岩溶含水层饱和-非饱和流动与污染物运移数值模拟

岩溶含水层中的地下水是重要的可饮用水来源, 由于其复杂的水文地质特征, 采用数值模型分析和评价含水层中地下水环境极具挑战性。采用变饱和度流动方程描述含水层基质中的饱和-非饱和流动, 采用管道流方程描述岩溶管道中的层流及紊流流动, 基于流动解采用对流弥散方程分别描述基质与管道中的溶质迁移过程。根据相关实验数据以及MODFLOW-CFP程序的模拟结果对流动模拟的准确性进行验证, 并基于此开展了岩溶管道以及非饱和参数对地下水流动及污染物迁移影响的模拟。结果显示, 数值模型能很好地重现含水层中饱和区与非饱和区以及岩溶管道的地下水动态, 岩溶管道对含水层的渗流场产生了较大的影响。管道中快速流动的特性使得周围的水向其中汇集, 影响了局部流动场, 进而使得泄露的污染物质随水流进入管道, 快速向管道出口处(泉点)迁移, 突破曲线显示管道出口处的污染物浓度响应速度远快于基质中对应的位置, 非饱和参数对管道中污染物浓度的响应速率有着不同程度的影响。建立的模型完善了岩溶含水层中非饱和区地下水流动、污染物运移以及基质-管道流动与溶质运移耦合模拟等方面的工作, 加深了对岩溶含水层地下水动力学以及污染物迁移过程的认识, 对岩溶水文地质及地下水环境等方面具有重要意义。      

地下水的有机污染问题及其吸附作用评价

文章认为有机污染质已对地下水污染构成威胁,研究有机污染质在地下水系统中的迁移转化机制,建立有效的预测模型,具有十分重要的意义。有机污染质与地下水形成不溶混流体,对其运移进行评价的理论、方法及测试技术都不同于通常对易溶混污染质的评价。这项工作在我国刚刚起步,研究程度较低。文章讨论了有机污染质—地下水体系的一般物理、化学特征和运移控制方程,指出吸附作用是使有机污染质运移滞缓的重要原因,介绍了目前国外研究有机污染质吸附作用的几种试验及结果。     

淄博开发区纸业公司搬迁改造对地下水环境的影响预测

地下水资源是人类赖以生存和发展的重要保证,但我国地下水环境的形势不容乐观,对新建项目进行地下水环境影响预测并提出科学有效的地下水污染防治措施十分重要。该文以淄博开发区纸业公司搬迁改造项目为例,概化建立了水文地质概念模型,利用地下水非稳定流数值模拟对模拟范围内地下水时空分布规律进行研究。在此基础上,建立地下水溶质运移数值模型,选取COD、氨氮为污染因子,重点预测了非正常工况和事故工况下新建项目影响地下水环境的范围及程度。结果表明,非正常工况下该新建项目对地下水环境的影响程度更大,但采取严格保护措施后可防止污水泄漏进而污染地下水。     

湘中锡矿山北矿区地下水化学特征及污染成因

近年来对“世界锑都”湘中锡矿山地下水质监测表明该区地下水污染严重。以北矿锑矿层地下水为研究对象,在总结前人研究的基础上,结合水文地质条件并应用水化学基本分析方法对水质基本化学特征以及重金属离子锑(Sb)和砷(As)的污染特征进行了研究,并分析了污染地下水成因。结果表明,地下水水化学类型以SO₄·HCO₃-Ca型水和SO₄-Ca型水为主,碳酸盐岩对酸性水的中和作用使水样呈碱性。锑浓度平均超标772倍,砷浓度平均超标30倍,Sb比As污染程度大,Sb的高值区出现在北矿中部,而As高值区在北炼厂附近,Sb和As均在东北部形成低值区。含矿层污染地下水的形成和分布主要受地层岩性影响和人为采矿活动影响。此项研究不仅补充了锡矿山锑矿区地下水研究的空白,并能为今后进行锡矿山锑矿区环境污染评价和重金属污染治理提供重要依据。      

