低渗透潜水含水层抽水试验装置及其应用研究

渗透系数是衡量含水层出水能力及防污性能的一个重要的水文地质参数,常通过抽水试验获取,但对于低渗透性介质,由于其富水性差、出水量小,采用常规抽水试验会出现"一抽就干"的现象,无法获取计算渗透系数所需的参数。本文设计了一种由手动压力泵、缓冲瓶、容量瓶、电子天平、导管和出水管组成的抽水试验装置系统,该系统通过压力平衡原理维持恒定小流量抽水,抽水时含水层不易疏干,能够获得计算渗透系数所需的水位降深等系列参数值,并结合单孔非完整井稳定流公式,采用VB语言编写迭代计算程序,可快速计算出低渗透潜水含水层的渗透系数。最后通过实例,介绍了该装置的具体运用及其数据整理、参数计算过程,从而验证了该抽水试验装置在低渗透潜水含水层中的适用性。     

含水层介质中细菌的动力学属性及污染物生物降解数学模型

根据含裂隙含水层介质特点及污染物、细菌在含水层中的输运转化特点，利用二重孔隙介质假设，提出了多种情况下污染物、细菌在含水层中的相互作用模型，并对部分模型进行了检验．结果表明，模型的模拟值与实测值有较好的一致性     

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.     

含水层压缩空气储能过程中储层渗流特性及地球化学过程研究进展

含水层压缩空气储能(compressed air energy storage in aquifer, CAESA)是实现“双碳”目标的重要途径,储层中的渗流条件及地球化学过程是其能否规模化应用的先决条件. 本文在文献计量学分析基础上,系统归纳技术发展历程及场地探索案例,全面整理CAESA过程中储层渗流条件的前期研究,以地球化学过程为关注重点总结储层渗流条件的变化特征,提出相应的研究展望. 结果表明:①渗透率、孔隙度通过影响储存气囊压力的稳定性进而决定系统性能,其中渗透率存在适宜区间,渗透率较低将限制气体循环,渗透率较高则不利于维持气囊压力. ②应力变化及地球化学过程均会引起储层渗流条件的变化,地球化学过程影响途径主要包括原生矿物溶解、次生矿物沉淀及氧化反应,CO₂组分参与的水-岩反应对储层具有重要影响. 为实现对于储层渗流特性的认识突破,未来应以储层渗流条件、压缩空气储存机制为研究重点,充分结合试验、数值模拟等技术手段,进一步关注储能模式下储层渗流条件变化及非均质性影响,加强针对压缩空气在储层中的动力学、热力学行为研究,明晰地球化学过程对储层条件的关键影响,从储层角度论证大规模储能应用的高效可行.      

纳米乳化油修复地下水硝酸盐过程中产气及微生物增殖代谢对多孔介质堵塞的模拟评估

为有效评估纳米乳化油原位处理地下水硝酸盐过程中,产气及微生物增殖代谢对含水层多孔介质的堵塞作用,以纳米乳化油为碳源,采用市售反硝化菌剂接种微生物进行硝酸盐降解批实验研究,探讨产气及微生物增殖代谢的动态变化及特征,并基于Kozeny-Carman(K-C)方程、Clement、Pham及Kozeny Grain(KG)模型,对假定含水层一维流模拟柱,预估产气及微生物增殖代谢造成的渗透性损失,识别堵塞过程及主导因素.结果显示,反硝化菌降解效果良好,硝氮总去除率达90.23%.CO_2及N_2为主要产气成分,降解1 mg硝氮对应的平均CO_2产气量为0.71 mL,平均N_2产气量为0.14 mL;微生物代谢产物胞外聚合物以蛋白质及多糖为主,降解1 mg硝氮平均蛋白产量为0.64 mg,平均多糖产量为0.16 mg.在含水层不与外界交换气体的假设前提下,K-C方程预测显示产气可在2个周期内造成渗透性完全损失,Clement、Pham及KG模型评估的微生物增殖代谢造成中、细砂渗透性损失分别为10.87%～31.10%、12.77%～48.32%,分析认为初期细胞生物量是导致渗透性骤降的关键因素,后期为细胞生物量和胞外聚合物共同作用.此外,封闭体系中产气是堵塞的主导因素,随着含水层开启程度增加,产气的贡献占比会下降,微生物的贡献占比提高.因此,对于相对封闭的含水层系统,探索增强其开放状况是缓解堵塞的有效途径之一.     

