死端孔隙对溶质运移影响的实验研究

拖尾分布是溶质运移规律研究的热点和难点。死端孔隙、透镜体等空间结构形成的非均质性以及密度变化产生的指状流会导致溶质运移拖尾分布。论文选择保守性溶质氯化钠作为示踪剂,采用砂柱实验系统地研究了以死端孔隙导致的非均质性以及由不同浓度和温度形成的变密度条件对溶质运移拖尾分布的影响。实验结果表明:死端孔隙的存在会延迟溶质运移穿透曲线出峰时间,降低峰值及出现拖尾分布,随着死端孔隙介质体积或数量的增加这一现象越明显;随着溶液浓度的增加拖尾现象越明显,且温度的升高会加剧这一现象。对比死端孔隙、温度和浓度三者对溶质运移拖尾分布的影响,其中影响最大的是死端孔隙,其次是浓度和温度。     

溶质入渗土工合成衬垫的化学-渗透特性研究

溶质在土工合成衬垫（GCL）长期入渗过程中具有明显的化学-渗透特性。室内渗透试验表明：阳离子之间的置换效应对GCL衬垫渗透系数影响较大,10 mM的CaCl2溶液使渗透系数上升至2.5×10-11 m/s,而30 mM的CaCl2溶液使渗透系数上升至5.6×10-11 m/s。渗透液体浓度的增加缩短了溶质穿透GCL的时间,且预饱和处理试剂对GCL渗透系数的变化影响较大,采用蒸馏水作为预饱和试剂处理GCL衬垫对其渗透系数的影响明显小于CaCl2溶液;建立了考虑膜效应和离子交换效应条件下溶质运移耦合动力学模型,并对GCL穿透试验过程中溶质浓度的变化进行了预测,仿真计算结果表明,10 mM和30 mM两种CaCl2溶液渗透条件下,Ca2+浓度变化的试验结果和计算结果均相吻合,验证了耦合动力学模型的可靠性;从Ca2+浓度及流量穿透曲线分布可知,化学-渗透效应可有效地延缓溶质的迁移速度。随着溶质浓度的降低,阻滞作用更显著。因此,在分析GCL衬垫中溶质入渗特征时,必须考虑化学-渗透效应的影响。     

野外电位溶出法测铜新探索

溶液中加入氧化剂（高锰酸钾）,氧化电极表面的金属铜形成铜离子进入溶液中,金属氧化溶出时间与溶液中的金属离子的浓度成正比,峰值与溶出时间成正比,因此峰高与溶液中金属离子浓度成正比,以此测定溶液中铜离子的浓度。     

多组分离子交换吸附反应-运移的土柱试验及模拟

利用室内一维饱和垂直土柱对保守性溶质运移和反应性溶质运移分别进行了试验,并用水文地球化学模拟软件PHREEQC模拟了保守性溶质Cl-的运移以及K+、Ca2+、Na+、Mg2+4种主要阳离子的反应运移过程,分析了土壤中发生的离子交换吸附和盐分运移过程,进一步模拟分析了不同入流溶液种类、次序以及有无置换反应情况下出流溶液的差别。结果表明:这些条件的不同均会对出流溶液的种类和浓度产生明显影响,表明水文地球化学反应对地下水中污染物的迁移会产生很大影响,在相关领域的研究中不宜忽略。     

水及溶质在有大孔隙土壤中运移的研究(Ⅰ):田间实验

通过田间原状土和回填土渗透比较试验,揭示了大孔隙对水及溶质在土壤中运移的影响。通过回填土和原状土中含水率实验结果比较分析,指出回填土和原状土含水率的变化呈现不同分布特征。而对回填土和原状土中溶质浓度实验结果分析比较,发现回填土中水分运动和溶质运移的速度显著低于原状土,回填土和原状土都有位置深的检测点先于其上面的检测点出现溴离子的现象,回填土中硝酸根离子的浓度远低于其在原状土相应深度的浓度。     

水及溶质在有大孔隙土壤中运移的研究（I）：田间实验

通过田间原状土和回填土渗透比较试验，揭示了大孔隙对水及溶质在土壤中运移的影响。通过回填土和原状土中含水率实验结果比较分析，指出回填土和原状土含水率的变化呈现不同分布特征。而对回填土和原状土中溶质浓度实验结果分析比较，发现回填土中水分运动和溶质运移的速度显著低于原状土，回填土和原状土都有位置深的检测点先于其上面的检测点出现溴离子的现象，回填土中硝酸根离子的浓度远低于其在原状土相应深度的浓度。     

基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移模拟

采用图像分析法确定溶质浓度,以硫酸铜和EDTA二钠作为双分子反应物,在多孔介质模型中开展了不同粒径(1.52.0,2.53.0,3.54.0 mm)和流量(1.0,1.5,2.0 mL/s)下反应性溶质运移实验,探讨了应用不完全混合的对流弥散模型(IM-ADRE)对双分子反应溶质运移的模拟和预测,并进行了参数敏感性分析。结果表明:图像分析法可准确获取多孔介质中显色反应性溶质的浓度,灰度值与浓度的决定系数R²大于0.96;用IM-ADRE模型能够准确预测双分子反应性溶质硫酸铜和EDTA二钠在3种不同多孔介质中的运移过程,误差低于3.71%;实验条件的改变对IM-ADRE模型参数D、m和β₀的影响显著,说明模型参数依赖于环境条件,其变化规律需要根据实际环境条件进一步率定,便于IM-ADRE模型的进一步推广应用。     

