裂隙介质VOCs赋存迁移特征与场地修复难点

梳理了裂隙介质污染的研究方法,分析裂隙介质中VOCs的赋存迁移特征与修复技术原理,结合我国实际情形分析该类场地修复治理的难点并提出相关建议.裂隙介质场地中,对流弥散、吸附解吸、跨界输移的协同作用影响VOCs的环境行为与归趋.在理论层面,基于分离、化学氧化与生物转化过程的修复原理能够实现裂隙中VOCs的去除,但由于氧化还原产物堵塞、吸附态污染物反向扩散等原因,裂隙介质VOCs污染修复过程可能存在拖尾、修复后可能存在反弹的问题.与孔隙介质场地相比,不确定性是造成裂隙介质场地修复困难的主要原因,主要体现在场地调查阶段样品代表性差、修复治理过程中裂隙对污染物的阻滞作用所致传质受限、污染物易发生跨介质迁移风险等方面.后续研究亟需在充分认识裂隙污染物迁移转化机制的基础上,进一步探索适合我国修复与再利用实际情形的修复和风险管控模式.     

低渗透性裂隙介质中激发强度对Slug试验的影响研究

Slug试验是一种经济、快速测定介质渗透系数的原位试验方法。但对于低渗透性裂隙介质中不同激发强度对Slug试验影响的报道较少。通过在低渗透性裂隙介质中对同一试验段采用"小—中—大"激发方式开展Slug试验,利用前人建立的BouwerRice理论模型求取低渗透性裂隙介质的渗透系数,对比分析在不同激发强度条件下低渗透性裂隙介质渗透系数计算结果的差异性,并通过求取雷诺数来表征不同激发强度下钻孔附近的实际地下水流态,讨论了适宜的激发强度。试验结果表明:随着激发强度的增加,地下水非线性流作用显著,受非线性流的影响,采用常规Slug试验理论模型求取的地层渗透系数估计值偏低,故在低渗透性裂隙介质中开展Slug试验时,应采用较小的激发强度。     

基于ANSYS的裂隙岩体全充填介质膨胀效应的数值模拟

依据采矿区裂隙岩体中存在的具有鲜明水理性质的膨胀性充填物,应用有限元分析软件ANSYS对裂隙全充填的岩体进行了数值模拟计算,重点探讨了膨胀性充填介质对裂隙岩体位移、应力场的影响。结果表明:裂隙充填物的膨胀效应增大了裂隙岩体各应力的分量,因此当计算的裂隙岩体应力呈非线性分布时,应综合考虑裂隙充填物吸水膨胀效应,否则计算结果将偏于不安全;导致裂隙扩展的楔切效应显著,但裂隙岩体未受到拉张和剪切破坏。通过将模拟结果与实测结果进行对比分析,验证了该模拟方法的有效性和可靠性。     

变流速条件下非达西裂隙流溶质运移特征研究

单裂隙介质中水流和溶质运移特性问题是裂隙地下水污染的研究基础,其水流和溶质运移规律目前尚未完全清楚。以Izbash和指数变化的地下水流速方程为基础,建立了变流速条件下单裂隙介质非达西流溶质运移模型,通过积分变换方法得到了模型的解析解,并模拟分析了非达西流和指数变化的地下水流速下裂隙介质中的溶质运移特征。结果表明:变流速条件下,非达西参数n越大,则溶质运移速度越快;在非达西流作用下,地下水流速衰减指数λ越大,地下水流速衰减得也越快,溶质运移速度越慢;此外,随着渐进流速增大,对流作用增强,从而导致溶质穿透曲线(BTC)发生了较大的变化。该模拟结果不仅探讨了存在变流速、非达西流下裂隙介质中溶质运移的时空变化规律,同时也为该条件下地下水污染研究提供了理论依据。     

裂隙介质中Pu迁移的连续时间随机游走模拟

为更准确地模拟核素的非菲克迁移行为并寻求一种更合理的建模方法,根据一维裂隙岩柱中Pu(钚)迁移试验资料,利用基于不同联合概率密度的连续时间随机游走(CTRW)模型和传统对流-弥散方程(ADE)对Pu迁移的穿透曲线(BTC)进行了过程模拟,对比分析了ADE模型、CTRW-TPL模型、CTRW-TPLA模型和CTRW-ETA模型的拟合程度及适用性,进而选择出最优的模型对不同胶体浓度下Pu在裂隙介质中的迁移进行模拟研究.结果表明,相较于传统ADE模型,参数拟合后考虑吸附作用的CTRW-TPL模型能有效地描述非菲克迁移行为特征,CTRW-ETA拟合过程更易实现,但能为迁移行为的刻画提供的信息较少.研究还发现胶体的存在显著提高了Pu在裂隙介质中的迁移性,但胶体浓度超过某个临界值后,随着浓度升高Pu的迁移性反而减弱,在CTRW理论框架中,该过程表现为表征广义运移速度和弥散系数的参数值先增大后减小,而介质对溶质颗粒的平均吸附率先减小后增大.     

