地下水曝气修复过程的三维数值模拟

地下水曝气法是去除挥发性有机污染物的重要原位修复方法之一,目前已得到广泛应用,但其现场设计主要依据经验,缺乏系统的设计标准.为深入了解曝气去除污染物过程,并为现场设计提供重要参考依据,针对地下水曝气过程开展了数值模拟研究.水气两相渗流数值模型以水压力和气压力作为基本未知量,利用达西定律和质量守恒原理可以建立水气两相渗流过程的控制方程.利用Van Genuchten(VG)模型及Mualem公式,建立渗透系数-饱和度-基质吸力(K-S-P)三者之间的关系.污染物的去除过程则是在水气两相渗流的基础上,引入污染物的溶质运移、相间交换及生物降解模型.采用开发的有限元数值模型,对地下水曝气过程及污染物去除过程进行三维数值模拟,并将三维数值模拟的结果与二维数值模拟的结果进行对比.结果表明,三维模型的曝气影响区域偏小,在曝气口附近,水有效饱和度最小;在曝气口上方,水饱和度先增大后减小.考虑气体所受的浮力作用或不考虑气体可压缩性均会使计算得到的曝气影响区域偏小.污染物去除边界与曝气影响区域的边界基本一致,在曝气区域内,溶质交换过程大大促进了污染物的去除速率;在曝气区域外,污染物的去除主要通过生物降解作用,去除较慢.结果表明实际工程地下水曝气修复系统设计时,应使得曝气影响区域覆盖污染区域以得到较好的修复效果.研究结果表明,两相渗流模型结合污染物迁移转化模型的三维有限元数值模拟可以较好地模拟地下水曝气法去除污染物的全过程,对地下水曝气的设计、应用与效果评价具有重要指导意义.     

三江平原典型灌区井灌地下水中铁的随水迁移特征

以三江平原典型水稻灌区———黑龙江省农垦总局建三江分局为例,系统调查了该区地下水的铁含量特征,并具体分析了铁通过井灌从地下水进入晒水池、稻田,再通过排水进入多等级沟渠系统的季节迁移过程及铁在相应沉积物或土壤中的分布特征.结果表明,研究区地下水总铁质量浓度为(1.73±0.41)mg.L-1,最大值为11.4 mg.L-1,最小值0.01 mg.L-1,变异系数1.29%.根据2010年水稻种植面积和当地实行的每亩额定灌水量推算,从地下进入稻田和其它地表水体中的铁可达4 976.40 t.溶解性Fe2+、溶解性Fe3+、溶解性铁和总铁都具有明显的季节变化(6、7月较高),且沿水流方向以稻田积水中的含量较高.晒水池和稻田对地下水铁的富集效应明显,二者的总铁质量浓度分别达到地下水的6.17和21.65倍.晒水池沉积物的总铁含量显著高于稻田、农渠和干渠(浓江河).不同氧化铁形态中,仍以晒水池沉积物中各形态铁氧化物的含量较高,而稻田土壤、农渠和干渠沉积物之间没有显著性差异.三江平原典型灌区地下水中的铁通过井灌进入地表水体中,大部分被蓄积在晒水池和稻田中,仅有少部分随稻田退水进入沟渠网,并逐级沉淀在稻田和沟渠沉积物中.铁在随水迁移过程中除了总量变化外,还伴随着种类和形态的转化,这些变化直接受水稻灌溉管理方式的影响,具有明显的季节特征.长期井灌或将导致铁在稻田土壤和沟渠沉积物中的富集,具有潜在的污染风险.     

鄱阳湖流域分布式水文模型的多目标参数率定

以鄱阳湖流域为研究区,构建其分布式水文模型WATLAC。以鄱阳湖流域6个水文站点2000～2005年河道径流量及地下水基流指数为多目标函数来优化耦合模型,采用PEST进行WATLAC模型参数自动率定。结果表明：6个水文站点拟合的纳希效率系数变化范围为071～084,确定性系数介于070～088,取得较好的模拟效果。基于遥感反演的实际蒸散发结果进一步验证模型,模拟值和遥感反演值在时间和空间上的变化趋势呈现较好一致性。基于地下水位及流场特征模拟效果的定性评价,表明地下水位模拟空间趋势性较好,水位与地面高程的空间变化一致,地下水主要以下游平原区和河道为主要排泄区,符合大尺度流域地下水流运动基本规律和评估结果。所提出的多目标率定方法及率定技术应用于大尺度鄱阳湖流域,也为其它水文模型在相似区域的连续模拟及参数率定方面提供借鉴。〖HJ1〗〖HJ〗     

