基于弱透水层影响的越流含水层系统溶质运移模型研究综述

越流含水层系统由于分布广泛、开发潜力大等特点而被大量开发利用,针对其溶质运移模型的研究具有重要的理论价值和现实意义。越流含水层系统溶质运移模型经历了纯对流模型、对流弥散模型和考虑水-岩相互作用的对流弥散模型的发展历程,近年来由黏土构成的弱透水层中的溶质运移问题受到持续关注,建立考虑弱透水层影响的越流含水层系统溶质运移模型成为溶质运移领域的研究热点。对目前基于弱透水层影响的越流含水层系统溶质运移模型方面的研究进行了综述,重点分析了弱透水层中的弥散作用、水-岩相互作用、固结作用、非达西渗流等对越流含水层系统溶质运移的影响,并指出弱透水层中溶质运移规律定量描述、非达西渗流与溶质运移模型的耦合、水动力弥散系数的测定及其尺度效应等方面的研究还需要进一步加强,是未来该领域的重要研究方向。     

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.     

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。     

寒武系中上统地层工业场址地下水污染研究

通常情况下在碳酸盐岩分布的地区,由于地下岩溶管道的发育,地下水主要赋存在大尺度的管道和裂隙中。地下水的流速和流向在空间上具有很大的差异性。以上问题造成在碳酸盐岩地区难以对地下水的流动和溶质运移问题进行数值模拟评价。但在实际工作中发现,某些白云岩裂隙水中地下水的运动符合孔隙水中的运动规律,溶质的运移符合弥散理论的基础条件。以松桃县某工业场地为例,研究该白云岩地层中地下水水质弥散参数的获取和参数特征,并以此为基础建立数值模型对污染情况进行模拟,采用现场试验对数值模型进行验证。数值模型采用Visual MODFLOW计算机辅助软件建立。通过验证表明,以泥质白云岩为主的碳酸盐岩地区的地下水流动及溶质运移适用于数值法进行模拟。     

土壤优先流的理论研究和试验分析

在活动流场模型的基础上建立了新的溶质运移控制方程,研究了流场分形特征参数的计算方法;采用4组染色示踪试验资料,分析了活动流场模型模拟土壤水流运动和溶质运移宏观非均匀特征的适用性.模拟分析表明,活动流场模型能较准确地捕捉到土壤中的优先流特别是不稳定流的宏观运动特征;土壤存在大孔隙结构的情况下,水流和溶质将更快的迁移到深层土壤,活动流场模型模拟计算的入渗深度偏小,但大于连续性模型的模拟计算结果;当土壤中的大孔隙结构较少时,活动流场模型模拟预测的土壤含水率分布和溶质浓度分布与实测结果比较一致.     

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...     

黏土介质地下水非达西渗流的研究进展

Darcy定律自从诞生以来已经被广泛地运用于多项工程技术领域。然而,越来越多的研究表明黏土介质地下水中存在着非达西渗流现象,而且这种现象不可忽略。本文综述了近几十年来黏土介质地下水非达西渗流的研究进展,重点概述了黏土介质地下水非达西渗流的存在性、非达西渗流的本构方程、非达西渗流的产生机理以及非达西渗流临界点转化判据等方面的研究成果,并对黏土介质地下水非达西渗流研究存在的问题进行了讨论,对今后的前沿研究方向进行了展望。     

NH_4~+在孔隙型地热水中的运移机制研究

以河南省新近系明化镇组热储层细砂为多孔介质,在水温40℃条件下,分别以Br-、NH4+为示踪剂开展室内土柱实验并采用CXTFIT2.1软件进行数据拟合研究其运移机制。首先通过Br-的穿透实验确定了土柱的运移参数,然后讨论了NH4+的运移机制。研究结果表明:填充土柱的弥散度为0.492 cm,较高的弥散度值与40℃的水温及填充土柱在一定程度上的非均质性有关。实测的NH4+的穿透曲线能和双点位吸附溶质运移模型预测结果较好地吻合。岩土对氨氮的阻滞系数较大为72.5,并且溶质的吸附存在速率限制步骤,这主要是因为低的达西流速及岩样中含有阳离子交换量极高的蒙脱石粘土矿物成分。     

