基于TMVOC的地下水位波动带苯系物迁移转化模拟

为探究水位波动情况下苯系物的迁移转化规律,提高石油污染场地地下水污染治理精度,以西北某傍河石化场地为研究对象,基于TMVOC模型对特征污染物苯系物开展泄漏模拟,通过情景模拟比较水位波动对苯系物迁移转化的影响,并从污染分布、相间转化等方面,解析地下水位稳定和波动状态下苯系物迁移转化过程差异.结果表明:①TMVOC模型较好地模拟了水位波动状态下苯系物迁移转化过程.②相较于水位稳定状态下,水位波动作用下苯系物污染深度增加0.5 m,污染面积增加25%,总质量增加12 kg.③水位稳定和波动状态下苯系物"气-液-NAPL（Non-Aqueous Phase Liquids）相"占比分别为0.17%、2.03%、97.8%和0.04%、3.69%、96.27%.④NAPL相苯系物饱和度分布与苯系物质量分布呈正相关,水位波动造成NAPL相初始饱和度降低,且初始水位面以下NAPL相饱和度升高.⑤对于苯而言,水位波动状态下非饱和带中苯在液相中的质量是水位稳定状态下的1.11倍,饱和带为10.15倍.研究显示,水位波动显著地影响了苯系物的迁移转化过程,促进了苯系物的溶解,并使更多的苯系物残留在地下介质中.      

地下水水位波动对石油污染物迁移及透镜体位置的影响

近年来石油类污染在土壤和地下水环境中日益严重,由于天然及人为因素导致的地下水水位波动会造成污染物的二次迁移,扩大污染范围,因此探究水位波动对污染物迁移的影响刻不容缓。以柴油为例,利用二维模拟槽模拟柴油在地下水水位波动带中的迁移情况,通过控制水位升降模拟地下水水位波动,研究柴油透镜体的位置、模拟槽内柴油-水-气体饱和度随水位波动的变化,分析地下水水位波动对石油类污染物在地下水非饱和带中迁移的影响。结果表明:当水位向下波动时,油相可驱替水向下迁移,透镜体位置下移,迁移的过程中部分油相被介质吸附形成残余相,导致残余相柴油的污染范围增大;而当水位向上波动时,水可驱替油相向上迁移,透镜体位置上移,迁移的过程中部分油相溶解,导致溶解相柴油的污染范围的增大。该研究可为实际污染场地的修复提供理论支撑。     

基于TMVOC的水位波动带土壤气相抽提模拟

为探究水位波动对土壤气相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）修复的影响，以西北某傍河石化场地为研究对象，利用TMVOC模拟苯系物的自然衰减过程及不同水位状态下SVE修复过程，从修复效果、相间转化、饱和度演变等方面比较不同条件下苯系物的衰减率.结果显示，该场地较佳的抽提井的压强为9.1×10⁴Pa，影响半径为8m；苯系物在自然衰减、水位稳定状态下SVE修复及水位波动状态下SVE修复12个月后的质量损失分别为17%、85%、96%；水位稳定和水位波动状态下SVE修复12个月后，非水相液体（Non-Aqueous Phase Liquids，NAPL）的饱和度最大可达到0.066和0.044；水位稳定状态下，苯系物在"气-液-NAPL"相去除率逐渐降低，水位波动状态下，在水位下降的阶段，更多的NAPL相苯系物转化为气相，并被抽提气流携带去除.     

包气带水-气二相流CO2运移规律

利用土柱实验装置模拟CO2在土壤中的迁移转化规律,重点研究湿润峰处水、气二相间污染物转化实验土柱长1m,过饱和CO2溶液浓度为748mg/L.分析表明水相运移受对流、弥散、反应及水-气质量传输机制控制,气相运移受对流、扩散和水-气质量传输机制控制.对土柱中水气二相动态条件下的取样方法进行了探索,确定了CO2在渗透湿润峰水-气二相间分配系数为0.00061,表明水相向气相有一定传输,但不显著.可进一步为低中水平放射性废物地质处置安全评价及固体废物填埋处置环境影响评价提供定量科学依据.     