海口市地下水含水层结构三维可视化建模初探

本文在对海口市水文地质条件及钻孔资料分析的基础上,对各钻孔柱状图进行了研究,重新统一了岩性和含水层划分的标准,绘制了反映各含水层空间结构的等值线图,并结合研究区的边界条件、地表地形参数等,在GMS软件平台上实现了海口市地下水系统结构的三维可视化,形象直观地再现了含水系统的空间结构及其空间变化规律,可为海口市地下水资源的管理和利用提供依据。     

海水入侵过程中水-岩相互作用的土柱试验研究

利用青岛市大沽河下游海水入侵区的砂样、海水、地下水进行土柱试验,模拟海水入侵过程中可能发生的水文地球化学作用.结果表明,海水入侵过程中在混合作用的基础上,阳离子交换吸附作用是主要的,该作用通常发生在地下水与牯粒之间,尽管试验中所取砂样的粘粒含量很少(2.99%),但是现象非常明显,Na 与Ca 、Mg2 发生逆向交换;Mg2 与Na 交换平衡后,又与Ca2 发生交换吸附;而K 与Ca2 仅发生了少量的交换吸附作用.同时海水占地下水比例40%左右,地下水中开始出现方解石和白云石沉淀;海侵过程中石膏始终是溶解的.以上研究有助于推动海水入侵、海退机理的研究,为海水入侵预测、定量评价与防治提供科学依据.     

垃圾渗滤液污染地下环境物质变化对污染缓冲的影响

通过砂柱模拟实验研究垃圾渗滤液污染地下环境中氧化还原环境和主要组成物质的变化对沉积物的pH缓冲能力和氧化还原能力的影响及其相互关系.结果表明,氧化还原环境的变化对地下环境沉积物的pH缓冲和氧化还原缓冲能力有重要影响,产甲烷带/硫酸盐还原带(MGZ/SRZ)、铁还原带(IRZ)、硝酸盐还原带(NRZ)和氧还原带(ORZ)沉积物的pH缓冲容量相对于本底值分别增加了12.4%、 10.8%、 19.8%和11.1%;pH缓冲和氧化还原缓冲之间相互影响、相互促进,它们直接影响着地下环境中污染物的自然衰减作用;沉积物中的铁氧化物、有机质、SO_4~(2-)和NH_4~+-N等的含量对pH缓冲能力和氧化还原缓冲能力均有不同的影响,整个体系的污染缓冲能力是各组分的综合作用结果.     

人工地下水回灌过程中溶解性有机物的去除及变化

在实验室通过模拟土壤柱研究了人工地下水回灌过程中溶解性有机物的去除及其三卤甲烷生成势和三卤甲烷生成活性的变化.利用XAD树脂将回灌水中的溶解性有机物分为3个部分：疏水性有机酸、过渡亲水性有机酸和亲水性有机物.疏水性有机酸的三卤甲烷生成活性高于过渡亲水性有机酸和亲水性有机物.土壤含水层处理（SAT）对亲水性有机物的去除率为68.51%,对疏水性有机酸和过渡亲水性有机酸的去除率分别为58.64%和41.86%.经SAT系统处理后,溶解性有机物及各有机组分的三卤甲烷生成势减少,而三卤甲烷生成活性升高.疏水性有机酸是生成三卤甲烷的主要有机组分.亲水性有机物在SAT系统进水中的三卤甲烷生成活性较低,但由于含量高,三卤甲烷生成势也较大.而过渡亲水性有机酸由于含量和三卤甲烷生成活性较低,三卤甲烷生成势也较低.     

地下储能系统的研究与应用

根据建设项目供暖、制冷规模下的地下储能中央空调系统取水方案,在取用水合理性分析的基础上,查明区域水文地质条件、含水层特征、地下水补给、径流、排泄条件;实现水资源-经济-社会相协调、可持续发展,为水资源主管部门、用水单位决策提供科学依据.