岩溶多重介质地下水模拟技术及应用进展

由于岩溶发育的极不均匀性和岩溶含水介质的多重介质性等特征, 使得岩溶水系统的地下水运动规律呈现出复杂多变的特点, 在孔隙或微小裂隙含水介质中岩溶水满足达西流, 而在岩溶管道中可能出现非达西运动, 这给岩溶区地下水模拟带来了极大挑战。系统地梳理了岩溶水流和溶质运移模拟的主要方法, 总结了复杂岩溶多重介质系统地下水模拟技术的现状, 并结合我国南方岩溶和北方岩溶各自的特点, 提出岩溶水模型在实际应用中需要关注的要点。主要包括: 需加强野外调查和观测, 提高模型中对岩溶含水介质结构非均质性表征的精度; 进一步深化对岩溶水运动机理的研究, 刻画岩溶多重介质的水流特征以及水交换机理; 针对北方岩溶水系统模拟, 可选择等效连续多孔介质模型, 重在耦合区域分布的岩溶溶孔－裂隙介质中慢速渗流与脉状分布的强径流带快速流; 对于南方岩溶区, 建议考虑建立分布式流域水文模型与能刻画集中管道流多流态变化的多重介质模型的岩溶地下水耦合模型。      

铬在包气带的垂直污染机理研究

通过铬在包气带的垂直渗滤试验探讨了铬对地下水污染的机制，认识到地下水铬污染的主要途径是通过包气带渗入，铬在包气带中的垂直迁移性好，铬进入含水层后，在水动力条件及浓度的影响下，可发生运移—弥散作用，造成大面积地下水污染，严重影响生态环境。     

浅析吕梁市城市地下水污染问题

通过对吕梁市城市地下水污染类型及分布、地下水污染特征与分布规律、地下水污染危害程度以及地下水污染的社会影响等方面进行简要阐述,分析得出地下水污染问题的严重性。     

地下水系统中砷迁移富集过程的水文地球化学模拟

原生高砷地下水已给人类健康造成了极大威胁。近几十年来,国际上针对高砷地下水已开展了大量的研究工作,但由
于地下水系统中砷经历的复杂物理、化学及生物地球化学过程,使得地下水系统中砷浓度衰减和运移尚不能进行准确预测。在系
统总结前人研究工作的基础上,对控制地下水中砷迁移转化的主要物理、化学和生物地球化学过程(包括吸附/解吸、溶解/沉淀、
非氧化/还原和生物还原等)进行了系统总结。重点讨论了孔隙介质中砷的地球化学反应和运移机制的平衡与动态模型,即批反
应模型、运移模型、反应运移模型,以期为原生高砷地下水修复及高砷地下水开发指导提供科学依据。      

宝鸡电厂灰场污染物运移趋势

本文运用非饱和带纯水流模型,预报未来灰场污染物运移趋势。作者依据过去10年污染深度及含水量分布值,以非线性规划理论为基础,建立识别模型,反演求参(D(θ)和K(θ).从研究区水文地质条件出发,建立一维非饱和流预报模型,采用有限差分数值逼近法求解。通过运营模型,预报了未来20年污染深度为4.0～6.0m,从而得出该灰场对地下水无影响的结论.     

滨州地区浅层地下水持久性有机污染特征分析

地下水是重要的水资源,地下水的有机污染已引起了包括中国在内的许多国家的重视。该文通过对山东省滨州市浅层地下水污染调查,在获取大量第一手资料的基础上对滨州市浅层地下水持久性有机污染特征进行了分析,对浅层地下水中有机污染物的来源、污染途径、分布规律等进行了研究。研究结果表明,滨州地区浅层地下水已遭受有机物污染,有机物检出项目较多,共有20种,主要为卤代烃类和单环芳烃类,但总体浓度均较低,仅有3种有机指标超标,主要分布在工业园区、化工厂及皮革城附近。滨州地区有机污染物的来源主要为工业厂家"三废"的不合理排放和处置,导致流经污染源附近的地表水体受到不同程度的有机污染,而这些受污染水体又通过不同方式如污灌等进入不同地段的土壤,以垂向入渗形式进入并污染到浅层地下水。典型地段和污染源附近,有机指标检出率和超标率明显高于其他区域。     

