井周高渗透性多孔介质对多筛孔井修复效果的影响

为探究井周介质非均质性对多筛孔井修复地下水效果的影响,利用二维数值模拟,通过在井周设置高渗透性透镜体并改变其位置、尺寸和渗透系数,探究井周存在高渗透性多孔介质的情况下多筛孔井的修复效率和最优注入间距。结果表明:井周高渗透性透镜体的存在及其位置、尺寸、渗透系数的变化均影响多筛孔井的修复效率,其结果取决于溶质羽因透镜体产生的聚集和绕流程度;井周高渗透性介质的存在可显著提升修复效率;多筛孔井最优注入间距因井周非均质性的存在而改变,一般来说,井周高渗透性多孔介质的存在将增大最优注入间距。该研究结果可为利用多筛孔井在非均质含水层中的修复提供理论指导,并为进一步提高多筛孔井修复效率提供一种新思路。     

渗透系数级差对污染物在低渗透透镜体中的迁移影响研究

利用二维模拟槽研究非均质含水层中渗透系数级差对低渗透透镜体内污染物迁移的影响,确定不同渗透系数级差下污染物在透镜体中的波及效率和去除效率,建立低渗透透镜体内波及/去除效率、入渗/反冲时间和渗透系数级差三者之间的定量关系.结果表明：在污染过程中,污染物的迁移速度随渗透系数级差的增大而减小;在0.5m/d的地下水流速下,当渗透系数级差从3增大至52时,污染物波及效率达到100%所需要的时间从8h上升至360h;污染物的波及效率Z与入渗时间t成正相关关系与渗透系数级差K_mn呈负相关关系,其函数关系为Z=（109.623/K_mn²+1.035/K_mn+0.447）t.在模拟抽出处理的过程中,污染物的去除速度随渗透系数级差的增大而减小;当渗透系数级差从3增大至52时,污染物的去除效率达到100%所需的时间从13h升高至480h;污染物在透镜体中的去除效率Z'与反冲时间t和渗透系数级差K_mn的函数关系为Z'=（54.999/K_mn²+6.605/K_mn+0.098）t.对比两个过程可发现,污染物在非均质含水层中的污染和修复过程在时间方面呈现出不可逆性.随着渗透系数级差的增大,污染和去除过程中低渗透透镜体内波及/去除效率达100%的时间差值从5h逐渐增大至120h,"拖尾"效应越来越明显.     

层状非均质各向异性含水层中抽水井对污染物迁移影响数值模拟研究

为研究层状非均质含水层中渗流与污染物迁移问题,本文以大理冲洪积扇盆地典型层状非均质各向异性含水层为例,建立垂向剖面二维层状非均质各向异性含水层水文地质数值模型,利用MT3DMS溶质迁移模拟程序模拟分析抽水井抽水率、深度、位置不同条件下污染物迁移特征。结果表明,抽水率大小对污染物运移速率影响较大,深层抽水井对污染物运移影响较明显,透镜体的存在使污染物出现拖尾现象,弱透水层厚度使污染物运移时间延迟,且降低污染物浓度。     

武汉岩溶区复合地层小型盾构施工引起的地表变形规律研究

小型盾构施工法是目前电力隧道施工的主要工法,在施工过程中不可避免地会引起地面沉降,影响附近建筑物的正常使用。为揭示武汉岩溶地区复合地层小型盾构施工引起的地表变形规律,在对现场勘察资料和地表变形监测数据进行统计分析的基础上,采用数值模拟的方法对不同组合复合地层、不同溶洞直径和不同溶洞埋深时的地表变形规律进行了数值模拟计算与分析。结果表明:岩层表面距隧道底板深度Z、溶洞距隧道底板高度H、隧道底板下溶洞直径D等对地表变形均有重要的影响;随着Z和D值的增加,地面沉降量最大值增加,随着H值的增加,地面沉降量最大值减小。在岩溶区复合地层开展小型盾构施工时,上软下硬的地层分布会产生应力集中现象,将会增大地表竖向变形。本研究为控制岩溶区复合地层小型盾构施工地表变形提供依据。     

