多孔介质非饱和导水率预测的分形模型

高级搜索

全国中文核心期刊
中国科技核心期刊
美国工程索引（EI）收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

多孔介质非饱和导水率预测的分形模型

刘建国, 王洪涛, 聂永丰

文章导航 > 水科学进展 > 2004 > 15(3): 269-275

刘建国, 王洪涛, 聂永丰. 多孔介质非饱和导水率预测的分形模型[J]. 水科学进展, 2004, 15(3): 269-275.

引用本文:

刘建国, 王洪涛, 聂永丰. 多孔介质非饱和导水率预测的分形模型[J]. 水科学进展, 2004, 15(3): 269-275.

LIU Jian-guo, WANG Hong-tao, NIE Yong-feng. Fractal model for predicting of unsaturated hydraulic conductivity of porous media[J]. Advances in Water Science, 2004, 15(3): 269-275.

Citation:

LIU Jian-guo, WANG Hong-tao, NIE Yong-feng. Fractal model for predicting of unsaturated hydraulic conductivity of porous media[J]. Advances in Water Science, 2004, 15(3): 269-275.

多孔介质非饱和导水率预测的分形模型

清华大学环境科学与工程系, 北京, 100084

基金项目: 清华大学基础研究基金资助项目(JC2003010)

作者简介:
刘建国(1972- ),男,甘肃古浪人,清华大学环境科学与工程系讲师,博士,主要从事固体废物处理处置与资源化、土壤与地下水污染控制等研究。E-mail:jgliu@tsinghua.edu.cn

中图分类号: X705;TU411.4

Fractal model for predicting of unsaturated hydraulic conductivity of porous media

Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

摘要: 多孔介质非饱和导水率是地下水污染预测与评价的重要参数。根据分形几何的基本原理和方法,推导出了与Campbell经验公式在形式上完全一致的多孔介质非饱和导水率的预测公式。公式中的幂指数为介质孔隙分维和随机行走分维的函数,分别体现了多孔介质的静态性质与动态性质对其中水分运动的影响,但静态性质的影响是主要的,即导水率主要受多孔介质的结构控制。根据文献中报道的大量数据,利用笔者推导的预测公式计算得到的幂指数的统计值与试验测定的幂指数的统计值基本一致,说明推导的理论公式预测多孔介质非饱和导水率是较为可靠的。
- 多孔介质 /
- 非饱和导水率 /
- 分形模型 /
- Campbell公式
Abstract: The unsaturated hydraulic conductivity is a key parameter of porous media applied to groundwater pollution prediction and assessment. The fractal approach is employed in derivation of a power law equation consistent with the empirical Camp bell's Law to predict unsaturated conductivity of porous media. The power exponent is a function of the pore-wlume fractal dimension and random walk dimension,which respectively characterize the static and dynamic properties of the media,but the contribution of the static property to water rmvement is dominant. The analytical comparison of the reported experimental data of fractal dimensions with the corresponding power exponents indicates that the derived power law equation is valid for predicting the unsaturated conductivity of porous media.
- porous media /
- unsaturated conductivity /
- fractal model /
- Campbell’s Law

