠定了現代資訊理論的理論基礎。任何一個自然系統都在不斷地進行著物質、能量和信息的交換，這些過程都必須遵循熱力學的基本定律，滲流引起的堤壩滲漏破壞過程也不例外。本次項目研究根據熱力學第一定律的熱能理論，將達西滲流理論與熱源法滲流理論結合，建立耦合模型。根據熱力學第二定律，引入信息熵理論，對滲流過程中能量、物質與外界系統的交換進行判別。根據熵權-集對分析理論，結合示蹤技術，系統的分析岩土體滲漏的不確定性問題。基於上述數學物理模型，開展離散介質岩土體達西-熱源法滲流耦合室內模型實驗，定量的研究熱源法參數與滲流場參數之間的耦合關係，發展一系列分析方法和反饋測試技術，並結合具體工程開展初步套用，為堤壩等岩土體滲漏探測工程問題提供重要的理論基礎和技術支撐。同時，將信息熵理論推廣到整個水文循環研究領域中，研究降水同位素隨機變數機率分布特徵的方差隨水循環過程的變化，很好地示蹤出了兩股夏季風的運移通道和對中國大氣降水的影響範圍。在全球尺度下，利用GNIP同位素觀測數據反映全球水汽來源以及全球範圍內的從海洋向大陸的水汽運移過程，發現氘氧同位素信息熵很敏感的回響氣候變化，表明了氘氧同位素信息熵研究水文循環隨氣候變化的潛在能力。此外，在灌南、湯溝、松原等地的地下水研究中，根據信息熵理論發現，地下水在排泄中存在“負熵”現象，結合水文地質和同位素信息，為判別地下水補給來源提供了理論基礎。