LNAPLs污染物在层状非均质多孔介质中的运移试验研究

文章通过室内试验研究层状非均质多孔介质中轻非水相液体(Light Non-Aqueous Phase Liquid,LNAPL)的运移机制与分布特性。首先,在二维砂槽上进行LNAPL的入渗试验,试验过程中用数码相机进行拍照,把LANPL的扩散过程以图像的形式记录下来;然后,用AutoCAD对图片进行分析处理,得出不同时刻LNAPL的入渗锋面变化图。结果发现,介质结构突变面改变了LNAPL的迁移模式。在LNAPL由中砂进入细砂层后,由于受到毛细作用的增强,其运移速度加快;而由中砂进入粗砂,受粗砂介质阻滞作用增强的影响,LNAPL运移速度变小。当LNAPL由干砂进入湿润砂体时,由于孔隙水浮托力增大,LNAPL先产生纵向运移,随后以横向迁移的形式在地下水位上部聚积。当达到一定厚度后,LNAPL的压头足以克服浮托力,驱替孔隙水进入砂土孔隙。另外,LNAPL的厚度足够大时,方可克服饱水层受到的浮托力,在地下水位上形成LNAPL池,并因孔隙水向周围砂体排泄,LNAPL池周围的水位上升。     

人工注气及生物产气对孔隙介质中DNAPL运移影响

重非水相液体(DNAPLs)的污染和治理问题是国内外研究热点,由地下水曝气技术注入的人工气体或生物作用等产生的气体必然对DNAPL在地下水系统中的运移及修复产生影响.采用CCD实时监测系统,以TCE为目标污染物,通过3个二维砂箱试验,以饱水条件下DNAPL的运移为对照,研究了人工注气及生物产气对DNAPL在孔隙介质中运移的影响.结果表明:(1)基于CCD相机的透射光监测系统是一种研究二维孔隙介质中多相流迁移规律的有效非侵入式监测方法,应用于实时监测水/NAPL,水/气,水/NAPL/气多相系统中流体渗流过程.(2)人工注气和生物产气两种条件下,气体在多孔介质中的分布特征有差异,前一条件下气体连续分布,后一条件下则以非连续分布的气泡为主.(3)在水/气两相系统中,气体的存在使得DNAPL污染羽的整体形状更加不规则;同时缩短了TCE污染羽前缘整体平均垂向下迁距离;也导致迁移路径上孔隙中TCE的截留量变小.DNAPL的入渗过程受重力影响以垂向渗流为主,垂向渗流时易于驱替孔隙中的水分,然而水平渗流时优先驱替孔隙中的空气.     

初始浓度分布对一维含水层中溶质运移的影响

为了研究含水层中任意初始浓度分布条件下一维含水层介质中的溶质运移规律,采用对流-弥散方程构建考虑任意初始浓度分布条件下一维含水层介质中溶质运移动力学数学模型,模型采用持续注入示踪剂、瞬时注入示踪剂和脉冲注入示踪剂3种不同的边界条件,数学模型的求解采用格林函数法.并通过开展室内一维砂柱实验进一步验证模型的科学性和适用性.结果表明：初始条件对溶质运移结果的影响不容忽视,新模型能够模拟不同初始条件下的一维溶质运移过程;新模型通过将流速变化处理为线性变化可以用来研究非稳定流条件下溶质运移过程;新模型是前人模型的完善,模型包含3种不同类型的内边界条件和任意的初始条件,新模型也能为地热开发利用提供理论依据.     

