孔隙-洞（管道）介质系统地下水流及溶质运移模拟研究的开题报告.docx

孔隙-洞（管道）介质系统地下水流及溶质运移模拟研究的开题报告
一、研究背景及意义
地下水是人类生活、工业生产等方面的重要来源，也是生态系统中不可或缺的组成部分。然而，随着城市化进程的不断加快以及人类经济活动的不断扩大，地下水资源面临着越来越大的压力和威胁。为了保护和合理利用地下水资源，必须对地下水流动与溶质迁移等相关问题进行深入研究。
孔隙-洞（管道）介质系统是地下水流动及溶质运移的重要介质之一，具有复杂的孔隙和洞隙结构以及多种水力特性。在孔隙-洞（管道）介质系统中，溶质能够通过孔隙和洞隙的连通通道进行迁移，因此对其进行流动和迁移的数学模拟研究，对深入了解地下水资源及环境污染等问题具有重要意义。
二、研究内容
本研究拟以孔隙-洞（管道）介质系统地下水流动及溶质运移模拟为主要研究内容，具体包括以下几个方面：
1.孔隙-洞（管道）介质系统的特征分析：采用三维数字模拟技术，模拟孔隙-洞（管道）介质系统的孔隙组成、孔隙形态和孔隙连通性等特征。
2.孔隙-洞（管道）介质系统的水力特性模拟：采用二维或三维数值模拟方法，对孔隙-洞（管道）介质基本水力参数进行模拟，如渗透系数、水头、速度、渗流场等，为后续的溶质运移模拟提供基础数据支持。
3.溶质运移的数学模拟：通过建立数学模型，对孔隙-洞（管道）介质系统中溶质迁移的机理进行分析，研究孔隙-洞（管道）介质系统对溶质的吸附、竞争和解吸等过程，为地下水治理和污染源的追踪提供参考。
三、研究方法和技术路线
本研究将采用数值模拟方法对孔隙-洞（管道）介质系统地下水流动和溶质运移进行模拟研究，技术路线如下：
1.采集孔隙-洞（管道）介质系统地下水流动和溶质运移相关的数据、水文地质参数等，建立三维数字模型
2.基于数值计算方法，进行孔隙-洞（管道）介质系统水流场模拟，并验证模型的可靠性和有效性。
3.研究孔隙-洞（管道）介质系统中溶质迁移的机理，制定数学模型以及相应的计算方法进行模拟。
4.针对不同污染源、不同孔隙-洞（管道）介质系统的特点和不同治理方案，进行流动和迁移的多种方案仿真分析，得出不同方案的优劣势完整性分析。
5.分析和比较不同孔隙-洞（管道）介质系统对溶质运动的影响，以及对地下水污染治理过程的启示。
四、预期研究成果
通过模拟孔隙-洞（管道）介质系统的水动力特性和溶质迁移规律，对地下水资源及环境污染等问题进行深入探讨，预期研究成果如下：
1.描述孔隙-洞（管道）介质系统的特征分布规律，以确定地下水流动和污染迁移的主要通道。
2.研究孔隙-洞（管道）介质系统的水动力特性，预测水流场变化情况，为治理污染提供理论基础和预测依据。
3.通过模拟不同污染源、不同孔隙-洞（管道）介质系统，分析污染物扩散和迁移的规律，为地下水污染治理提供策略。
4.通过研究孔隙-洞（管道）介质系统对溶质运动的影响分析，为地下水资源管理和保护提供理论支持。
五、研究重点和难点
本研究的重点在于建立孔隙-洞（管道）介质系统的水流场数值模型及溶质迁移数学模型，并对模型的可靠性和有效性进行验证和优化。而问题的难点在于孔隙-洞（管道）介质系统的结构和特性复杂多样，需要采用合适的数值模拟方法进行有效的建模和分析，且溶质迁移过程中存在多种影响因素，需要综合考虑。
六、研究进度安排
本研究计划分为以下几个阶段：
1.孔隙-洞（管道）介质系统特征分析及数值模拟方法研究。时间：1个月。
2.孔隙-洞（管道）介质系统水动力参数模拟。时间：3个月。
3.屏障模型建模及溶质扩散模拟。时间：8个月。
4.针对不同污染源、不同孔隙-洞（管道）介质系统的特点和不同治理方案，进行流动和迁移的多种方案仿真分析，并得出诊断分析结果。时间：4个月。
5.论文撰写、修订和答辩准备。时间：3个月。
七、参考文献
1.李玉山.地下水模拟计算方法[M].北京:中国水利水电出版社,2009.
2.魏峰.水力学基础[M].上海:上海交通大学出版社,2008.
3.潘久林.污染物水力扩散方程[M].北京:中国环境科学出版社,2015.