微生物堵塞对单井注抽试验的影响机理

在石油污染的含水层中，污染物和微生物种类多样，为了提高修复效率和降低修复成本，首先需要查明受污染含水层的弥散度、孔隙度、吸附与解吸系数等溶质运移相关的生物地球化学参数。单井注抽(single-well push-pull, SWPP)试验作为一种高效的方法已经被广泛用于获取含水层的生物地球化学参数，其中微生物堵塞作用在SWPP试验中起着非常重要的作用，但目前已有的SWPP试验数值模型对微生物堵塞过程的模拟过于简化。采用指数衰减模型刻画微生物堵塞作用，利用有限差分法建立同时考虑混合效应和微生物堵塞作用的SWPP试验数值模型，研究微生物堵塞作用对SWPP试验的影响机理，并通过将该数值模型在特定条件下的数值解与前人模型的数值解进行对比，验证了模型的合理性。结果表明：微生物堵塞作用对SWPP试验结果的影响不能忽视，微生物堵塞作用越显著，含水层渗透系数的衰减系数越大，井壁处溶质穿透曲线(breakthrough curves, BTCs)在SWPP试验抽取阶段晚期的拖尾现象越明显；随着微生物堵塞作用范围的增加，井壁处溶质BTCs在SWPP试验抽取阶段的拖尾现象越严重；参数敏感性分析结果显示，在S...     

基于等效渗透系数法修正的多节点井流模型北大核心CSCD

管道是含水层中十分常见的水文地质结构,目前关于含水层中地下水管道流模拟常用的模型有等效渗透系数模型、多节点井流(MNW)模型和管道流(CFP)模型,其中MNW模型和CFP模型被耦合到地下水数值模拟软件MODFLOW中。MNW模型使用有限差分网格渗透系数对管道流进行计算,在数值模拟过程中假设包含管道的含水层网格渗透系数为孔隙介质渗透系数,但其并不能反映管道-含水层网格系统的高渗透性。基于等效渗透系数法对MNW模型进行修正,为了检验修正后MNW模型的模拟效果,以二维砂槽试验数据为例,分别采用CFP模型、原始MNW模型和修正MNW模型对管道周围含水层地下水流场进行了数值模拟,并将模拟流场与实测流场进行了对比分析。结果表明：修正MNW模型与原始MNW模型相比其模拟误差降低了76.14%,且其模拟误差小于CFP模型,说明修正后的MNW模型提升了多节点井流模型对含水层中管道流的模拟效果,更好地体现了现实中管道与含水层的双重介质性,对更加高效而准确地进行含水层中地下水管道流数值模拟具有实际意义。     

DNAPL在透镜体及表面活性剂作用下的运移研究

选择四氯乙烯(PCE)作为典型重非水相液体(DNAPLs)污染物,进行PCE在二维砂箱中的运移及修复实验,采用一种改进光透法探讨DNAPL在含不同透镜体非均质含水层中的运移和饱和度分布特性.在此基础上,考察非离子表面活性剂(吐温80)对DNAPL的原位冲洗修复效果.结果表明,在模拟天然地下水流条件下,当PCE运移到达各透镜体时,PCE均未进入透镜体而是在其上方聚集形成污染池,然后逐渐侧向扩散,即使在较粗透镜体(20/30目和40/60目石英砂按 1:1质量比例混合)上也无法进入.吐温80对PCE的修复效果显著,冲洗58h后,94.2%的PCE被去除.表面活性剂的引入能够减小PCE和水的界面张力,界面张力的减小量可达38.8dyn/cm,相应各透镜体上覆界面处的毛细压力水头值会有不同程度的减小,在较粗透镜体上的PCE可以穿透透镜体并继续向下运移.透镜体的毛细截留作用会限制修复后期的修复效率,修复75,3520min的修复效率分别为0.63,0.05g/g,其中较粗透镜体上截留的PCE相对其他较细透镜体容易移出.     

