好氧降解对垃圾土沉降影响试验及沉降模型

好氧降解作用对垃圾土沉降变形特性的定量评价是预测和评估好氧降解稳定化的重要基础。以武汉市典型生活垃圾组成配比人工制作的垃圾土为样本,开展了不同通风条件下垃圾土沉降特性试验,分析了好氧通风频率对沉降变形的影响。试验结果表明：厌氧条件沉降速率趋于稳定后,好氧通风可显著提高垃圾土的沉降速率;上、中、下3层垃圾在高通风频率下垃圾土沉降比低通风频率下沉降效率分别提高了145%、150%、100%;建立了厌氧-好氧联合型沉降模型,通过与试验监测得到的沉降值对比,初步验证了模型的可靠性。研究结果为好氧通风过程中垃圾土沉降稳定性评估提供了理论依据。     

考虑填埋场沉降和生物降解作用下的孔隙度仿真预测研究

垃圾填埋场上覆层的压缩以及自身的降解作用使内部孔隙结构发生了改变。沉降和生物化学反应的双重作用改变了填埋场原有孔隙度分布。将垃圾压缩变形和微生物降解所引起的产气过程相结合,建立了描述填埋场孔隙度-位移-气体压力相互作用的耦合数学模型,并给出了耦合模型的数值格式。通过数值计算得到了垃圾填埋体的沉降应变、孔隙度、孔隙渗透及扩散特性的变化规律。计算结果表明,填埋场运营前10年垃圾降解对孔隙度作用较明显,孔隙度呈线性增大,随后增大幅度减缓,达到峰值后逐渐减小,减小过程主要受垃圾沉降作用影响;不同成分的有机质含量对孔隙度的影响也存在差异;受有机质降解作用的影响,填埋约为190个月时固有渗透率可达到1.4 10-12 m2,Dg/D0可达到0.178。因此,开展填埋场沉降和生物降解作用下孔隙度的预测研究,对于评价填埋气体的有效控制以及填埋场安全指标体系的完善都具有重要的现实意义。     

垃圾填埋场地下水监测网络可靠性评估

由于自身运行性质以及巨大的规模,垃圾填埋场成为了地下水污染的重要污染源。这些垃圾填埋场的监测井网络在探测污染羽的位置时起着至关重要的作用。本项研究介绍了一种评估垃圾填埋场地下水监测系统可靠性的方法。对几种检测系统的监测率进行了比较,提出了一个假设存在的问题。Monte-Carlo方法被用来综合评价由于地下非均质性及泄露位置而造成的不确定性。水力传导系数和渗漏位置作为用来指示用的概率密度函数的随机变量。有限差分地下水模型与随机流动的质点跟踪模型可模拟出源自垃圾填埋场的污染羽形态。分析表明,媒介的横向分布率对监测系统的可靠性有重要影响,这是因为横向分布率是控制污染物羽的主要参数。此外,监测井的数量和位置取决于媒介的各向异性和污染物泄漏的尺寸。最终可推断,习惯上采用的三梯度监测井的可靠性从对垃圾填埋场地下水污染的预防角度而言是不充分的。     

填埋场中气体运移的非稳定耦合渗流数学模型

基于多孔介质渗流力学和流固耦合理论，建立了填埋场内挥发性气体在土壤中迁移气－固耦合数学模型，并根据数学模型的非线性特征，采用摄动法求出模型的拟解析解。通过解析求解研究了挥发性气体在土壤中耦合与非耦合渗流情况下孔隙压力分布动态特征，为预测和预报挥发性气体在土壤中的扩散状况，以及对环境污染的治理，控制污染的扩散理论了理论依据。     

