单井抽出-回渗同步循环地下水水力控制模型研究

为研究单井抽出-回渗同步循环地下水水力控制技术中主要参数之间的关系以及参数对该技术的影响,搭建实验室尺度孔隙含水层物理砂柱模型并基于该物理模型构建MODFLOW地下水流数值模型,研究了通过单井抽出-回渗同步循环过程来实现人工控制地下水流场和水力梯度的可行性以及水文地质条件和水动力条件的影响.结果表明：(1)物理装置运行一段时间后,抽出-回渗达到平衡.(2)基于物理装置不同位置实测水位校准后的数值模型精度较为理想(纳什效率系数为0.88),可以较好地刻画实现水力控制时物理模型中的实际地下水流场.(3)抽出-回渗量的变化对水位降落漏斗的范围(28.0～28.5 cm)几乎无影响,而对其降深影响较大,当抽出-回渗量分别为1、2.5、5、10 cm³/s时,最大降深分别达到1.76、4.55、9.75、18.65 cm,分别为含水层厚度的2.5%、6.5%、13.9%、26.6%.(4)基于裘布依公式,实现水力控制时含水层不同位置处水位高低与抽出-回渗量大小(水动力条件)和含水层渗透性强弱(水文地质条件)有关,根据16种抽出-回渗和含水层渗透性的不同情景的数值模拟结果拟合...     

基于敏感性分析的危险废物填埋场工程和地质屏障参数优化

为优化危险废物填埋场地下水污染风险控制的工程/地质屏障参数,基于过程模型模拟-参数敏感性分析-参数优选的系统框架和方法,分析关键参数对于地下水中渗滤液所携带污染物浓度的影响和敏感性,基于分析结果推荐技术参数的取值区间和最低的技术参数要求.结果表明:①各参数对地下水污染风险的敏感性排序依次为导排支管间距>含水层厚度>导排层坡度>天然衬层渗透系数>导排层渗透系数>地下水流速.②当导排支管间距>25 m、导排层坡度 < 2%、导排层渗透系数 < 0.000 1 cm/s、天然衬层渗透系数>1×10-6 cm/s时,地下水污染风险急剧增大;反之,当导排支管间距 < 10 m、导排层坡度>3%、导排层渗透系数>0.01 cm/s、天然衬层渗透系数 < 5×10-7 cm/s时,对地下水污染风险的管控并无明显影响.③导排支管间距最低为25 m,但不宜 < 10 m,导排层坡度最低为2%,但不宜>3%,导排层渗透系数最低为0.01 cm/s,天然衬层渗透系数最低为1.0×10-6 cm/s.研究显示,现有标准中给出的参数取值具有合理性,但范围较广,应结合水文地质参数与填埋场参数确定.      

滨海平原区某生活垃圾填埋场地下水污染修复模拟

渗滤液是垃圾填埋场区地下水的主要污染源。以滨海平原区某生活垃圾填埋场为例,采用MODFLOW/MT3D建立模型进行污染物的迁移模拟和修复模拟,模拟持续污染和清理污染源并配套抽水井的2种工况下,COD_Mn在浅层地下水中的迁移扩散特征。模拟结果表明：由于滨海平原区浅层地下水含水层渗透系数很小,水动力条件差,污染物主要影响埋深10 m以浅的2个含水层;持续泄漏将造成污染羽中污染物含量很高,但污染物向场外迁移扩散的距离却很有限,20年后污染物超出场界的迁移距离不超过70 m;设置抽水井可有效地清理污染物,但污染羽的清除速度很慢,需要5～10年的连续抽水方可使污染羽收缩至场内。实际修复中,可根据修复进展情况实时调整抽水井的运行和布设,关停已修复好区域的抽水井,同时加大污染中心抽水井的出水量,并在修复多年污染物浓度依然较高的地段增布抽水井,以加快污染修复速度。建立的污染物迁移和修复模拟模型可为其他相关垃圾填埋场地下水环境调查评估和污染治理提供参考与借鉴。     

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.      