论蒙脱石的脱水作用及其对地面沉降的影响

过去对开采地下水所引起的地面沉降，普遍采用有效应力原理进行解释。由于早期的有效应力观点是以假设土壤颗粒与孔隙水均不可压缩为前提，所以无法描述粘土矿物层间水脱水反应所造成的体积改变。因此对由地下水超采导致粘土发生脱水作用，从而产生地层次要压密并用于地面沉降的研究较少。蒙脱石作为第四纪土壤地层中粘土矿物的主要成分，虽然颗粒细小，但其具有特殊的形态和结构特征、特殊的物理化学性质，在其成岩转变的过程中，记录了地面沉降整个过程的演变信息。蒙脱石在地层压实过程中所发生的脱水作用，造成层间水释出，需纳入到地面沉降量的计算范围之内。本文讨论了用费脱石的脱水作用来计其次要地面沉降量的相关问题。     

原位空气扰动技术影响因素研究-基于苯污染非均质含水层

通过一维模拟柱实验,研究了分层非均质含水层下不同介质组合对原位空气扰动技术修复苯污染地下水的影响.结果表明：在曝气流量为0.1 L/min,分层非均质的介质渗透系数在同一数量级时,分层情况的改变对污染物的去除效率影响不大;当分层非均质的介质渗透系数不在同一数量级时,下层渗透系数变大会使砂柱上层污染物浓度先升高后降低的现象更加明显,而下层渗透系数变小会使砂柱上下层污染物的去除效率相差不大.分层情况下不同介质组合影响苯的平均去除效率,在分层非均质条件下,气流由低渗透介质进入高渗透介质,污染物的去除速率相对更快,污染物的平均去除效率主要取决于分层非均质上层介质,其污染物平均去除效率曲线与分层非均质上层介质均质大致相同.     

基于随机模拟的地下水污染物最优水力截获量

水力截获技术是净化或抑制地下水污染最为广泛使用的一种方法，而该技术实施过程中，如何确定最优水力截获量是其需要重点解决的关键问题.本文针对传统确定性方法计算最优水力截获量不合理的问题，从水文地质参数的随机性出发，应用基于随机理论的蒙特卡罗方法，通过实例来研究渗透系数的空间变异性对地下水污染物水力截获系统的影响，并寻求估算最优水力截获量的新方法.通过研究表明：基于确定性方法计算出最优水力截获量为110m³/d时恰好能完全截获污染区的污染物；应用随机模拟研究含水层渗透系数的空间变异性对水力截获系统的影响，发现当以传统确定性方法所计算的最优水力截获量（110m³/d）抽水时，并不能总是完全截获地下水污染物，其面临的稳定平均风险率高达24%；充分考虑了含水层渗透系数空间变异的Monte Carlo方法较以往传统确定性方法更为可靠，为此本文提出利用随机方法从截获系统可接受风险角度确定最优截获量的新思路.     

循环井技术对低渗透性透镜体二级污染源的修复效率评估方法

以地下水循环井技术（GCWs）修复含水层低渗透性透镜体内污染物为研究对象,通过解析含水层内污染物浓度的空间分布规律和时间演化过程,构建了评估循环井修复低渗透性透镜体二级污染源修复效率的评价方法 .主要评价指标包括污染物平均浓度、污染物修复的时间累积效率系数和界限流线的几何特征及其上渗流入渗角度,分别用以评价瞬时修复效率、时间累积修复效率和渗流模式对污染物修复效果的影响.同时,利用COMSOL数值模拟软件,模拟了不同工况下循环井驱动的低渗透性污染源的反向扩散过程,并利用所构建的评估方法进行评估.结果表明：(1)随注水口高程降低或抽水口高程升高,循环井的修复效率总体呈递减趋势,其中,注水口略高于或抽水口略低于透镜体时修复效率较高;(2)循环井注水/抽水的质量通量越大、透镜体的长宽比系数越大、透镜体距离循环井越近,其修复效率越高;(3)界限流线位于以透镜体中心为原点的二、三象限时,循环井的修复效率较好;其上渗流入渗方向垂直于透镜体的上水平界面时,修复效率较高;随界限流线与透镜体的上界面法线夹角增大,修复效率降低.     

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.      