垃圾卫生填埋结构对地质环境效应的控制研究

通过大量的现场调查、室内外试验及综合分析,以多种手段较系统地研究了垃圾及其渗滤液成分组成与变化规律,填埋场的地理—地质条件,填埋结构单元的控制机理,填埋结构控制作用的数学模拟和垃圾卫生填埋结构优化设计系统及其应用。首先,根据实际调查资料的统计结果,论述垃圾成分受到生活水平、能耗结构、季节、地域等多种因素的影响,并分析垃圾产量和成分变化的一般规律。以试验和现场监测为基础,详细研究垃圾渗滤液成分的变化特征,探讨垃圾的分解过程,指出垃圾渗滤液成分具有以有机质及其分解产物为主的高浓度、强污染特性,总体上具有随时间呈负指数衰减的动态变化规律。结合成都长安垃圾填埋场,首次详细、系统地从试验和模型计算两方面研究填埋结构对地质环境效应的控制作用。控制作用体现在两个方面：一方面,是填埋结构的各个组成部分（衬里、垃圾层、填土层）能够有效地去除污染物质,由于填埋体类似于一个生物反应器,有机质发生生物降解,分解的终极产物（如ＮＨ＋４）可被填土层和衬里吸附;另一方面,通过改变衬里、填土层的厚度与密度,可以控制渗滤液在填埋体内的水动力条件,从而控制渗滤液下渗对地下水造成的污染。在试验结果的基础上,建立模拟模型,完整系统地研究渗滤液水头     

淮安市垃圾填埋场地质特征及其防渗评价

正确分析评价垃圾填埋场的地质特征和防渗方案,对垃圾填埋场的选址、设计以及施工运营极为重要。从自然环境、地层结构及岩性特征等方面阐述了淮安市某垃圾填埋场的地质特征,分析了填埋区含水层分布、厚度、赋水性等水文地质条件;结合室内试验和野外试验,综合确定了填埋区岩土层渗透系数大于1×10^-7cm／s,表明填埋区不具备天然防渗的条件,需采用人工防渗系统才能有效的阻滞垃圾渗滤液对周边环境的影响。     

城市垃圾填埋场有机物降解沉降模型的研究

研究城市垃圾填埋场的有机物降解沉降是非常重要的,有机物的降解沉降是填埋场的主要沉降,并且降解沉降将持续很长一段时间,较大的沉降能够导致防渗系统的渗漏并损坏覆盖系统。由于垃圾的非均匀性,其土工特性随地域及时间而改变,所以,计算垃圾填埋场的降解沉降是比较困难的。在试验及理论推导的基础上,提出了一种有机物的降解沉降模型,该模型参数较少,利用该模型预测了天子岭垃圾填埋场的库容及有机物的降解沉降。     

包气带可压缩气体流动数学模型研究

以多孔介质流体动力学理论为基础,充分考虑了气体密度随压力变化气体的特点,建立了包气带气体运移数值模型。该模型适用范围更广。模型中考虑了填埋场中介质含水量变化对氧化运移的影响。通过与先前气体流动数学模型的模拟对比分析了考虑气体完全右压缩和近似可压缩条件下的差别。从而可以填埋场释放气体、土壤油污染气脱去除的环境影响预测和评价及控制系统的设计、管理提供更为合理的依据。     

阜新城市垃圾填埋场对地下水污染的研究

随着我国城市化的发展,城市生活垃圾产量剧增,垃圾渗滤液对地下水的污染问题已成为当前主要的水环境污染问题。通过对阜新市城市垃圾填埋场地理、地质和气候特征的调查,结合阜新市城市发展现状,分析了阜新市城市垃圾填埋场垃圾成分,渗滤液产生量及渗滤液中污染物的浓度,得出了阜新市城市垃圾填埋场渗滤液中各种污染物污染地下水的源强度。采用数值模拟的方法,对垃圾渗滤液污染地下水的情况进行模拟分析,验证了模拟方法的正确性,并对今后的污染情况进行了预测分析。     

垃圾渗滤液在含水层中的污染规律研究——以阜新市垃圾填埋场为例

垃圾的堆存和填埋会产生大量的渗滤液。渗滤液对垃圾填埋场周围环境能够造成严重污染,尤其使地下水质污染而丧失利用价值。通过阜新市垃圾填埋场现场采集新鲜渗滤液水样、垃圾堆体附近土样的实验研究,获得了新鲜渗滤液的各组分浓度和垃圾堆体附近土壤的性质。结合当地地理气候等情况揭示了垃圾渗滤液中污染溶质在地下水系统中的迁移转化的动态过程,定量化预测了污染范围及时空分布,为研究该地区地下水污染控制、管理和评价提供了可靠依据。     