水化学腐蚀对砂板岩力学性能影响的试验研究

考虑酸性化学溶液和浸泡时间的影响,对砂板岩进行了不同水化学溶液侵蚀作用下的单轴压缩试验。研究了不同水化学环境侵蚀作用对砂板岩试样的相对质量、变形和强度特性的影响规律。监测浸泡过程中溶液的pH值和Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度变化。结合扫描电镜试验,探讨了水化学作用下砂板岩的腐蚀机制。结果表明:随着溶液酸性的增强,砂板岩受腐蚀程度逐渐增大;砂板岩的变形特性在水化学作用下表现为受腐蚀软化,并且随着溶液酸性的增强和浸泡时间的延长越发明显;砂板岩的峰值强度在水化学作用下降低,并且浸泡时间越长,强度下降越大;不同水化学环境中水-岩化学作用的类型和程度不同,从而导致岩石微细观结构变化也不相同,中性溶液以岩石内部胶结物质流失为主,酸性溶液中大粒径的矿物集合体也会发生大量溶蚀。     

利用Tween80溶液冲洗修复萘污染地下水模拟实验

采用Tween80溶液冲洗修复萘污染地下水,分析了Tween80溶液质量浓度和冲洗流速对修复效果的影响,并考察了Tween80溶液对萘的增溶效果及对萘在介质上吸附特性的影响。结果表明：萘和Tween80在中砂介质上的吸附分别符合线性吸附和F型吸附;Tween80增溶萘效果较好,10.0 g/L Tween80溶液中,萘的表观溶解度达到500 mg/L,约为水相饱和溶解度的17倍;确定Tween80洗脱萘的临界解吸质量浓度为2.0 g/L;不同质量浓度、不同冲洗流速修复萘污染地下水实验结果表明,10.0 g/L Tween80溶液、3.0 mL/min流速为最佳冲洗修复参数,萘的去除率达到90%以上。     

冻结作用下黏土中水、盐迁移试验研究

为了探究冻结作用下黏土中水盐迁移特性,采用室内单向冻结试验装置,基于TDR技术对添加不同溶质（NaCl）浓度的土样进行了土中温度、含水率及电导率（EC）的同时连续测量。结果表明：溶质的添加引起土中孔隙水冰点下降,造成土中成冰量减少,从而导致含溶质土样的冻结深度大于不含溶质土样;在封闭系统中随着溶质浓度的增大,土中水分迁移量和溶质迁移率均有增大趋势,距离冻结锋面越远,水分、溶质迁移量就越少;冻结锋面附近液态水凝结成冰,引起冻结锋面附近溶质浓度变化剧烈,溶质浓度急剧增大。     

土柱变密度溶质运移试验推求水平及垂直方向弥散度研究

基于溶质运移对流弥散理论的变密度海水入侵模型广泛用于海水入侵研究,而水动力弥散系数是影响模型模拟效果的关键性参量之一。利用传统土柱溶质运移试验结合旁侧抽水,采用数值反演法成功获取了水平及垂直两方向弥散度。相对于传统方法,在不增加试验复杂度的前提下,同时推求了不同方向的弥散度,提高了试验效率,节约了试验成本,可广泛用于测定水动力弥散系数等参数。     

基于孔隙网络模型的非水溶相液体运移实验研究进展

进行多孔介质中非水溶相液体（Non Aqueous Phase Liquids，NAPLs）运移的微观机理研究，微观孔隙网络模型实验是目前应用比较广泛且行之有效的方法。通过网络模型实验，获得对NAPLs在多孔介质中运移更深入的认识。从多孔介质孔隙结构测量、孔隙网络模型制作、NAPLs运移网络模型实验和数值模拟4个方面评述了该方向的研究进展，结果显示测量孔隙结构方法、图像刻蚀技术、可视化测量实验数据方法等有力地促进了本实验研究的发展。分析了孔隙网络模型实验存在的问题以及未来的发展趋势，对开展孔隙网络模型实验研究有一定的启发作用。     

Semi-analytical solutions of a contaminant transport equation with nonlinear sorption in 1D

A new method to determine semi-analytical solutions of one-dimensional contaminant transport problem with nonlinear sorption is described. This method is based on operator splitting approach where the convective transport is solved exactly and the diffusive transport by finite volume method. The exact solutions for all sorption isotherms of Freundlich and Langmuir type are presented for the case of piecewise constant initial profile and zero diffusion. Very precise numerical results for transport with small diffusion can be obtained even for larger time steps (e.g., when the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition failed).     

