《粗糙單裂隙介質溶質非費克運移驅動力及模型研究》是依託河海大學，由陳舟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：粗糙單裂隙介質溶質非費克運移驅動力及模型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳舟
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單裂隙介質溶質非費克運移（Non-Fickian）的機理及模型研究是準確預測和模擬基岩裂隙介質中污染物遷移過程的基礎。然而，由於裂隙介質結構複雜性、高度非均質性和滲流非線性等使得裂隙介質溶質Non-Fickian運移驅動力及模型研究成為國際水文地質領域研究的難點和熱點。本課題擬以系統的粗糙單裂隙介質水流及溶質運移實驗為基礎，基於水流粒子圖像測試系統（PIV）、成像系統和邊界層理論，從微觀/巨觀尺度揭示裂隙結構及水流特徵對溶質運移影響，研究不同區域溶質運移驅動力的特徵；繼而建立綜合考慮裂隙結構和水流特徵的溶質運移雙區概念模型，建立相應數學模型並尋求數值解及可能的解析解。成果將揭示粗糙單裂隙介質溶質Non-Fickian運移機理，提供單裂隙介質溶質Non-Fickian運移驅動力為裂隙結構（粗糙度等）和水流特徵（邊界層等）共同作用的實驗證據和理論解釋，並形成Non-Fickian運移量化模型。
結題摘要
單裂隙介質溶質非費克運移（Non-Fickian）的機理及模型研究是準確預測和模擬基岩裂隙介質中污染物遷移過程的基礎。然而，由於裂隙介質結構複雜性、高度非均質性和滲流非線性等使得裂隙介質溶質Non-Fickian運移驅動力及模型研究成為國際水文地質領域研究的難點和熱點。為探尋裂隙介質中溶質非費克運移與裂隙介質結構、裂隙水流特徵等影響因素之間的關係，研究裂隙介質溶質運移的求解方法和數學模型，本研究以系統的粗糙單裂隙介質水流及溶質運移實驗為基礎，包括了不同尺度的光滑平板裂隙試驗模型、人工粗糙裂隙模型、自然粗糙裂隙模型，基於成像系統和邊界層理論，從微觀/巨觀尺度揭示裂隙結構及水流特徵對溶質運移影響，研究了不同區域溶質運移驅動力的特徵；繼而建立綜合考慮裂隙結構和水流特徵的溶質運移概念模型，建立了相應數學模型。通過項目的開展，本項目首先分析了裂隙粗糙度對單裂隙滲流的影響特徵，考慮了裂隙相對隙寬、粗糙元分布和水流渦流特徵參數等因素後建立了裂隙水流中沿程阻力係數和單寬流量的半解析公式，相關結論得到了試驗模型與數值模擬的校核；該研究證明了通常用於判斷粗糙度對水流影響是否能忽略的臨界相對粗糙度要遠小於0.033，並發現水流的非線性將隨著雷諾數的增大、絕對粗糙度的增大和水流進入角的增大而增大。其次，本研究還探尋了粗糙單裂隙溶質運移的數模模擬模型，得出溶質非費克運移與水流的非達西及裂隙介質的非均質尺度有關的相關結論，水流的非達西係數和溶質運移中的非費克常數可以用來解釋裂隙介質的非均質性及非費克尺度。此外，本研究還發現粗糙度和水流非線性共同形成的廣義邊界層可以概化溶質非費克運移的產生和變化過程，邊界層的厚度與非費克運移的程度成正比的關係。研究成果在一定程度上揭示粗糙單裂隙介質溶質Non-Fickian運移機理，提供了單裂隙介質溶質Non-Fickian運移驅動力為裂隙結構（粗糙度等）和水流特徵（邊界層等）共同作用的實驗證據和理論解釋，初步形成了粗糙單裂隙介質Non-Fickian運移量化模型。