一种新型掺气设施的试验研究

设置在泄洪洞竖井内的环形掺气设施是不同于传统掺气技术的新创意。为了更好地认识这种新型的掺气技术,基于公伯峡水平旋流泄洪洞原型和模型试验,对环形掺气坎的通风和掺气特性进行了研究。结果表明环形通气孔的通风是由通气孔进出口的压差引起的,通风量与相对空腔长度的关系服从线性分布;环形掺气坎掺气减蚀的作用明显,其掺气是由于射流冲击竖井水体形成大尺度旋涡并挟带气泡所致,且掺气浓度沿高程呈乘幂分布;模型通风和掺气特性的缩尺效应明显。在结构设计满足要求的前提下,有必要在旋流泄洪洞的竖井段设置掺气设施,可改善水流流态,并增加消能效果。     

A coupled model for prediction of settlement and gas flow in MSW landfills

Prediction of long‐term settlement and control of gas pollution to the environment are two principle concerns during the management of municipal solid waste (MSW) landfills. The behavior of settlement and gas flow in MSW landfills is complicated due to the combined effect of mechanical deformation of the solid skeleton and continuous biodegradation of the waste. A one‐dimensional settlement and gas flow model is presented in this paper, which is capable of predicting time evolution of settlement as well as temporal and spatial distribution of gas pressure within multi‐layered landfills under a variety of operating scenarios. The analytical solution to the novel model is evaluated with numerical simulation and field measurements. The resulting efficiency and accuracy highlight the capability of the proposed model to reproduce the settlement behavior and gas flow in MSW landfills. The influences of operating conditions and waste properties on settlement and gas pressure are examined for typical MSW landfills. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

桂林凉风洞洞穴系统垂向碳迁移特征及其影响因素

2017年11月至2018年11月,以桂林毛村凉风洞为研究对象,进行大气环境和洞穴环境野外监测,同时在洞穴上覆土壤30 cm和60 cm处开展试片溶蚀实验,并在洞穴内部进行试片溶蚀和滴水脱气监测,以测定垂向碳迁移主要过程中的CO2浓度和δ13C-CO2值。结果表明:（1）“大气—土壤—洞穴”垂向碳迁移系统能够与洞穴通风一起影响洞穴系统内部的CO2分布模式。洞口通风方向的转变取决于洞内温度与外界温度的差异,少雨的11月中旬到次年3月初通风方向为从洞外到洞内,此时垂向碳迁移能力弱,洞内CO2的分布由洞口通风主导;3月初至9月中旬,洞内外温差逐渐过渡并反转,洞口通风方向为从内向外,且降雨强度大,垂向碳迁移活跃并主导洞内CO2分布;（2）岩溶关键带土壤呼吸的强度决定了垂向碳迁移系统可迁移的碳量,洞内CO2分布的季节性变异本质上是外界环境在垂向碳迁移系统和洞穴模式上的响应;（3）洞穴上覆碳酸盐岩土下溶蚀实验表明土下溶蚀可削弱土壤碳源作用。土壤30 cm和60 cm处碳酸盐岩溶蚀速率分别为:0.48 mol?m-2?a-1和0.96 mol?m-2?a-1,而洞穴第一洞厅监测点的碳酸盐岩脱气速率为49.35 mol?m-2?a-1、第二洞厅内为9.07 mol?m-2?a-1,由垂向碳迁移系统运移到洞穴内部的溶解了土壤CO2的滴水脱气作用显著。      