温度环境试验中试件温度稳定时间估算方法

研究了温度环境试验中试件温度稳定时间的估算方法。以非稳态传热学理论为基础,分别用集中参数法和有限元法计算、分析试件的温度稳定时间。给出了集中参数法确定试件温度稳定时间的计算公式,确定了集中参数法的适用范围。研究了试件外表面与试验介质之间的传热系数确定方法,考虑风速、试件外形和试验介质性质对传热的影响。将集中参数法与有限元法计算、分析结果进行比较,相符性较好。     

地下水溶质迁移规律研究概述

在地下水的相关研究中,地下水污染、土地盐碱化、海水入侵等诸多实际问题主要的研究方法都涉及地下水溶质迁移模拟。相比地下水水流模拟的相对完善,对溶质迁移的模拟比较薄弱且迁移过程本身复杂性较高,目前地下水溶质迁移的研究工作还处在全面发展的阶段。总结并阐述了目前溶质迁移模拟所使用的对流迁移、对流-弥散模拟等主要数值方法,并对这些方法的优缺点和应用实例进行总结分析。针对国内有关地下水金属迁移、胶体迁移、微生物作用、耦合作用等方面研究进行了概述,并在参数确定、裂隙介质运移机理和多相介质条件下运移模拟可能取得的突破进行分析。     

地下水溶质反常运移的分数阶对流扩散模型研究进展

地下水溶质在非均质多孔介质中的扩散过程并不总是遵循Fick定律,因此称为反常扩散或反常运移,其本质上是非马尔可夫非局域性过程.分数阶对流扩散模型可以对含水层中溶质的这种运移进行充分而准确的描述.本文在阐明多孔介质溶质反常运移基本问题及其动力学机理基础上,综述了三类分数阶对流扩散模型,即空间分数阶对流扩散模型、时间分数阶对流扩散模型和分布式分数阶对流扩散模型,并详细讨论了分数阶对流扩散模型在地下水溶质反常运移领域的应用前景和挑战.     

海面溢油对流扩散的反向计算

针对船舶造成的油污染问题,提出了反向追踪溢油的概念。在反向计算过程中,对流扩散方程的对流项一方面具有强烈的方向性,意味着上游信息通过对流项向下游传递;另一方面由于是逆向计算,因此计算时下游信息也需要通过对流项传递到上游。此外与顺时计算不同,扩散项在反向计算时更容易积累误差,从而使计算格式趋于不稳。针对反向计算的如上特点,我们对对流项和扩散项均采取了中心差分的处理方式。通过对两个算例(1)无界区域和(2)有界区域的实例演算,我们认为该方法无论是在开放的海域还是在封闭或半封闭海域均能取得基本令人满意的结果。     

应用线性和非线性法求解有机物生物降解动力学参数

根据苯甲酸类化合物在水体中不同时间的生化需氧量，用线性和非线性合法对化合物生物降解随时间变化的动力学过程进行曲线拟合，得到各化合物2个数值不同的安全生化需氧量、生物降解速率常数和生物降解滞后期。根据各化合物2种不同的生物降解动力学模型所得到的生化需氧量拟合值与实测值的误差相比较，发现用非线性法拟合得到的有机物生物降解动力学模型，更符合化合物真实生物降解规律，因此用非线性法拟合化合物的生物降解动态变化，比用线性方法更精确。     

放射性核素大气扩散数值模拟研究综述

放射性核素大气扩散模式可以模拟放射性核素在不同尺度下的大气输送与扩散,为核电站选址、核事故应急提供科学依据.本文总结了目前广泛用于模拟核素扩散的多种模式,详细比较了各模式对放射性核素的衰变、输送和扩散、干/湿沉降和重力沉降以及辐射剂量等处理方法,总结归纳各个模式模拟的差异性.最后,对放射性核素大气扩散模式发展前景做了展望.对有针对性地提高模式模拟能力以及明确模式的发展方向具有重要的意义.     

三维溢油动态预报模式

基于“油粒子”概述建立了模拟海上溢油行为的三维数值模型。模型运用确定性方法模拟平流过程，采用随机性方法模拟湍流扩散过程，“粒子扩散”方法避开了“平流－扩散”传统数值方法所导致的伪扩散效应，同时将油由于自身特性和扩展与受环境动力作用的被动扩展融为一体，较好地解决了油膜的扩散和破裂问题，通过模拟结果与卫星遥感监测资料的比较表明，模拟的溢油漂移方向误差不超过２０°，厚油区的分布面积与卫片资料基本一致。     

一个三维水质预测模式在茂名近海的应用

通过建立一个三维陆架海数值模式来预报近海潮流、COD和油类浓度的对流扩散,并应用于沿岸海区—茂名近海海域的工程前期数值预测。预测结果表明,海区潮流的涨落与实测结果吻合;污染物在近海对流、扩散情形基本合理。这表明该模式可适合应用于河口、近岸等涉海海洋工程海域的流场及水质的三维数值预测,为相关的水动力环境要素和水质影响评价提供一定的参考价值。     