北京地区地下水盐分迁移变化规律研究

北京地区地下水中盐分为研究对象,在资料收集、野外调查、样品采集及测试分析的基础上,结合区域地质、水文地质等特点,分析研究区内地下水盐分的分布特征,对盐分形成的影响因素进行统计和相关性分析,并利用Visual MODFLOW软件建立地下水量、水质模型,对地下水流场、溶质运移模型进行率定,并模拟地下水污染物运移,得出地下水中盐分迁移变化规律。根据盐分迁移变化机理及模型预测结果提出该地区的污染防治方案,为该地区地下水盐分污染防治提供一定的理论基础。     

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.     

绿洲土地利用影响下地下水矿化度时空变化模拟模型的构建

绿洲土地利用会影响地下水位和地下水矿化度在时间和空间上变化,而这种变化反过来又会影响到土地利用。为了更好地了解二者的互动作用,论文以民勤绿洲为例建立了模拟绿洲土地利用影响下地下水矿化度时空变化的模型。文中选用二维地下潜水流模型描述绿洲平原区潜水-微承压水系统的地下水流,选用对流－弥散方程描述地下水溶质运移,用计算地下水流的FEFLOW软件求解,把土地利用的影响作为模型源汇项处理,以GIS处理区域土地利用的空间数据。在缺乏连续的矿化度观测值的情况下,通过把模拟的区域矿化度变幅分布图与已有文献报道1979~1990的地下水矿化度变幅分布图对比分析来调整参数,直到使二者基本符合即认为参数满足要求。经过初步验证,此种方法建立的模型能很好地模拟绿洲土地利用对地下水矿化度时空变化的影响。     

某化工厂场地地下水溶质运移模拟研究

采用Visual Modflow软件建立地下水系统模型,预测某化工厂地下水流场的变化。在此基础上,利用Visual Modflow中MT3DMS模块,以Cu2+为溶质进行污染物运移模拟,预测地下水中污染物的分布情况。结果表明:研究区内污水处理站在非连续型面源污染和非连续型点源污染2种不同情境下,Cu2+污染对地下水环境影响有明显差异,其中非连续点源污染对地下水水质影响较大,浓度分布高于非连续面源污染;非连续面源污染羽的面积远远大于非连续点源污染,其中水平向污染距离达到67 m,垂向上的达到2.8 m。     

大唐延安发电厂地下水环境影响预测与评价

大唐延安发电厂在运行过程中可能对地下水环境产生影响,针对该问题建立了地下水流和溶质运移的水文地质概念模型、数学模型和数值模型,设置了3种预测情景并给出了泄漏量的计算方法,最终对高锰酸盐指数、Cl~-和F~-的运移情况进行了预测与评价。结果表明:3种特征污染因子在一定范围、一定时期内均有超标现象,但超标范围小且均未影响到保护目标,随着防渗破损处得到修复,地下水污染情况受到良好控制,因此对地下水环境影响不大。     

土壤污染物溶质运移模型研究进展

土壤中污染物溶质的运移已经成为了近年来研究的热点。本文回顾了关于土壤中溶质运移模型的研究成果,讨论了各个模型的优势及其不足之处,介绍了应用最为广泛的传统微分方程模型。对应用于非均匀介质中的随机运移模型进行了描述,并将其和传统微分方程模型进行了比较。介绍了可动-不可动水体模型并讨论了其相关参数的影响因素。列举了几种和其他学科或研究方向结合的溶质运移模型。最后提出了今后模型开发的发展方向。     

基于GMS的再生金属项目地下水环境影响预测

为研究某新建含锌电炉粉尘的处理项目对地下水的环境影响,基于GMS软件构建了评价区地下水流模型和溶质运移模型,并利用此模型对水淬池发生泄漏情况下地下水中Pb和Cl污染情景进行了模拟与预测.结果表明:在事故工况下,Pb最大浓度出现在90d,30年后Pb的污染晕前锋迁移约147m,可能会对厂区及厂界外地下水造成污染;Cl的污...     