岩溶洼地内涝蓄水量与不同级次裂隙对溶质迁移影响的室内实验与模拟

岩溶洼地在西南地区分布广泛,岩溶地下水为当地居民生产和生活的主要水源,研究岩溶洼地内涝条件下裂隙系统中的溶质迁移及响应规律可为峰丛洼地区岩溶地下水的污染防控提供科学依据。基于相似原理构建了岩溶洼地-裂隙系统物理模型,采用对流-弥散模型和脉冲响应模型对溶质迁移过程进行了模拟分析,探讨了不同级次裂隙和内涝蓄水量大小对溶质迁移的影响。结果表明:大裂隙作为优先水流通道,对溶质迁移起主要的控制作用;小裂隙对溶质迁移起暂时储存和缓慢释放的调蓄作用,其溶质迁移的叠加过程使总出口溶质迁移的"拖尾"效应更加明显;随着内涝蓄水量的增加,稀释作用增强,导致溶质峰值质量浓度降低、溶质质量浓度回归至本底值的时间延长、延缓释放溶质的质量增加。该物理模型是对复杂岩溶洼地系统内污染物迁移研究的一种新探索,其模拟结果进一步深化了对洼地内涝条件下面源污染物在岩溶水系统中迁移规律的认识。      

煤矸石回填地基的环境效应研究

为了弄清楚煤矸石回填地基对复垦区的环境效应,以开滦矿区吕家坨复垦新村为例,介绍了地基回填煤矸石工艺,分析了煤矸石化学成分及其含量;采用室内淋溶实验,对pH、总硬度(CaCO3)、F-、SO2-4、Pb、Cd和Cr6+浓度等地下水环境质量指标进行分析,探讨了煤矸石回填地基对水环境的影响;讨论了煤矸石回填地基对大气质量的影响;参照《城市放射性废物管理办法》规定,评价了回填地基煤矸石的放射性对人体健康的危害.结果表明:通过现场振动压实试验确定了回填地基分层充填、分层振动压实参数及碾压趟数,确定按照煤矸石与土体积之比5∶2进行回填,若回填一层厚500 mm煤矸石,则要回填一层厚200 mm粉煤灰或土,地表覆土厚度确定为0.5m;煤矸石中SiO2和Al2O3含量较高,属基性岩类,同时煤矸石含有炭、铝和CaO等物质,易发生水解和风化等现象;地基分层回填压实的复垦工艺减少了煤矸石中有害物质的释放量,降低了污染物的迁移速度,不会对水环境造成污染;地基回填煤矸石也显著减少粉尘和有害气体的排放量,降低对大气的污染;研究区煤矸石不属于放射性废物,不会影响人体健康,可作为建筑材料使用.     

江苏滨海平原弱透水层封存的古咸水及其运移过程

滨海平原弱透水层广布且多赋存古咸水，其盐度分布及运移过程深刻影响着含水层地下水的演变，却得到甚少关注。采集了江苏滨海区7个浅层钻孔弱透水层原状样品，压榨法收集孔隙水。利用孔隙水天然示踪剂ρ（Cl-），ρ（Br-）剖面和数值模拟分析了弱透水层孔隙水盐度特征和运移机制。得出浅层孔隙水ρ（Cl-）垂向剖面存在2个趋势:①峰值在表层，沿深度逐渐下降；②峰值在深度25m左右，向两端浓度降低。孔隙水ρ（Cl-）为486.2~38 036.7 mg/L，Cl/Br比值为72~360（均值241）。ρ（Cl-）与Cl/Br比值关系及剖面分布说明孔隙咸水为海相成因，来自于全新世海侵时期的古海水，并受到后期淡水的稀释。弱透水层孔隙水一维垂向运移数值模型表明海侵-海退事件控制了海岸带弱透水层孔隙水的盐度演变，全新世古海水仍封存在沉积物中，更新世时期的海水已被驱替。孔隙水运移以扩散为主，垂向运移速率为0.43~15.8 mm/Ma。在相对高渗透性的粉砂地层中，可能还受到侧向对流的影响。弱透水层中古海咸水的重新分布，尤其在地下水超采条件下，可能成为地下水的重要咸化来源。      