中国南方海相页岩气超压机制及选区指标研究

在页岩气勘探开发选区的过程中,首先要寻找含气量较高的地区作为开发区块,含气量高的地区其资源丰度高,在同样的增产改造规模下单井EUR也较高,经济性也好。由于页岩含气量等于吸附气加上游离气,再加上溶解气,游离气、吸附气和溶解气都与压力系数关系密切。在美国开展页岩气地质选区过程中,由于地质条件稳定,认为超压对于页岩气田没有那么重要,正常压力、甚至欠压都可以实现开发,因此美国页岩气地质选区指标中没有压力系数的概念,并没有将超压作为一个关键指标。但是由于中国与北美地质成藏背景不同,北美页岩气主要位于环加拿大克拉通盆地,背景非常稳定,而我国是由多个地块拼接而成,构造复杂,同时页岩形成的时代较久,因此,我国与北美地质条件最大的差别为页岩成熟度高低和构造运动的强弱。因为我国海相成熟度高,导致孔隙压实,孔隙度降低;我国构造运动相对活跃,断裂发育,保存条件相对差。对于高成熟、低孔隙度的页岩,要达到同样的含气量需要较大的地层压力系数,这样单井最终可采储量才能达到经济极限,才能实现商业开发。我国南方分布有丰富的海相页岩气,具有厚度大、分布稳定的特点,普遍经历了高成熟演化和强烈地质构造运动。在油气生成过程中由于排烃作用的发生形成了广泛发育超低含水饱和度的特征,超低含水饱和度存在为形成超压富集区创造了条件,这种超压核心区是南方海相页岩气近期主要的勘探目标。扬子地区已经发现的超压页岩气田的增压机制主要包括构造抬升型增压、水热型增压、黏土矿物脱水型增压、生烃型增压。焦石坝海相页岩气田主要为构造型增压所形成的超压页岩气田,长宁页岩气田主要为生烃增压型页岩气田。页岩气选区指标应该是核心区/富集区优选指标,指标取值依据必须与超压气田地质特征参数匹配才有意义。北美地区页岩气地质选区需要考虑埋深、页岩厚度、TOC含量、含气量、硅质矿物含量。由于北美地质条件简单、成熟度适中,在低压、欠压条件下可实现商业化,但在高成熟、断裂发育背景下,地层压力系数尤其重要,应该考虑地层层压力系数。因此,本文认为页岩气地质选区中,除了考虑页岩埋深(1 500~4 500 m)、页岩厚度(>30 m)、总有机碳含量(>2%)、硅质矿物含量(>30%)等基本参数外,应把地层压力系数大于1.3以上作为我国南方海相页岩气选区的重要指标之一,才能体现我国南方海相页岩气特点,同时提高页岩气选区的准确性和科学性。     

Well-based hydraulic and geochemical monitoring of the above zone of the CO2 reservoir at Ketzin, Germany

In order to detect hydraulic and geochemical impact on the groundwater directly above the CO₂ storage reservoir at the Ketzin pilot site continuous monitoring using an observation well is carried out. The target depth (446 m below ground level, bgl.) of the well is the Exter formation (Upper Triassic, Rhaetian) which is the closest permeable stratigraphic overlying formation to the CO₂ storage reservoir (630–636 m bgl. at well location). The monitoring concept comprises evaluation of hydraulic conditions, temperature, water chemistry, gas geochemistry and δ¹³C values. This is achieved by a tubing inserted inside the well with installed pressure sensors and a U-tube sampling system so that pumping tests or additional wireline logging can be carried out simultaneously with monitoring. The aquifer was examined using a pump test. The observation well is hydraulically connected to the regional aquifer system and the permeability of about 1.8 D is comparatively high. Between Sept. 2011 and Oct. 2012, a pressure increase of 7.4 kPa is observed during monitoring under environmental conditions. Drilling was carried out with drilling mud on carbonate basis. The concentration of residual drilling mud decreases during the pump test, but all samples show a residual concentration of drilling mud. The formation fluid composition is recalculated with PHREEQC and is comparable to the literature values for the Exter formation. The gas partial pressure is below saturation at standard conditions and the composition is dominated by N₂ similar to the underlying storage reservoir prior to CO₂ injection. The impact of residual drilling mud on dissolved inorganic carbon and the respective δ¹³C values decreases during the monitoring period. The pristine isotopic composition cannot be determined due to calcite precipitation. No conclusive results indicate a leakage from the underlying CO₂ storage reservoir.     