山东单县浅层高氟高碘地下水的水化学特征及成因分析

氟和碘作为人体必需的微量元素,过少或过多摄入都会影响人身健康,相较于缺氟、缺碘,高氟高碘地下水对人体的危害更加难以控制。该研究选择单县作为典型的水源型高氟高碘地区,通过对浅层高氟高碘地下水进行采样测试,采用箱线图、Piper图及双变量相关性分析等多元统计技术剖析了该区域浅层地下水的水环境特征;采用R型因子分析揭示了水化学成分之间的相互关系,探讨了该区浅层高氟高碘地下水的成因。结果表明:①单县浅层地下水中的氟化物和碘化物的质量浓度均值分别为1.2 mg/L和391 μg/L。②随着氟化物浓度的增加,水化学类型偏向于向HCO₃-Na型和HCO₃-Na·Mg型集中,而随着碘化物浓度的增加,水化学类型则倾向于以HCO₃-Na·Mg为主。③该区域强烈的蒸发浓缩作用是控制单县浅层地下水化学成分的最重要因子;萤石平衡控制作用是控制单县浅层地下水高氟背景的因子;水-有机沉积物相互作用是控制单县浅层地下水高碘背景的因子。     

广东省地下水环境监测井现状及管理对策

在广东省范围内开展了地下水环境监测井资料收集和现场排查,统计可用监测井3 620个,分析监测井的数量、分布、功能和监测情况。结果表明,尚存在环评井建设与监测任务落实不到位、地下水环境监测井管理体制不够健全、监测井信息化管理水平低、监测网络布局不完善等问题。结合地下水污染防治管理需求,针对性提出了完善监测井管理法规标准体系、加强地下水环境监测井建设与维护、推进监测井信息化建设与数据共享、完善地下水环境监测网络等对策。     

地下水环境监测井评估体系构建研究

为科学开展监测井评估,选择井口保护装置/井口状况、井管内径、上部井管保存状态、是否串层、井结构保存状态、井的连通性6个指标,建立监测井维护评估和监测井功能评估方法,构建地下水环境监测井评估体系。监测井维护评估最终的评估结果分为无需修复、修复和报废,用于指导地下水环境监测井维护管理,使之满足长期监测要求;监测井功能评估最终的评估结果分为监测功能良好、监测功能一般和不具有监测功能,用于判定监测井的监测功能状况,是否可以执行当前监测任务。研究可为健全地下水环境监测网络,规范开展地下水环境监测提供技术支撑。     

纳滤浓水凝胶调剖体系可行性实验

针对姬塬油田采用纳滤膜分离技术去除注入水中硫酸根离子,防止或延缓注水造成地层结垢堵塞时产生15%的高浓度硫酸根离子的盐水,提出利用抗盐聚合物与高浓度硫酸根离子盐水配制凝胶调剖剂实现浓水回收再利用。通过对现有三类抗盐聚合物四种产品进行室内实验研究,分别考察聚合物高浓度硫酸根离子的盐水溶解性、凝胶成胶强度及岩心封堵分流性能评价。结果表明疏水缔合聚合物(T8~#)满足高浓盐水配制凝胶调剖的要求。     

基于GMS模拟预测南宁市某拟建饲料添加剂项目对地下水环境的影响

利用水文地质测绘、钻探及地下水的监测等手段查明了项目所在地的水文地质单元的范围及其水文地质条件,并利用钻孔注水试验得到了相关含水层的渗透系数,在此基础上运用GMS对地下水的流场及溶质运移进行数值模拟。模拟结果显示:当项目遇到突发污水渗漏事故后,地下含水层将受到SO_4~(2-)、Mg~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)等组分的严重污染,含水层的净化主要靠地下水的稀释作用,其净化过程将十分的漫长。因泄露而进入含水层的污染物将随着地下水的流动缓慢地向东南方向迁移和扩散,最终进入甘棠河。不过,由于污染物的入江过程十分缓慢,在江水长时间的稀释作用下,不会引起甘棠河水的污染。     

苏州地区地下水资源城市应急利用适宜性研究

随着太湖水体富营养化程度的不断加剧,建立安全、稳定、可靠的应急备用水源日益重要。利用2005~2009年苏州地区地下水水质连续监测和补充监测资料,对第Ⅱ承压含水层进行了应急利用(生活饮用和工业利用)的水质适宜性和安全性评价分析。研究结果表明:第Ⅱ承含水层主要水化学类型为Na-HCO3、Ca-HCO3和Na-CaHCO3型,水质总体稳定,年际差异很小;地下水水质指数(WQI)均值较低(位于49.98~68.75之间),地下水没有受到有机物污染,可作为应急利用水源;WQI的水质指标贡献率表明,As、Fe、pH和Mn指标的贡献率最大,局部区域As、Fe、Mn及氨氮和亚硝酸盐含量较高,应急利用时应进行处理。朗格里尔饱和指数(LSI)和拉森比(LnR)评价结果表明,该水源易结垢,具有轻微腐蚀倾向,作为工业备用水源时应进行适当的处理。为苏州地区地下水应急水源建设和安全利用提供了科学依据和参考。