基于稳健回归-去趋势波动分析法的山前平原地下水转换关系研究

以大别山-云应盆地北部山前平原为研究区,以区内浅层含水层中地下水为研究对象,在查明研究区双层含水层结构条件的基础上,利用降雨量和地下水水位动态数据,采用稳健回归-去趋势波动分析(r-DFA)方法,对降雨和地下水水位动态的全局标度指数α进行量化,分析研究区各类型含水层中地下水之间的转换关系。结果表明:研究区地下水水位波动为分形布朗运动,且分形行为具有场地特异性;QbW风化裂隙水受到侧向径流的影响,含水层渗透性差,地下水水位标度指数最大;在双层含水层中,垂向上从上到下地下水水位标度指数增大,指明Qh~(al)和Qp■孔隙水均可转化为Ey孔隙-裂隙水;沿澴水东侧径流方向上,地下水水位标度指数增大,指明QbW风化裂隙水可转换为Qp■孔隙水和Ey孔隙-裂隙水,Qp■孔隙水也可转化为(排泄至)Qh~(al)孔隙水。该研究结果可为山前平原区地下水资源的合理开发利用和科学管理提供依据。     

光透法定量两相流中流体饱和度的模型及其应用

基于光透法定量流体饱和度的原理及其在两相流中的应用,设计了两组密封砂箱实验来研究气体或重非水相流体(DNAPL)在饱和孔隙介质中的迁移,观察了气体或DNAPL在孔隙介质中的迁移规律,应用并验证了2个水/气两相流中的光强-饱和度(LIS)模型,特别是建立并应用了适用于NAPL/水两相流系统的2个新LIS模型.结果表明,气体以不规则的"指状"通道向上迁移直到在砂箱顶部聚集,最终形成连续的气体分布;TCE由于自身重力的影响向下迁移直至砂箱底部,最终在砂箱中形成不规则的污染羽并在砂箱底部形成污染池.利用实验结果应用并验证4个光透法模型得到:2个水/气系统中LIS模型(WG-A和WG-B)整体适用于本实验数据;2个NAPL/水系统的LIS模型(NW-A和NW-B)得到与实测资料较吻合的结果,其中基于单个孔隙水驱替假设的模型NW-A与实验结果更加接近,对量化多孔介质中的NAPL/水系统各相饱和度具有一定的参考意义.     

饱和多孔介质中胶体运移模拟方法研究进展

阐述了国内外针对胶体在饱和多孔介质中运移模拟方法的研究进展：胶体在多孔介质中由于对流和弥散作用发生运移,而由于表面沉积和筛滤作用滞留在多孔介质中,通常采用含有滞留项的对流弥散方程对胶体的运移行为进行宏观描述,并通过拟合得到胶体运移和滞留的宏观参数,但是对流弥散方程是对试验曲线的宏观描述,无法解释其背后的微观机理;胶体的运移和滞留作用由胶体的微观受力决定,包括胶体在水中的布朗运动和有效重力,胶体-胶体/胶体-固相表面之间的相互作用以及流场作用在胶体上的力3个部分;为了实现从微观受力到宏观参数的升尺度计算,研究者们提出了胶体过滤理论及其后续的修正方法对沉积速率等宏观参数进行预测,然而现有方法通常基于简化的流场,忽略了多孔介质复杂孔隙结构和表面特性的影响;孔隙结构模型是多孔介质孔隙结构的简化模型,基于该模型能够从胶体在多孔介质中的微观力学分析出发,预测胶体的宏观运移行为,然而已有研究中尚未全面的考虑胶体在多孔介质中运移和滞留的多种作用.本文总结了该领域待解决的问题,包括建立考虑微观机理的对流弥散方程,发展考虑多孔介质孔隙结构的胶体过滤理论以及完善基于孔隙结构模型的胶体运移模拟方法.     