Porosity, Dispersivity, and Contaminant Transport in Groundwater

Porosity (n) and Dispersivity (D) were modeled in relation to Solute Transport Time (t) in a saturated, homogeneous, isotropic, unconfined aquifer using the MOC model. It was noted that n and D have an important influence on solute transport time t in groundwater, with a consistently strong and direct relationship between n, D, and t. In the case of porosity, the relationship was found to be directly related to t when other aquifer properties remained unchanged. This was also mathematically argued using a form of the flow equation put forward by Henry Darcy (1856). Dispersivity on the other hand had somehow the same relationship with solute transport time t as porosity, but with much less effect. That is, higher dispersions lead to longer solute transport time within the aquifer system. This was because as the individual solute particles set off from the average seepage velocity, they traversed through longer distances due to tortuosity, mechanical mixing, diffusion, and microscopic heterogeneity latent in the porous media. Also when n and D were co- treated over t, n was noted to be dominant over D with regard t. This follows that the effect of porosity on solute transport time far out shadowed that of dispersivity. Stated in other words, the dispersivity of a substance in any porous medium is to a large extent a function of the porosity of that medium.     

面向对象的煤矸石堆场SPOT-5影像识别

煤矸石是一种在成煤过程中与煤层伴生的黑灰色固体废弃物,不仅会污染环境,而且会严重损害附近居民的身体健康,目前已经成为矿区生态环境的主要影响源之一。因此,实时、准确、快速地获取煤矸石堆场的位置、形状和面积等信息,对于环境监测与管理具有重要的意义。本文以内蒙古鄂尔多斯市东胜区为试验区,将试验区内的典型地物分为：植被、水体、阴影、裸地、建筑、道路、排土排矸场、露天煤矸石堆场、堆煤场及煤渣、采煤坑和其他共11类。本文采用SPOT-5高分辨率遥感影像,面向对象提取研究区内的煤矸石堆场信息,并进行识别精度评价,精度达到89.47%。将面向对象的分类结果与最大似然分类方法的分类结果进行比较,结果表明,面向对象的提取方法可更好地应用于煤矸石堆场信息的自动提取,大幅度提高精度和效率。     

抚顺市堆积煤矸石对地下水的污染

抚顺市煤矸石堆积占全市面积的１１．５％，煤矸石的风化作用导致了对环境，特别是对地下水的严重污染。本文以西舍场煤矸石为例，分析了污染区的时空分布以及煤矸石对地下水的污染机理。     

井工煤矿生态恢复治理工作中存在的问题探讨

井工煤矿对生态系统的影响和破坏主要为采空区导致地表变形、地面塌陷、地裂缝等地质灾害,地下水系统破坏和"三废"排放等。该文认为人们对矿区生产及闭坑后地下水污染对农业的危害未能引起足够的重视,急需强行关闭用作灌溉的污染水井,然后需要进行监测、封堵、治污等工作,逐渐提高矿区地下水质量;认为煤矿高岩温岩体作为地热能的主要赋存体,具有较好的热导率,通过水源热泵系统提取循环水中的热量,可以将采空区周边的地温能加以提取利用,让煤矿在生产及闭坑后均能产生地热能源;认为制约煤矿采空塌陷积水区治理的关键问题是解决充填积水区和井下采空区填充物问题,提出改造鲁南运河,将黄河泥沙输送到济宁及周边矿区;认为治理历史遗留矸石山的关键问题是爆破削坡过程中发生崩塌、滑坡、扬尘等灾害,可以利用高压水枪,配合破岩机和挖掘机联合作业来解决。     

土壤中溶质运移的数学模型及其解析解

首先给出了非均匀土壤中考虑水动力弥散尺度效应的一维溶质运移两区模型.然后在初始浓度为零,半无限一维空间内第一类边界条件下,推导出了可动区和不动区溶质浓度分布Cm(x,t),Cim(x,t)的解析表达式.