阿什河流域地下水脆弱性分区

为识别阿什河流域地下水易污区,基于DRASTIC模型,结合研究区水文地质特点和地下水源地特质,舍弃土壤类型和水力传导系数指标,新增抽水井群影响范围评价指标,得到适用于阿什河流域的DRATIE脆弱性评价体系.借助OpenGeoSys(OGS)软件,模拟研究区抽水与不抽水时的地下水流场,圈划出抽水时流场的变化区域,划分抽水井群影响范围.运用DRATIE模型对研究区进行脆弱性评价,绘制研究区地下水脆弱性分区图,并根据用水趋势进行脆弱性情景分析.结果表明:研究区地下水脆弱性主要为较低、中、较高3个级别;河漫滩和阶地区域较易受到污染,抽水井群影响范围内脆弱性为中等,1号井群每口井抽水量不宜超过3.23×10-2 m3/s,2号井群每口井抽水量不宜超过4.00×10-2 m3/s;其余地区较不易受到污染.研究显示,应严格控制水源地抽水量,以防阿什河水体倒灌;合理分配1、2号井群抽水量,可减小水源地脆弱性范围和等级.      

华南地区典型花岗岩海岛地下水资源综合评价

海岛水资源供需矛盾日益显著。综合运用地球物理勘探、水文地质钻探及同位素示踪分析对广东省珠海市万山岛的推船湾库区开展地下水资源可调蓄性和可再生性评价工作。通过高密度电阻率法和水文地质钻探法揭示库区地层结构,发现松散沉积物含水层在空间上分布不连续,与裂隙含水层共同构成该区地下水主要含水层,基岩层构成隔水底板;松散沉积含水层的渗透系数为8.30×10-3 cm/s,给水度为0.32;裂隙含水层的渗透系数为2.52×10-5 cm/s,给水度为0.10;推船湾库区含水层的地下水储存量约为14873 m3,储水空间较大。利用同位素示踪确定降水是地下水的主要来源,通过径流分割确定地下水补给量为145065 m3/a,地下水更新周期约为37 d,表明库区地下水补给条件较好,具有可再生性。研究结果为解决花岗岩海岛地下水资源勘探和管理提供了技术参考。     

利用多孔抽水试验确定承压-无压流条件下承压含水层的水文地质参数

在平原第四系孔隙承压含水层开展抽水试验时常发生抽水井中地下水水位降至隔水顶板以下而出现承压-无压流并存的现象,如何利用多孔抽水试验确定承压含水层的水文地质参数是地下水动力学研究中的一个重要问题。利用江汉平原北部肖家港地区第四系上更新统(Qp_3~(al))孔隙承压含水层中开展的多孔抽水试验,探讨了承压-无压流并存条件下确定承压含水层水文地质参数的方法。结果表明:利用多孔抽水试验数据,综合运用泰斯承压井流模型和Chen承压-无压井流模型可同时确定承压含水层的导水系数、弹性释水系数和重力给水度等关键水文地质参数,据此得到肖家港地区上更新统孔隙承压含水层的导水系数在77.28～109.64 m~2/d之间,弹性释水系数为3.17×10~(-4),重力给水度为1.97×10~(-1)。利用泰斯承压井流模型计算承压含水层的导水系数和弹性释水系数时,应尽量选取抽水后期或者距离抽水井较远的观测井地下水水位降深数据,以尽量减少承压含水层无压区重力释水对计算结果的影响。     

水力截获技术在地下水污染修复中的应用——以某危险废物填埋场为例

填埋场渗滤液引发的地下水污染问题日益严重,防渗失效情况下,如何采取有效措施阻止污染物扩散成为保护地下水的关键。本文以某危险废物填埋场为例,假设填埋场防渗结构完全失效,渗滤液随大气降雨连续入渗直接进入地下水,以Ni作为主要污染物,利用Visual MODFLOW模拟软件建立了Ni在地下水中迁移扩散的模型,预测其在地下水中的时空迁移扩散规律,并在此基础上,通过优化抽/注水井,建立有效的水力截获带对地下水污染进行修复。结果表明:六抽一注井群系统,单井抽水量为350m3/d时的修复效果最佳;水力截获技术可以直接将受污染水体抽除,将污染羽控制在拟建工程内部,以达到有效保护周围地下水环境的目的。     

完整井抽降水引起的侧向有界越流承压含水层变形解析研究

考虑含水层在侧向有限延伸(有界),即在距离抽水井r=R(R称为有界半径)处存在补给源(如回灌源)使得地下水水位在该处没有变化或不受抽水的影响,进而基于完整井抽水的特点,在平面应力假定的基础上,从Biot固结方程出发,应用Laplace变换得到了非稳定流完整井抽水作用下,侧向有界越流承压含水层的竖向位移和径向位移的解析解,并重点分析了不同侧向边界对完整井抽降承压水引起的含水层变形的影响。结果表明:侧向有界承压含水层的竖向变形要小于侧向无界承压含水层,而侧向有界承压含水层的径向变形大于侧向无界承压含水层;随着有界半径R的增大,侧向有界承压含水层的竖向变形和径向变形越接近于侧向无界承压含水层,抽水影响的范围也随之越大,且侧向有界承压含水层的最大径向变形的位置也越远离抽水井。该理论可为基坑承压水控制提供依据。     

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.     

