渗透率空间变异性对重非水相流体运移的影响

中针对多孔介质中水、气和非水相流体的多相流运移特点,建立了由包气带至饱和带的 NAPLs- 水 - 气三相流模 型。用 Karhunen-Loeve 展开方法构建 4 个空间变异性不同的渗透率随机场。在此基础上,分别模拟 4 种情景重非水相流体 (DNAPLs)的泄漏运移过程。通过分析 DNAPLs 饱和度的空间分布以及其空间矩随时间的变化来探讨渗透率空间变异性对 DNAPLs 运移的影响。结果显示,随着渗透率空间变异性的增强,DNAPLs 饱和度的空间变异性增大。渗透率场中的优势通 道对 DNAPLs 运移有着显著影响,直接决定 DNAPLs 的运移路径和饱和度分布。渗透率场的各向异性降低了 DNAPLs 在垂向 上的运移速度,影响污染羽的形态。     

非均质裂隙介质中重非水相流体运移

由于裂隙介质具有强烈非均质性,使得重非水相流体(DNAPLs)在裂隙介质中的运移行为较孔隙介质更为复杂.基于指示模拟算法模拟裂隙介质的二元变量(粗糙面接触和裂隙开口),综合模拟退火算法构建裂隙渗透率随机场.采用T2VOC模拟DNAPLs在裂隙介质的运移,探讨粗糙面接触的相关长度、各向异性比、倾角以及非均质性程度对DNAPLs运移分布的影响.数值分析结果表明,粗糙面接触的相关性越差,DNAPLs污染范围越大;粗糙面接触的各向异性比和倾角增大,将导致更多DNAPLs残留;而相关长度和各向异性比增大以及倾角减小,都会引起DNAPLs锋面运移速率增大;随着渗透率非均质性增强,会导致局部粗糙面接触上蓄积的DNAPLs饱和度增大,运移速率减小.     

表面活性剂强化的DNAPLs污染含水层修复过程的数值模拟

根据含水层中水、表面活性剂和DNAPLs的运移规律和相互作用机理, 建立三维多相流数值模拟模型, 用以模拟表面活性剂强化的DNAPLs污染含水层的修复过程.将所建立的模型应用于一个被PCE污染的非均质含水层中, 并分别对污染物的污染过程以及修复过程进行模拟.研究结果表明: 数值模拟模型给出了表面活性剂强化含水层修复过程中非水相流体迁移转化的数学描述, 能够在短时间内、参数有限的条件下真实地刻画DNAPLs在含水层中的运移规律, 并能有效地模拟表面活性剂的修复过程.此外, 模拟结果显示, 由于表面活性剂对PCE的增溶增流作用, 有效地提高了PCE在水中的溶解性和迁移性, 其修复40 d的去除率达到63.5%, 与抽出处理法(去除率为31.8%)相比修复效果明显增强.      

高密度电阻率法探测DNAPLs污染的适宜性探讨

重非水相流体（DNAPLs）的电阻率一般较高,在地下介质中与周围的地下水形成明显的电性差别。利用这一特性,非侵入式的高密度电阻率法（ERT）在探测DNAPLs污染场址中污染范围展现出一定优势。然而在实际场址的调查应用中,ERT有时无法探测到显著的高阻异常,或探测的高阻异常是由于介质的非均质性产生,从而导致对DNAPLs污染分布的误判。针对该问题,文章首先基于有效介质电阻率模型,计算了不同DNAPLs饱和度情形下的地层总电阻率值,从理论上解释了当DNAPLs污染程度较低时不存在显著高阻异常的原因。进一步构建理想ERT正演模型,探讨ERT探测DNAPLs污染的适宜性。研究结果表明:介质的非均质性（例如高阻的砾石等）对ERT探测具有很强的干扰,可造成DNAPLs分布范围的误判,因此传统静态ERT探测DNAPLs污染仅适用于均质介质或者非均质介质中DNAPLs污染程度较高的条件。对于非均质介质DNAPLs污染程度较低时,需采用基于时间域的差分反演方法屏蔽介质非均质性的影响,从而准确判定DNAPLs分布。     