填埋场井筒效应及其对污染监测井监测效果的影响

构建了填埋场渗漏条件下,含水层-监测井系统水流和污染物运移的代表性概念模型.利用等效渗透系数法描述双重介质系统中的水流运动和水头分布,而多孔介质溶质运移的ADE方程和管流的一维溶质运移方程被分别用来模拟污染物在含水层和井孔中的迁移和分布,最终形成了描述渗滤液渗漏条件下监测井-含水层系统中污染物迁移分布的控制方程.基于Fortan平台,编制了该方程的有限差分求解程序,应用该程序模拟分析了填埋场渗漏条件下,地下水监测井内部及周边水流和溶质的运动、井筒存在对水流和溶质运移的影响.结果表明：井筒效应影响井孔周边的局部地下水流场和浓度场,导致井孔内下部区域污染物浓度增大,井筒外一定区域浓度减小;井筒效应的影响随着径距增加而减小,当径距大于2倍含水层厚度时,井筒效应导致的监测误差最大不超过20%.井径对井筒效应的影响较为复杂,并非单调增加.在本案例中,井径小于0.1m时,井筒效应随着井径增大而增大;反之,当井径大于0.1m后,井筒效应导致的监测误差随着井径增大而减小.含水层渗透系数和比单位弹性贮水系数越大,井筒效应的影响越小.因此具有强渗透性且孔隙度更大的卵、砾石含水层中,井筒效应的影响更小;而对于弱渗透性或中等渗透性的砂土、砂黏土含水层,井筒效应对监测效果的影响更大.     

多层含水层地下水数值模型参数灵敏度分析

为分析多含水层结构地下水数值模型中水文地质参数的影响特征,文章以辽宁阜新某项目区为例,采用地下水模拟软件(GMS)建立具有4层含水层结构的地下水数值模型,并进行拟合校正,选取渗透系数、给水度进行局部灵敏度和全局灵敏度分析。结果表明:渗透系数对模型结果的影响比给水度大;参数变幅为10%时,渗透系数灵敏度是给水度灵敏度的10倍左右;就全局灵敏度而言,参数联合灵敏度大于单个灵敏度之和。     

地下水渗流沉降的三维耦合模型及程序的研制

研制可合理模拟预测基坑降水过程中引起地面沉降的计算机程序,并提出最优化降水方案.基于三维全耦合数值模型,笔者开发了GWS软件.GWS软件是以比奥固结理论为基础,将土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化考虑进去,通过耦合地下水渗流场和土体应力场进行模拟预测基坑降水过程中渗流场及地面沉降的变化.以一个实际基坑降水工程为例,经GWS软件计算得出5口井联合抽水方案,后续工程证明此方案正确、可靠.以三维全耦合数值理论为基础的GWS软件,可以为基坑降水工程引起的地下水渗流场变化及地面沉降量提供可靠的预测.     

长江三角洲南部地面沉降与地裂缝

过量开采地下水导致长江三角洲南部产生严重的地面沉降和地裂缝,造成巨大的经济损失。地面沉降和地裂缝的发生和发展在时空上与地下水开采具有密切联系,在地下水开采高峰期,地面沉降速率明显增加,在地下水位稳定期和回升期,地面沉降速率显著减小,甚至出现少量回弹。平面上,地面沉降分布形态与主采层地下水位分布形态具有很强的关联性;垂向上,地面沉降分布形态与沉降层、主采层及土层的厚度、压缩性等有关,弱透水层和含水层都可能成为主要沉降层。开采地下水条件下土层的变形与其经历的地下水位变化过程有关,不仅弱透水层存在塑性和粘塑性变形,在一定水位变化条件下含水砂层也存在塑性和粘塑性变形。地面沉降是地表下所有受影响土层的变形之和,为了控制地面沉降和地裂缝的发展,应限制地下水的开采量,尤其是避免出现地下水位低于土层历史上曾经达到的最低水位。     