煤与瓦斯突出过程中的瓦斯压力效应

为探讨煤与瓦斯突出过程中的瓦斯压力效应,利用自行研制的煤岩瓦斯动力灾害模拟试验系统和配比而成的中硬度的大型煤样,在煤样的含水率、配比方案、煤样成型压力等参数均恒定的条件下,恒定3种轴向载荷时,开展了5种不同瓦斯压力梯度的煤与瓦斯突出的相似模拟实验。实验表明,煤与瓦斯相对突出强度存在一个瓦斯压力阈值,超过此阈值时,随着瓦斯压力的增大则相对突出强度大大增强,且相对强度与瓦斯压力呈现正指数的关系;瓦斯压力作为突出发生的动力并对突出煤粉有一定的粉碎和搬运作用,可形成腹大口小的倒梨形突出孔洞;轴向应力对中硬度的含瓦斯煤岩体的突出具有正作用。      

真三轴气固耦合煤体渗流试验系统的研制及应用

为了更真实地模拟煤岩在掘进巷道迎头等环境下的应力状态,研究三向应力环境下煤岩的损伤变形及瓦斯渗流情况,自主研发了真三轴气-固耦合煤体渗流试验系统。该装置主要由真三轴压力室、液压伺服系统、气体渗流系统和监测与控制系统组成,采用的试件尺寸为200 mm×100 mm×100 mm,可施加的最大轴压(?1)为70 MPa、最大侧压（?2）为35 MPa、最大侧压（?3）为10 MPa、最大瓦斯压力为6 MPa。该装置具有以下特点：(1) ?1、?2采用刚性压头加载,?3采用柔性加载,三向应力分别独立加载;(2) 设计了刚柔性压头及传压滑杆,使得?1与?2方向压头在同时加载过程中互不干扰;(3) 通过伺服液压系统控制加载功能,使得装置性能稳定,应力与位移加载精确,易于控制;(4) 气体渗流系统采用蜂窝孔对试件进行面通气,确保试件进气端瓦斯压力均匀分布;(5) 采用多种高精度传感器进行监测,实时记录煤体所受应力值、变形量及瓦斯渗流量。用两种不同应力路径下的渗流试验对该系统准确性和可靠性进行了验证,结果表明,该装置性能稳定可靠。该装置可用于揭示煤与瓦斯在三向应力条件下的耦合作用机制,为防治瓦斯灾害及研究瓦斯抽采提供了可靠的试验基础。     

平原水库防渗膜下气胀现象产生机制现场试验研究

对库盘铺膜平原水库的气胀现象产生机制进行了理论探讨和现场试验研究。分析指出围坝填筑、库水位快速下降及地下水位上升等因素是导致膜下产生气胀的主要原因。在德州大屯水库进行了现场试验,模拟了不同膜上荷重、不同地下水位上升幅度和速率等试验工况,对膜下地层不同埋深处孔隙压力和膜下气胀现象进行了观测,分析了各因素对膜下气胀变化规律影响。试验结果表明,地下水位快速上升能够引起膜下气胀压力加大,地下水位上升幅度影响膜下气胀压力的大小;不同地下水位上升速率对膜下气场影响较小,在膜上设置一定荷载可较好地防止膜顶托或胀破。     

Dynamic threshold pressure gradient in tight gas reservoir and its influence on well productivity

Flow in tight gas reservoirs shows significant non-Darcy behavior and threshold pressure gradient (TPG) due to complex geological conditions. The conventional TPG test always leads to a remarkable error because of gas slippage effect, especially for tight cores. In this paper, experimental approaches were carried out using specially designed core-flooding system to determine the accurate TPG under reservoir conditions. TPG variations of tight core at different developmental stages (different pore pressure) were investigated by using new experimental method. Results indicate that TPG of tight gas reservoir is highly effected by pore pressure and conventional experimental method will lead to a significant error: TPG obtained from conventional experimental method are much higher. The experimentally observed TPG under different pore pressure suggest that TPG is not constant during the development of reservoir, but varies with the change of pore pressure, we call it “dynamic threshold pressure gradient (DTPG)”: TPG exhibits a substantial linear increase with decreasing pore pressure. New productivity model of tight gas reservoir with DTPG effect and stress sensitivity being taken into account was established and case studied on the basis of experiments. Results show that gas well productivity with consideration of DTPG is lower than productivity obtained from conventional model which considering constant TPG.