Analytical solution of electrohydrodynamic flow and transport in rectangular channels: inclusion of double layer effects

Upscaling electroosmosis in porous media is a challenge due to the complexity and scale-dependent nonlinearities of this coupled phenomenon. “Pore-network modeling” for upscaling electroosmosis from pore scale to Darcy scale can be considered as a promising approach. However, this method requires analytical solutions for flow and transport at pore scale. This study concentrates on the development of analytical solutions of flow and transport in a single rectangular channel under combined effects of electrohydrodynamic forces. These relations will be used in future works for pore-network modeling. The analytical solutions are valid for all regimes of overlapping electrical double layers and have the potential to be extended to nonlinear Boltzmann distribution. The innovative aspects of this study are (a) contribution of overlapping of electrical double layers to the Stokes flow as well as Nernst–Planck transport has been carefully included in the analytical solutions. (b) All important transport mechanisms including advection, diffusion, and electromigration have been included in the analytical solutions. (c) Fully algebraic relations developed in this study can be easily employed to upscale electroosmosis to Darcy scale using pore-network modeling.     

页岩介质中放射性核素迁移的实验研究及其数学模型

在自行设计的实验装置中进行了放射性核素13 1I在页岩介质中的扩散、渗透 -弥散的实验。采用渗透法及扩散法获得了实验曲线并计算出弥散系数、阻滞系数、孔隙度等参数。实验表明13 1I在页岩介质中为弱吸附核素 ,其阻滞系数较小。在此实验基础上建立了放射性核素13 1I在页岩介质中的一维迁移物理模型及数学模型。结果表明13 1I随地下水迁移得比较慢 ,因此页岩对13 1I的迁移能起到一定的阻滞作用     

Flake Morphology,Fluvial Dynamics,and Debitage Transport Potential

Since archaeological sites are often located in or near fluvial environments, a thorough understanding of corresponding formation processes is a critical component of archaeological research. Within this context, we address the following question: how does flake morphology condition transport potential? Specifically, do flakes behave as the idealized spheres often used to characterize geological materials and if so, how might this process modify a debitage assemblage? To address this important issue, we present the results of a fluvial transport experiment designed to evaluate the relationships between flake size, shape, weight, curvature, and transport potential. We begin with an overview of fluvial mechanics and previous archaeological fluvial transport studies and use these studies to design an experiment intended to fill gaps in our knowledge of the relationships between flake morphology and transport potential. Our experimental results suggest that all things being equal, flake weight is the most important variable in both settling velocity and transport distance, although flake shape conditions transport as well. Finally, our study demonstrates the potential structure of fluvially transported assemblages as lag deposits and suggests that fluvially transported assemblages may retain key behavioral information.     

页岩基质微观孔隙结构分析新方法

页岩基质孔隙主要包含有机孔隙和无机孔隙,页岩油气在有机孔隙和无机孔隙中的渗流机理不同,对页岩中有机孔隙和无机孔隙的微观结构进行定量表征具有重要意义.首先通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)实验分别获取具有代表性的页岩无机孔隙和有机孔隙扫描电镜图像,其中,无机孔隙相对较大,其图像的分辨率较低,有机孔隙相对较小,其图像的分辨率较高;然后,通过图像处理和马尔可夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,简称MCMC)法重构出相应的无机孔隙数字岩心和有机孔隙数字岩心,并提出局部叠加法构建同时包含无机孔隙和有机孔隙的页岩基质孔隙数字岩心;最后对无机孔隙数字岩心、有机孔隙数字岩心和基质孔隙数字岩心的结构特征进行了对比分析.结果表明,局部叠加法构建的页岩基质孔隙数字岩心能够同时描述页岩中的无机孔隙和有机孔隙结构特征,无机孔隙本身连通性较差,有机孔隙本身连通性较好,有机孔隙的局部孔隙度和局部渗透率较高,对页岩中的流体渗流有着重要作用.该方法为页岩中不同的孔隙结构特征描述和油气在纳米尺度孔隙中的传输模拟提供了一个可靠的研究平台.      

Ground-water models for water resource planning

In the past decade hydrogeologists have emphasized the development of computer-based mathematical models to aid in the understanding of flow, the transport of solutes, transport of heat, and deformation in the ground-water system. These models have been used to provide information and predictions for water managers. Too frequently, ground-water was neglected in water resource planning because managers believed that it could not be adequately evaluated in terms of availability, quality, and effect of development on surface-water supplies. Now, however, with newly developed digital ground-water models, effects of development can be predicted. Such models have been used to predict hydrologic and quality changes under different stresses. These models have grown in complexity over the last ten years from simple one-layer models to three-dimensional simulations of ground-water flow, which may include solute transport, heat transport, effects of land subsidence, and encroachment of saltwater. Case histories illustrate how predictive ground-water models have provided the information needed for the sound planning and management of water resources in the USA.     

数字网格摄影测量法及其在滑坡模型试验中的应用

综合考虑自动网格法和摄影测量技术各自的优缺点,提出了数字网格摄影测量法。介绍了该方法的原理与步骤,并将其应用到室内某滑坡模型试验的位移测试中。试验证明：数字网格摄影测量法可以快速、准确对模型体观测点位移进行量测,精度达到次毫米级,是一种比较理想的滑坡模型位移测试方法。