胶态微泡沫用于冲洗含水层的迁移分布特征

目前有关胶态微泡沫（CGAs）冲洗含水层过程中的迁移分布特性尚不明确,本研究利用二维模拟实验详细探究了注入速率、表面活性剂浓度和介质条件对CGAs迁移分布时空变化特征的影响.结果表明,在单侧单点注入条件下,CGAs的波及区域形状近似半圆形,迁移锋面相对规则;CGAs破裂产生的泡沫液分布在其迁移锋面四周,泡沫气体受地下水浮力影响向上方迁移,导致出现在纵向向上迁移距离大于向下迁移距离的"向上漂移"现象.表面活性剂浓度对CGAs的迁移分布影响较小;注入流速低或介质渗透性差,CGAs均会在迁移后期出现明显的“向上漂移”现象,同时其波及区域形状逐渐趋向于半椭圆形;恒定流量注入CGAs,其在含水层中的波及面积存在最大值.相对传统液相冲洗液,CGAs在非均质含水层中迁移分布较为均匀,受介质非均质性影响较小.     

地下水回补引发含水层氟释放次生风险的模拟研究

地下水回补过程中,含水层沉积物中部分微量组分（As、F等）可能因为环境条件改变释放进入地下水中造成次生污染.为探究回补入渗后含水层F-释放的次生风险,依托潮白河南水北调回补区及我国北方8个具有高F地下水的典型区域,应用PHREEQC软件模拟回补入渗对含水层萤石矿物溶解平衡及地下水F-浓度的影响.研究含水层沉积物典型矿物组分、回补水源与地下水水质差异对F-释放次生风险的控制作用.结果表明:①由于回补水源水质、地下水水质及含水层矿物差异,回补后不同地区地下水中F-浓度的呈现趋势有显著差异,部分地区由于地下水水质差异大,F-浓度存在上升及下降两种趋势.②地下水Ca2+浓度相对较低的区域回补后F-浓度呈下降趋势,增大回补量有利于降低F-释放风险,而对于Ca2+浓度高、甚至萤石饱和的区域,增大回补量会增加F-释放风险.③地下水中F-浓度同时受到萤石及其他含钙矿物的控制,当含水层存在萤石矿物且其他含钙矿物较少时,回补后F-释放的风险增大.因此在具有F背景的区域,对地下水Ca2+浓度较高的含水层或除萤石外含钙矿物含量有限的含水层进行回补时,可能导致地下水F-浓度升高引发回补次生风险.对于回补水源、地下水与含水层矿物组分相互作用的深入研究是保证地下水安全回补的关键,回补后F-释放反应动力学的进一步研究将加深F-释放次生环境风险的认识.      

封洞库低渗介质地下水渗流场数值模型的参数反演

在地下水数值模拟工作中,模型参数是影响数值模型计算准确度的关键因素。对于低渗裂隙介质场,传统的参数分区方法很难准确地刻画低渗裂隙介质场的非均质性,因此需要利用有效的方法优化数值模型参数,使其计算结果更加准确、可靠。建立了烟台某地下水封洞库的低渗介质地下水渗流场数值模型,并对模型中的关键参数——岩体渗透系数进行了参数反演,得到了模型中两个关键层位的岩体渗透系数场。结果表明:研究区岩体渗透系数表现出强烈的非均质性,丁烷洞库在-94～-100m深度上形成了强渗透带,造成丁烷洞库地下水涌水量偏大。参数优化后的数值模型的计算精度进一步提高,能够准确地刻画地下水封洞库的运行状态。     

氧化反应对偏二甲肼泄漏扩散过程影响的数值模拟研究

针对液体推进剂偏二甲肼与空气中氧气的反应对其泄漏扩散过程的影响进行数值模拟研究。以偏二甲肼长贮库房为研究区域,分别对不考虑氧化反应和考虑氧化反应的库房内偏二甲肼气体泄漏扩散过程进行了数值模拟,研究库房内偏二甲肼浓度的分布规律,并分析自发氧化反应对偏二甲肼泄漏扩散的浓度分布和温度分布的影响。结果表明:偏二甲肼与氧气自发发生的氧化反应对库房内的流场有显著影响,在库房内偏二甲肼泄漏扩散600s后,氧化反应导致泄漏源上方0~1.2m区域温度上升12K,偏二甲肼浓度为未考虑氧化反应条件下的8倍左右。