土壤和地下水耦合数值模拟研究进展

土壤和地下水在水分运移、污染物迁移转化等方面高度相关,基于数值模拟预测土壤和地下水耦合污染趋势可以为土壤与地下水污染协同防治工作提供定量化技术支撑。文章综述了土壤和地下水数值模拟方法,总结了土壤和地下水中水流和溶质运移的耦合数值模拟研究进展,并对耦合数值模拟研究的未来发展趋势进行了展望。     

利用截留数定量表征流速变化时DANPL驱替运移行为

SEAR(Surfactant-enhanced aquifer remediation)技术被用于修复DANPL,其修复机制分为增溶作用和驱替作用,其中驱替作用对于DNAPL的修复更为有效.多孔介质中DNAPL的驱替运移过程中,定量评价DNAPL的修复行为极为重要.本文利用多相流数值模型UTCHEM探究了流速对DNAPL驱替运移行为的影响.通过截留数定量评价流速变化时DNAPL的驱替行为,结果表明流速变化时,截留数能较准确描述驱替运移行为及流速变化时DNAPL的驱替效率.以截留数的两个分量毛管数和邦德数的比值定义的角度τ能够较准确预测不同流速条件下驱替作用过程中残留DNAPL的运移路径.     

二维砂箱溶质示踪实验的图像分析法

有色示踪剂在砂箱溶质运移实验中有着广泛的应用,因此,本文介绍了一种通过对数字图像进行分析以确定多孔介质中有色示踪剂浓度分布的方法.在实验过程中,通过建立有色示踪剂浓度与图像颜色要素之间的定量关系,从而能够利用数字图像迅速确定某一时刻砂箱内部的示踪剂浓度分布.结果发现,与传统定点采样方法相比,图像分析法可以达到更高的空间和时间分辨率,从而观察到有可能被忽视的重要溶质运移过程,能够为地下水溶质运移实验研究提供了一种经济实用和高空间分辨率的数据采集手段.但由于色彩空间变化范围的限制,图像分析法只能在一定溶质浓度范围内适用.     

基于TOUGH2/EOS9nT模拟饱和双区介质砂柱中纳米颗粒的运移

随着纳米材料的大量生产和广泛应用,纳米颗粒不可避免地进入环境中,对地下水系统和人体健康产生潜在影响,研究纳米颗粒在地下水中的迁移规律具有重要意义.采用TOUGH2/EOS9nT模块,基于多重相互作用连续体(MINC)概念和胶体过滤理论,数值分析示踪剂KNO_3和纳米氧化石墨烯在一维非均质砂柱中的运移.研究结果表明:1MINC方法能够有效模拟双重非均质介质,非均质介质渗透系数的差异是造成出流穿透曲线双峰和拖尾特征的主要原因之一;随溶液离子强度增大,纳米氧化石墨烯在饱和非均质介质中的迁移能力下降;基于EOS9nT模块中的线性平衡过滤模型可有效模拟低离子强度下双重非均质介质中纳米颗粒运移,但即使采用动态过滤模型仍无法精确模拟高离子强度下纳米颗粒的运移;2通过双渗模型中渗透率的敏感性分析发现:随渗透率比值增大,裂隙区穿透曲线峰值提前,基质区曲线峰值推后,穿透曲线双峰现象更明显;3比较三重介质和双重介质,发现总穿透曲线受三重区域各自曲线叠加时刻影响,也表现出峰值/拖尾的增强或削弱,在合适的渗透率比值下,可能出现三个峰值和拖尾.     

初始含水量对黄河口潮滩溶质优先运移的影响研究

陆源污染物在潮滩沉积物中的迁移吸附对海洋生态环境有重要影响.选取非吸附性溶质NO3-和吸附性溶质H2PO4-作为示踪剂,通过室内土柱实验研究三种初始含水最对黄河口沉积物中非吸附性溶质和吸附性溶质优先运移的影响.结果表明,干土条件使得大孔隙对水流和溶质运移的贡献更大,初始穿透更早,相对浓度峰值更大,回收率更高;随着黄河口...