裂隙宽度空间变异性和泄漏条件对网络裂隙中DNAPLs运移影响研究

DNAPLs本身的化学性质、裂隙的几何性质以及泄漏条件等影响重非水相流体（DNAPLs）在裂隙介质中的运移和分布。针对DNAPLs的运移规律研究多集中在孔隙介质和单裂隙中,在随机网络裂隙中的研究较少。本研究生成随机网络裂隙是基于蒙特卡罗方法,运用像素扫描识别并输出裂隙的坐标和宽度,然后采用PetraSim模拟四氯乙烯(PCE)在随机网络裂隙中的运移,探讨裂隙宽度空间变异性和泄漏条件（包括泄漏速率和泄漏位置）对DNAPLs运移的影响。数值模拟结果表明:DNAPLs的空间展布和运移路径受裂隙宽度空间变异性影响,随着网络裂隙中裂隙宽度空间变异性增大,出现优势通道,DNAPLs运移的速率加快,DNAPLs的质心位置和饱和度空间分布发生明显变化;DNAPLs的运移速率和空间展布受泄漏速率影响,泄漏速率越大,DNAPLs运移速率越快,模型底部蓄积的DNAPLs的饱和度越大,DNAPLs的空间展布也越大;同一网络裂隙中,泄漏位置不同,导致DNAPLs的运移路径及分布范围不同,不同的泄漏位置重力方向裂隙空间变异性不同,导致DNAPLs运移路径和空间展布各不相同。研究结果可以丰富裂隙介质中DNAPLs运移机理研究,为裂隙介质中DNAPLs污染修复提供模型参考。     

水动力和介质非均质性影响下DNAPLs运移数值模拟

选定氯苯为典型DNAPL建立理想的地表污染泄漏多相流运移模型,利用TOUGH系列软件TMVOC模块进行数值模拟,探讨地下水动力、介质非均质性及两种因素协同作用时对DNAPLs运移和分布的影响。研究结果表明:(1)水力梯度增大了DNAPL水平和垂向运移速率;当水平向水力梯度过大时,反而导致垂向速率减小。(2)透镜体主要发挥阻滞作用,绕过透镜体后,下游侧污染指入渗深度明显大于上游侧;水力梯度的存在进一步增强介质非均质性的影响,产生更多集聚和绕流,形成不规则的污染指和污染池交替组合形态。     

地下水有机污染处理的渗透性反应墙技术

系统介绍了一种新的地下水污染原位治理方法(渗透性反应墙),具体包括渗透性反应墙的布置形式、介质选取、反应机理、应用现状以及存在问题等.在工程实践中,根据现场的水文地质条件和地下水中有机污染物的特点,可以通过改变反应墙的布置形式来有效地截获羽状体.与传统的抽出-处理系统相比,渗透性反应墙具有处理费用低、使用寿命长等特点,特别对高密度非水溶相液体(DNAPLs)形成的污染羽状体有较好的处理效果.     

冻结作用下非饱和黄土水分迁移试验研究

通过室内大尺寸非饱和黄土冻结作用下水分迁移试验,开展了土体密度、含水量、冻结温度、冻结方式对非饱和黄土水分迁移影响的研究.试验结果表明:冻结过程中土样温度变化分为3个阶段:急剧降温阶段,缓慢降温阶段,稳定阶段; 干密度越大,稳定冻结锋面的水分迁移量越大,但冻结区的整体水分增量越小; 初始含水量越大,水分迁移量越大,并且在冻结锋面处含水量增幅越大; 在未冻结区,从邻近冻结锋面到暖端,含水量先增大后减小,初始含水量越小,这种现象越明显.此现象是冻结界面抽吸力、温度梯度和基质吸力梯度共同作用的结果.冻结方式直接影响已冻结区的含水量分布和水分迁移总量.     

DNAPLs污染含水层多相流数值模拟模型的替代模型

针对表面活性剂强化的重非水相流体(DNAPLs)污染的含水层修复问题,在建立多相流数值模拟模型的基础上,应用拉丁超立方采样(LHS)方法,在多相流模拟模型可控输入变量的可行域内采样,有效提高了采样效率和覆盖程度。根据采集的样品数据集,运用多元回归分析方法建立多相流模拟模型的替代模型--双响应面模型,为DNAPLs污染含水层修复过程的优化设计的耦合技术探索新的理论和方法。经检验,替代模型计算结果的相对误差均小于10%,精度较高,说明其在功能上充分逼近模拟模型。运用替代模型实现模拟模型与优化模型的连接,可以大幅度减少优化模型计算过程中直接多次反复调用模拟模型所引起的庞大计算负荷。     

地下水流动对砷迁移的影响: 大同盆地试验场的观测与模拟

地下水流动特征对水文地球化学特征具有重要控制作用, 研究分析了大同盆地地下水流动特征对高砷水迁移的影响.以山阴县桑干河南岸地下水试验场(SYFS)的监测数据为基础, 建立了河岸带三维非稳定地下水流模型.结果表明, 灌溉在很大程度上影响着地下水位动态变化.灌溉活动减慢了地下水埋深和水平地下水流速, 加速了不同岩性地层之间的垂向水量交换.粉土(L1、L2、L3和L4)、粘土1(L5)和砂1(L6)之间始终存在由上至下的垂向水量交换, 粘土2(L7)、砂2(L8)、粘土3(L9)和砂3(L10)以水平水量交换为主.灌溉水和大气降水从地表向下垂直入渗至含水层的过程中, 推动了地表和包气带沉积物中的砷逐渐向下迁移; 到达含水层后, 水平交换量占主导, 地下水在水平方向上频繁的水量交换促使As在含水层中发生水平迁移.