循环井水力激发下苯胺的多相分配规律研究

利用二维砂箱模拟实验探究循环井水力激发下苯胺污染的迁移转化规律,揭示修复过程中苯胺的固-液多相分配机制.研究结果表明：在启动循环井修复后,形成了以循环井为中心的锥形修复区域.液相苯胺在影响区域内的浓度变化符合指数衰减规律.在循环井的水力激发作用下,固-液两相的苯胺修复并不同步,96 h内液相苯胺的去除率达97%以上,而相同时间内固相苯胺的修复效率仅为9.35%.不同的水力激发强度与含水层地下水流速均对修复效果及相间分配规律具有影响,较高的抽注水流量可以加快苯胺由固相到液相的解吸,有利于固-液两相苯胺的修复,但只有抽注水流量增加至0.454 mL·s^-1时,固相中的苯胺解吸速率才明显加快.一定范围内的地下水流速增加能够有效增强苯胺由固相到液相的解吸,增强修复效果.但地下水流速超过0.111 m·d^-1时,部分苯胺会在地下水流的作用下脱离循环井的捕获,导致修复效果下降.     

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。     

滨海地带地下水面与咸淡水界面伴随潮汐变化规律的研究(Ⅱ)数值仿真模拟的咸淡水界面伴随着潮汐波动的变化规律

采用二维数值仿真的手法,系统的探讨了存在于非平坦的不透水层上的海岸带含水层的天然地下水面、咸淡水界面伴随着潮汐波动而变化的规律.即伴随着潮汐的波动,天然地下水面和咸淡水界面振动的振幅及其之间的相位差的大小不但与不透水层的形状有关,而且还与天然地下水面的水力坡度、含水层的渗透系数及不透水层形状变动的幅度有关.     

滨海地带地下水面与咸淡水界面伴随潮汐变化规律的研究（Ⅱ）数值仿真模拟的成淡水界面伴随着潮汐波动的变化规律

采用二维数值仿真的手法,系统的探讨了存在于非平坦的不透水层上的海岸带含水层的天然地下水面、咸淡水界面伴随着潮汐波动而变化的规律。即伴随着潮汐的波动,天然地下水面和咸淡水界面振动的振幅及其之间的相位差的大小不但与不透水层的形状有关,而且还与天然地下水面的水力坡度、含水层的渗透系数及不透水层形状变动的幅度有关。     

基于Mapgis和AHP的DRASTIC模型在黄山市中心城区地下水防污性能评价中的应用

随着工业化和城市化进程的加快,黄山市中心城区浅层地下水多数受到了不同程度的污染。本文选取了地下水位埋深、净补给量、含水层渗透系数、地形坡度、含水层介质、土壤介质及非饱和带介质7个指标,用层次分析法确定权重,建立了黄山市中心城区地下水易污性评价DRASTIC指标体系。借助于Mapgis技术的空间分析及制图功能,对该地区浅层地下水防污性能进行了评价和分区。评价结果与实测区域地下水质量较好的吻合,说明基于DRASTIC模型的浅层地下水防污性能相关成果在一定程度上可为该地区政府管理部门制定城市规划、工业布局和地下水资源保护提供决策参考。     

基于过程模拟的地下水污染风险评价方法研究

通过对简易垃圾填埋场污染地下水过程的系统分析,提出了以抽水井作为保护目标进行地下水污染风险评价的方法,确定了地下水污染风险评价因子,建立了基于过程模拟的污染物迁移转化数学模型.以特征污染物Cl-的污染范围和程度划分了风险等级.利用构建的地下水污染风险评价方法,以我国北方某简易垃圾填埋场作为案例进行了地下水污染风险评价.结果表明,污染源与污染物迁移转化的共同作用决定了地下水污染范围和风险等级.地下水污染风险评价方法的建立为开展简易垃圾填埋场地下水污染有效监管提供了一种方法.     