大辽河感潮河段水体交换的数值研究

基于FVCOM建立大辽河感潮河段的水动力-扩散数值模型,采用保守物质输运扩散法研究大辽河感潮河段在潮和径流作用下的水体交换特征。结果表明:径流是影响大辽河感潮河段水交换的主要因素,径流为114 m3/s条件下,半交换时间为226 h,587 h后达到90%的交换状态,且径流加倍,对应交换时间近似线性递减;子区域水交换差异由潮和径流的相互作用决定,径流越大,靠向上游河段水体交换得越快,径流减小时近河口区段水体交换变快,而中游河段交换变慢。     

基于GIS的船运液化气泄漏事故大气扩散模拟研究

船运液化气泄漏后会对船舶和港口造成极大危害，有必要对泄漏气体的实时扩散过程和影响范围进行准确预测和显示。由于基于粒子概念的Monte—Carlo模式能够反映气体扩散所具有的随机特性，因此文中采用Monte—Carlo模式建立能够较好模拟液化气实际扩散过程的数值模型，并应用组件技术与GIS进行嵌入式紧密集成，实现泄漏液化气扩散过程连续、直观、动态的可视化表达，为液化气船运泄漏事故应急决策提供有效的辅助工具。     

考虑边界条件不确定性的地下水污染风险分析

为分析边界条件不确定性对地下水污染质运移数值模拟模型输出结果的影响,运用Monte Carlo方法对一算例进行阐明,并从污染风险预报方面对模拟结果进行分析.为减少重复调用模拟模型产生的大量计算负荷,将边界条件（第一类边界条件-水头值）作为随机变量,建立地下水污染质运移数值模拟模型的Kriging替代模型,在保证较高精度的同时,实现了Monte Carlo模拟.结果表明：边界条件的不确定性,对地下水污染质运移数值模拟模型预报的结果有很大影响,考虑与未考虑边界条件不确定性得到的研究区污染羽分布差别较大.对地下水污染质运移数值模拟模型的Monte Carlo模拟结果进行统计与分析,可以评估研究区观测井1,2,3污染物浓度预报结果的可靠程度,并且可以预报出研究区观测井1,2,3遭受不同程度污染的风险.     

近地面大气污染模拟模型的建立与应用研究

针对以往把整个混合层作为大气扩散研究对象的问题,研究了近地面大气污染带概念,建立了大气污染模拟模型。又考虑到目前大气污染模型仅注重研究铅直面上的二维扩散变化,而较少研究平面二维扩散问题,运用有限差分方法建立了近地面大气污染带的平面二维数值模型。通过应用证实,该大气污染模拟模型能够真实反映近地面大气中污染物的扩散趋势及空间分布特征,对城市大气环境污染预测和防治具有实际意义。     

京杭运河(杭州段)河网水质模拟

京杭运河杭州段河网属于典型的平原河网地区,根据平原河网的水流以及污染特点,利用一维对流扩散方程建立了该地区河网水质模型,采用全隐中心差分格式离散方程,并用追赶法求解。对京杭运河杭州段河网进行水质模拟,并利用2007年上半年常规水质监测断面水质监测数据对模型计算结果进行验证。验证结果表明水质模拟结果较为理想,模型能较为准确的反映河网水质变化趋势,可以用于该地区河网水质改善研究。     

A high-order splitting scheme for the advection-diffusion equation of pollutants

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｏｄｅｒｎｉｎｄｕｓｔｒｙ ,ｖａｒｉｏｕｓｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｄｉｓｃｈａｒｇｅｉｎｔｏｔｈｅａｉｒ,ｒｉｖｅｒｓ,ｌａｋｅｓａｎｄｏｃｅａｎｓ,ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｉｅｓｗｏｒｓｅｎａｎｄｈａｓｂａｄｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｍａｎｋｉｎｄ’ｓｈｅａｌｔｈａｎｄｔｈｅｓｕｓｔａｉｎｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ .Ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏ…     

基于OpenFOAM的城市街区毒气扩散模拟

为了对毒气扩散过程进行及时、有效的模拟,将开源计算流体动力学软件OpenFOAM与PISO算法(pressure implicit with splitting of operators,压力隐式算子分割算法)相结合,进行城市街区毒气扩散模拟研究. 将SIMPLE(semi-implicit method for pressure linked equations,压力耦合方程组的半隐式算法)与PISO算法进行了对比,指出以PISO算法为基础的数值模拟在城市街区这类大范围毒气扩散模拟中具有容差性强、计算较为稳定等优点. 以福州大学怡山校区为扩散区虚拟地理环境,选用氯气为假定毒气,利用OpenFOAM对氯气的扩散传播过程进行了模拟, 并与商用软件FLUENT在相同条件下的ρ(Cl₂)模拟结果进行了对比. 结果表明,结合PISO算法的OpenFOAM能够较好地完成复杂虚拟地理环境下的毒气扩散过程模拟,其ρ(Cl₂)模拟结果与FLUENT模拟结果的平均偏差小于5%,但在计算效率上却提高了41.89%.