有机污染物在多孔介质中的残留

土壤、地下水中的有机污染物主要以自由态、挥发态、溶解态和残留态等四种形态存在 ,其中残留态的部分是最难以去除的 ,残留量的多少是关系治理费用及治理时间长短的最关键因素。本文以柴油为代表 ,对地下水饱和区中有机物的残留进行了试验模拟 ,与非饱和区的残余饱和度进行了比较 ,揭示了饱和区中有机污染物残余的特点 ,并深入分析了其机理。结果表明 ,砂性介质中 ,地下水饱和区中有机污染物的残余饱和度显著大于非饱和区中的残余饱和度 ,因此可以有效地利用这一特性 ,通过降低地下水位使饱和区中部分残留态污染物转化为自由态 ,提高去除效率 ;与非饱和区中多孔介质粒径越小 ,残留量越大的特性相反 ,饱和区中测得的残余柴油饱和度随介质粒径的增大而增大。不同水位变动速度的试验结果表明 ,水位变动速度对粘性大于水的柴油的残余饱和度影响可以忽略不计。     

Characterization of personal exposure concentration of fine particles for adults and children exposed to high ambient concentrations in Beijing, China

In China, the health risk from overexposure to particles is becoming an important public health concern. To investigate daily exposure characteristics to PM 2.5 with high ambient concentration in urban area, a personal exposure study was conducted for school children, and office workers in Beijing, China. For all participants (N = 114), the mean personal 24-hr exposure concentration was 102.5, 14.7, 0.093, 0.528, 0.934, 0.174 and 0.703 μg/m 3 for PM 2.5 , black carbon, Mn, Al, Ca, Pb, and Fe. Children's exposure concentrations of PM 2.5 were 4-5 times higher than those in related studies. The ambient concentration of PM 2.5 (128.5 μg/m 3 ) was significantly higher than the personal exposure concentration (P 0.05), and exceed the reference concentration (25 μg/m 3 ) of WHO air quality guideline. Good correlation relationships and significant differences were identified between ambient concentration and personal exposure concentration. The relationships indicate that the ambient concentration is the main factor influencing personal exposure concentration, but is not a good indicator of personal exposure concentration. Outdoor activities (commute mode, exposure to heating, workday or weekend travel) influenced personal exposure concentrations significantly, but the magnitude of the influence from indoor activities (exposure to cooking) was masked by the high ambient concentrations.     

Quantifying hysteresis of atrazine desorption from a sandy loam soil

Batch experiments were carried out to investigate the effects of initial atrazine concentrations and consecutive desorption steps on the desorption characteristics of atrazine from a sandy loam soil.As initial atrazine concentration increased,the average percentage of atrazine desorption on the sandy loam soil ranged gradually from 23.1% to 38.5% after five consecutive desorption steps.The values of the Freundlich capacity parameter,kdes,derived from the initial concentration and time-dependent desorption isotherm were consistently higher than those associated with sorption.The opposite trend was observed only for the values of nonlinear parameter,ndes,from the initial concentration-dependent desorption isotherms.Atrazine hydrolysis to hydroxyatrazine and bound residue formation were mainly responsible for the observed hysteresis in its sorption and desorption isotherms.For the initial concentration-dependent desorption isotherms,as initial atrazine concentration increased,the values of hysteretic coefficients ω and λ decreased,and H values increased.However,the relationships between initial atrazine concentration and hysteretic coefficients were not pronounced for ω,H,or λ.For the time-dependent desorption isotherms,λ and H values increased as the atrazine desorption step proceeded.The correlation between hysteretic coefficient and desorption step was highly significant for λ (P 0.0001),but not for H.     