污染场地地下水中砷的运移模拟研究

为研究污染场地地下水中砷(As)的运移规律,选取我国西南某机械制造厂污染场地为研究区,根据场地调查和污染物检测结果,利用GMS软件建立了地下水流和溶质运移模型,分析了不确定性因素补给量、含水层渗透系数和抽水量对污染场地地下水中砷运移的影响.结果表明:污染场地中部地下水中砷污染羽呈辐射状递减分布;砷的运移分布范围与补给量...     

焦化厂土壤和地下水中PAHs分布特征及其污染过程

以煤炭为原料的焦化厂是环境中PAHs的主要人为污染源. 针对US EPA(美国国家环境保护局)优先控制的16种PAHs,对苏南某生产历史长达16 a、面积为44.58×104 m2的焦化厂土壤样品中的w(PAHs)以及地下水样品中的ρ(PAHs)进行了分析,并采用统计学方法对PAHs的分布规律进行了研究. 结果表明:表层土壤中除二苯并[a,h]蒽外,其他15种PAHs均被检出;w(2~3环PAHs)平均值占w(∑PAHs)平均值的92.6%,明显高于w(4~6环PAHs). 地下水中只检出强亲水性的萘、二氢苊、苊、芴、菲、蒽等6种低环PAHs,但未迁移至厂外. 厂区内土壤和地下水中PAHs污染均具有典型的区域分布特征,并且均为化厂车间最严重. 土壤防污性能的差异使PAHs在3.0 m黏土层〔K_y(垂向渗透系数)=1.28×10-8 cm/s〕中富集. 高环PAHs主要与有机质结合以固相迁移,因w(TOC)随深度增加而下降,部分高w(高环PAHs)点位土壤有机质吸附过饱和,未被吸附的高环PAHs向深层迁移至5.0 m含水层顶板,但因强疏水性未进入7.0 m含水层. 强亲水性低环PAHs以溶解态迁移进入含水层,但因地下水流动缓慢(流速为3.71×10-6 cm/s),PAHs污染区仅集中在化厂车间及其附近区域.      

多层次地质结构场地地下水防污性能实例介绍

基于钻探资料,场地地质结构自上而下依次为土层、白云岩、泥岩、白云岩、泥岩、泥质白云岩,渗透系数测定结果显示:第四系黏土层、白云岩、泥岩、泥质白云岩渗透系数数量级分别为10-6、10-2~10-3、10-6~10-7、10-4~10-5cm/s。其中第四系黏土层和泥岩隔水性能良好,钻探资料显示:第四系黏土层和下伏第一层泥岩局部缺失,不具有隔水效果;第二层泥岩连续分布,且最小厚度大于1 m,渗透系数数量级在5.73×10-7~1.98×10-6cm/s,构成天然防渗层。利用解析法对这种"孤岛式"多层次地质结构场地污染物垂向渗入地下水水位以下的时间和渗透比例进行了计算分析,作为一种定量的计算结果,在场地地下水防污性能评价中具有指示意义。评价结果显示:污染物垂向渗透时间最小为3 086 d,渗透比例为0.37%,显示地下水防污性能极强。考虑到西南岩溶地区地下水入渗的特点,这种"孤岛式"多层次地质结构可作为一种保护地下水资源的模式,在以后工程建设选址中推广。     

基于改进DRASTIC模型的平原河网地区地下水脆弱性评价

DRASTIC模型易使用,在国内外地下水脆弱性评价方面得到广泛应用,但平原河网地区地势平坦、地下水埋深浅,DRASTIC模型需根据其特征进行改进,目前应用尚不多见。该研究结合平原河网地区水文地质特征,选取地下水埋深、净补给量、含水层厚度、水力阻力及含水层渗透系数5个指标改进DRASTIC模型,基于GIS软件构建平原河网地区地下水脆弱性评价DRAHC模型,并以上海市为例,进行实例计算与评价。结果表明上海市地下水脆弱性总体较高,"较高"和"高"占全市总面积45.27%,"中等"占33.08%,"低"和"较低"占21.65%。各指标的单参数敏感度分析和地图移除敏感度分析结果显示,有效权重与理论权重大小排序基本一致,每个指标去除均对地下水脆弱性评价结果产生较大影响,说明DRAHC模型在平原河网地区应用的合理性。该研究结果能够为上海市地下水资源管理提供依据,为类似区域地下水脆弱性评价提供参考。