[1]	Gimenez D,Perfect E,Rawls W J,et al.Fractal models for predicting soil hydraulic properties:a review[J].Engineering Geology,1997,48:161-183.
[2]	Campbell G S.A simple method for determining unsaturated conductivity from moisture retention data[J].Soil Science,1974,117(6):311-314.
[3]	Tyler S W,Wheatcraft S W.Fractal process in soil water retention[J].Water Resour Res,1990,26:1 047-1 054.
[4]	Perrier E,Rieu M,Sposito G,et al.Models of the water retention curve for soils with a fractal pore size distribution[J].Water Resour Res,1996,32:3 025-3 031.
[5]	Rieu M,Sposito G.Fractal fragmentation,sol porosity and soil water properties:I.Theory[J].Soil Sci Soc Am J,1991,55:1 231-1 238.
[6]	Perfect E.Estimating soil mass fractal dimensions from water retention curves[J].Geoderma,1999,88:221-231.
[7]	Crawford J W.The relationship between structure and the hydraulic conductivity of soil[J].Eur J Soil Sci,1994,45:493-501.
[8]	de Gennes P G.Partial filling of a fractal structure by a wetting fluid[A].Adler D,Frietzsche E,OvshinsKy S R.Physics of Disordered Materials[C].New York:Plenum Press,1985.227-241.
[9]	Toledo P G,Novy R A,Davis H T,et al.Hydraulic conductivity of porous media at low water content[J].Soil Sci Soc Am J,1990,54:673-679.
[10]	Havlin S,Ben-AvRahan D.Diffusion in disordered media[J].Adv Phys,1987,36:695-798.
[11]	Pfeifei P,Avnir D.Chemistry in noninteger dimensions between two and three:I.Fractal theory of heterogeneous surfaces[J].J Chem Phys,1983,79(7):3 358-3 565.
[12]	Gunerrini I A,Swartzendruber D.Fractal characteristics of the horizontal movement of water in soils[J].Fractals,1994,2:465-468.
[13]	PachepsKy Y,Timlin D.Water transport in soils as in fractal media[J].J Hydrology,1998,204:98-107.
[14]	Ogawa S,Baveye P,Boast C W,et al.Surface fractal characteristics of preferential flow patterns in field soils:evaluation and effect of image processing[J].Geoderma,1999,88:109-136.
[15]	BrooKs R H,Corey A T.Hydraulic Properties of Porous Media[R].Hydrology,Colorado State University,Fort Collins,1964.3.
[16]	Alexander S,Orbach R.Density of states on fractals:fractons[J].J Phys Lett,1982,43:625-631.
[17]	Anderson A N,McBratney A B,Fitz PatricK E A.Soil mass,surface and spectral fractal dimensions estimated from thin section photographs[J].Soil Sci Soc Am J,1996,60:962-969.
[18]	Peyton R L,Gantzer C J,Anderson S H,et al.Fractal dimension to describe soil macropore structure using X ray computed tomography[J].Water Resours Res,1994,30:691-700.
[19]	Gimenez D,Allmaras R R,Nater E A,et al.Fractal dimensions for volume and surface of interaggregate pores:scale effects[J].Geoderma,1997,77:19-38.
[20]	Hansen J P,SKjeltrop A T.Fractal pore space and rocK permeability implications[J].Phys Rev B,1988,38(4):2 635-2 638.
[21]	Jaquin C G,Adler P M.Fractal porous media II:geometry of porous geological structures[J].Transp Porous Media,1987,2:571-596.
[22]	Zaradny H.Groundwater Flow in Saturated and Unsaturated Soil[M].BrooKfield:A A BalKema,1993.49-65.