地下水位波动及降水对原油在非均质土层中重分布的影响

为研究原油泄漏后在非均质土层中的重分布过程及影响因素,建立3种不同组合的非均质土层物理模型（编号分别为L-a、L-b、L-c）进行原油泄漏后重分布过程的室内模拟,分别代表局部非渗透性透镜体（浅层泄漏）、大面积弱渗透性粉质亚黏土（内部泄漏）和土层界面（浅层泄漏）存在条件.待原油重力渗透稳定后分别进行升降水位和降水的模拟试验,由PET聚酯膜绘制、CCD相机拍摄和基于CMYK的灰度分析等图像采集和分析法获得平面运移分布图、纵剖面灰度变化图,采用风干法和紫外分光光度法获得采样点含水率和含油率对比图,分析原油泄漏后在非均质土层中的运移规律.结果表明:①在水位波动下,局部非渗透性透镜体和大面积粉质亚黏土弱透水层可有效截获原油,使原油在其左右及上侧大量聚集;3组试验中原油的重分布过程以垂向运移为主,但在粗-细界面和细-粗界面会因油水驱替和毛细压力导致其部分横向运移.②模拟降水时,受到淋滤和水位波动的综合效应,原油油聚区不能在短时间内随水位线移动,体现其滞后性;在模拟降水结束后油聚区大量分布于水位线位置和细-粗界面处;降水对土壤中的原油具一定稀释作用.③L-a和L-c组表层泄漏的原油分布面积（分别为800、538 cm2）较大,采样点含油率极差（分别为6.23%、6.80%）较大;而L-b组内部泄漏的原油分布面积（235 cm2）较小,采样点含油率极差（2.99%）较小.研究显示,地下水位波动及降水对非均质土层中原油的周期性聚集和释放有一定影响,尤其是局部非渗透性透镜体、大面积弱渗透性粉质亚黏土及岩性界面存在土层中影响更大.      

植被覆盖对沙尘天气滞后性影响的机制分析

1982～2000年卫星和335个气象台站沙尘天气观测资料相关分析显示,中国区域沙尘天气年发生频次与植被覆盖率存在非线性关系.在沙尘天气主要发生源地,夏季植被的覆盖状况会直接影响后期冬春两季各类沙尘天气的发生次数,而这种影响机制却不清楚.本研究通过准地转正压模式,从3个摩擦量级分析了上述现象的物理机制.结果表明,在大气与水面摩擦系数量级,最高可在72 h内使边界层大气风速平均下降90%;在大气与裸土摩擦量级,18 h内边界层大气平均风速最高可下降100%;在大气与植被摩擦量级,1 h内边界层大气平均风速就可以下降100%.观测事实和模拟结果证实,地表植被残存的根茎,是影响冬春两季沙尘天气发生频次的重要因素之一.残留根茎对大气的摩擦阻挡作用,是夏季植被对沙尘天气产生滞后性作用的主要机制.     

水/载O_3有机溶剂两相臭氧氧化法降解水体中2,4-二氯苯氧乙酸

以水/载O3有机溶剂(全氟萘烷)为新型两相臭氧氧化体系,研究了臭氧在全氟萘烷中的溶解度和稳定性,并以水体中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为研究对象,考察了初始pH值、臭氧投加量、自由基抑制剂对两相臭氧氧化体系降解2,4-D效果的影响.结果表明:臭氧在全氟萘烷中有很高的溶解度和很好的稳定性;碱性pH环境有利于2,4-D的降解,随着水相初始pH的增加,2,4-D在水/载饱和O3全氟萘烷两相体系中的去除率明显增加;随着初始全氟萘烷载O3量与2,4-D物质的量比的增加,2,4-D总去除率明显增加;叔丁醇(20mg·mL-1)对两相体系中2,4-D降解影响不显著.     

三江平原典型区地下水铁的动态变化

为揭示地下水铁的时间变异规律和影响机制,对三江平原典型区不同深度的地下水水位和铁开展了动态监测,分析了总铁含量和形态的季节变化特征及其与地下水位波动的关系。结果表明:地下水为中性偏弱酸、强还原性环境,铁在浅层和中层富集。地下水铁的动态变化和水位关系密切,随着地下水位的上升、下降,总铁含量和Fe2+质量浓度也随之增加或降低。浅层地下水对水位变化响应迅速,中层地下水存在滞后。地下水位的季节波动导致含水层氧化还原条件改变,影响了水岩体系中铁的迁移和转化。