[1]	程东会, 李爽, 于丹, 王倩, 杨银科. 准饱和多孔介质中圈闭气体对渗透系数的影响 . 水科学进展, 2019, 30(5): 691-698. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.009
[2]	张文静, 周晶晶, 刘丹, 李昊洋, 于喜鹏, 桓颖. 胶体在地下水中的环境行为特征及其研究方法探讨 . 水科学进展, 2016, 27(4): 629-638. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.04.018
[3]	刘继龙, 马孝义, 张振华, 赵伟森. 土壤饱和导水率的多尺度预测模型与转换关系 . 水科学进展, 2013, 24(4): 568-573.
[4]	廖凯华, 徐绍辉, 吴吉春, 朱青. 不同土壤转换函数预测砂土非饱和导水率的对比分析 . 水科学进展, 2013, 24(4): 560-567.
[5]	窦智, 周志芳, 李兆峰. 多孔介质油水两相k~s~p关系数学模型的实验研究 . 水科学进展, 2012, 23(2): 206-213. doi: CNKI: 32.1309.P.20120224.2003.018
[6]	陈家军, 尚光旭, 杨官光, 田亮. 多孔介质水油两相系统相对渗透率与饱和度关系试验研究 . 水科学进展, 2009, 20(2): 261-268.
[7]	陆乐, 吴吉春, 王晶晶. 多尺度非均质多孔介质中溶质运移的蒙特卡罗模拟 . 水科学进展, 2008, 19(3): 333-338.
[8]	王康, 张仁铎, 周祖昊. 多孔介质中非均匀流动模式信息特性聚类分析 . 水科学进展, 2008, 19(5): 714-721.
[9]	王康, 张仁铎, 缴锡云. 多孔介质中非均匀流动特性的染色示踪试验研究 . 水科学进展, 2007, 18(5): 662-667.
[10]	支银芳, 陈家军, 杨周喜, 郑冰, 杨官光. 多孔介质两相系统毛细压力与饱和度关系试验研究 . 水科学进展, 2007, 18(2): 151-157.
[11]	裴元生, 王金生, 田朝晖, 崔鹏. 非饱和流节点间导水率估计及达西平均分析 . 水科学进展, 2006, 17(2): 216-221.
[12]	李少龙, 杨金忠, 蔡树英, 史良胜. 多孔介质随机参数的相关性对非饱和水流的影响 . 水科学进展, 2006, 17(5): 599-603.
[13]	刘俊亮, 田长安, 曾燕伟, 董彪. 分形多孔介质孔隙微结构参数与渗透率的分维关系 . 水科学进展, 2006, 17(6): 812-817.
[14]	王康, 张仁铎, 王富庆. 基于连续分形理论的土壤非饱和水力传导度的研究 . 水科学进展, 2004, 15(2): 206-210.
[15]	刘建国, 王洪涛, 聂永丰. 多孔介质中溶质有效扩散系数预测的分形模型 . 水科学进展, 2004, 15(4): 458-462.
[16]	刘建立, 徐绍辉, 刘慧, 郭飞. 确定田间土壤水力传导率的分形方法 . 水科学进展, 2003, 14(4): 464-470.
[17]	李毅, 邵明安, 王文焰, 王全九. 土壤非饱和导水率模型中参数的敏感性分析 . 水科学进展, 2003, 14(5): 593-597.
[18]	刘晓丽, 梁冰, 薛强. 多孔介质渗透率的分形描述 . 水科学进展, 2003, 14(6): 769-773.
[19]	刘建国, 聂永丰. 非饱和土壤水力参数预测的分形模型 . 水科学进展, 2001, 12(1): 99-106.
[20]	秦耀东, 胡克林. 大孔隙对农田耕作层饱和导水率的影响 . 水科学进展, 1998, 9(2): 107-111.

WeChat

点击查看大图

计量

文章访问数: 44
HTML全文浏览量: 15
PDF下载量: 489
被引次数: 0

多孔介质非饱和导水率预测的分形模型

清华大学环境科学与工程系, 北京, 100084

基金项目: 清华大学基础研究基金资助项目(JC2003010)

作者简介:
刘建国(1972- ),男,甘肃古浪人,清华大学环境科学与工程系讲师,博士,主要从事固体废物处理处置与资源化、土壤与地下水污染控制等研究。E-mail:jgliu@tsinghua.edu.cn

收稿日期: 2002-12-12
修回日期: 2003-05-20
刊出日期: 2004-05-25

中图分类号: X705;TU411.4

关键词:

非饱和导水率 /

摘要: 多孔介质非饱和导水率是地下水污染预测与评价的重要参数。根据分形几何的基本原理和方法,推导出了与Campbell经验公式在形式上完全一致的多孔介质非饱和导水率的预测公式。公式中的幂指数为介质孔隙分维和随机行走分维的函数,分别体现了多孔介质的静态性质与动态性质对其中水分运动的影响,但静态性质的影响是主要的,即导水率主要受多孔介质的结构控制。根据文献中报道的大量数据,利用笔者推导的预测公式计算得到的幂指数的统计值与试验测定的幂指数的统计值基本一致,说明推导的理论公式预测多孔介质非饱和导水率是较为可靠的。

English Abstract

刘建国, 王洪涛, 聂永丰. 多孔介质非饱和导水率预测的分形模型[J]. 水科学进展, 2004, 15(3): 269-275.

引用本文:

刘建国, 王洪涛, 聂永丰. 多孔介质非饱和导水率预测的分形模型[J]. 水科学进展, 2004, 15(3): 269-275.

LIU Jian-guo, WANG Hong-tao, NIE Yong-feng. Fractal model for predicting of unsaturated hydraulic conductivity of porous media[J]. Advances in Water Science, 2004, 15(3): 269-275.

Citation:

LIU Jian-guo, WANG Hong-tao, NIE Yong-feng. Fractal model for predicting of unsaturated hydraulic conductivity of porous media[J]. Advances in Water Science, 2004, 15(3): 269-275.

全文HTML

参考文献 (22)

/

下载: 全尺寸图片幻灯片

分享

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

返回