灰坝工程领域岩体裂隙渗流浸润线及出漏点溶质浓度数值模拟

灰坝工程中灰水渗漏易对地下水产生污染,为预防治理地下水污染,应研究灰场污染物的运移机理,在运移工程中由于岩体裂隙的粗糙性和各向异性,渗流及溶质运移模型实际非常复杂。本文着眼于建立将粗糙裂隙岩体非连续渗流、溶质运移数学模型,应用于陡立裂隙网络岩体渗流浸润线及出漏点溶质浓度数值模拟,为定量分析灰场对地下水的影响提供理论依据。     

奥灰水文地质条件的数值模拟探讨

基于数值模拟技术以象山矿11#煤底板奥灰含水层放水试验成果为基础,深入分析与合理概化水文地质条件,采用三维地下水模拟软件Visual MODFLOW建立研究区地下水系统的三维数值模型。经过模型的校正分析,认识矿井水文地质条件,反演得出含水层主要水文地质参数,最终合理的预测了该矿井11#煤研究区底板带压涌水量及首采面奥灰含水层涌水量。     

某规划区地下水环境影响评价研究

为预测某规划区地下水环境影响,本次研究运用FEFLOW地下水数值模拟软件,在分析研究区水文地质、地下水渗流场等的基础上建立了溶质运移数值模型。模拟结果显示,模型能够真实反映研究区实际水文地质条件,预测两种工况下的氨氮、氰化物和COD进行溶质运移变化规律,可以作为地下水环境影响评价的依据。同时,污水处理厂在事故工况下对地下水环境影响较大,规划区应制定相应的地下水风险应急预案并采取严格的防渗措施,减小对地下水的影响。     

京能十堰电厂灰场地下水氟化物运移规律研究

通过对研究区的水文地质条件进行分析,建立田畈灰场的水文地质概念模型。选用灰渣溶滤后产生的F~-作为模拟因子,利用地下水模拟软件Visual MODFLOW对研究区地下水中的F~-的运移进行了数值模拟研究,对地下水中的F~-污染的范围和程度进行了预测。结果表明:氟化物在地下水中的运移方向与地下水水流方向基本一致,氟化物浓度随着迁移距离的增大而减小。为灰场地下水环境污染防治提供依据。     

基于Visual MODFLOW的某药厂地下水污染模拟研究

以某药厂作为研究区,应用Visual MODFLOW建立了地下水水流模型和溶质运移模型,模拟了污水池底部防渗破损非正常工况下4种特征污染物运移情况,数值模拟预测污染物的影响范围、超标范围和最大运移距离。由预测结果可知:污染物主要沿水流方向运移,对水环境的影响随时间逐渐增大;在重力的作用下从地表逐步渗入深层,造成局部的地下水环境污染,在计算时间段内,二氯甲烷、CODMn、氨氮和酚的渗漏会对厂区地下水水质造成一定的影响,导致局部地区地下水中的污染物超标,但是20 a的污染物均未扩散至厂界范围以外。     

基于水化学和同位素特征的新乡某地下水污染场地水文地质概念模型细化

构建合理的水文地质概念模型对于地下水数值模拟至关重要,概念模型如果确定不合理,整个数值模拟将毫无意义。通常水文地质调查可以大致确定水文地质概念模型,然而对于一些不易被发现的补给源,通过水文地质调查也无法确定。水化学和同位素特征对地下水的补给源及水流路径有很好的指示作用,可以根据这些信息对水文地质概念模型进行细化。文章通过对研究区地下水取样,分析地下水水化学和同位素特征,确定出研究区内不易识别的地下水补给源及顶层黏土-粉质黏土的透水性,最终细化了水文地质概念模型边界条件。这对于后期得到正确的地下水流和溶质运移模拟结果具有重要意义。     

裂隙岩体中非饱和渗流与运移的概念模型及数值模拟

探讨了裂隙岩体中非饱和地下水渗流与溶质运移的几种概念模型的构造及数值模拟问题 ,如裂隙网络模型、连续体模型、等效连续体模型、双孔隙度 (单渗透率 )模型、双渗透率模型、多组份连续体模型等。在裂隙岩体中 ,非饱和地下水的渗流可能只局限于岩体中的岩石组份、或裂隙网络 ,也可能在裂隙和岩石中同时发生 ;对前一种情形只需考虑单一连续体中的流动 ,而后一种情况则需要包括地下水在岩石和裂隙之间的交换。岩体中的裂隙网络往往是溶质运移的主要通道 ;但当溶质在裂隙与岩石之间的渗透和扩散是重要的运移机制时 ,就需要考虑岩石与裂隙界面处的溶质交换。为了模拟岩石与裂隙之间地下水和溶质的交换 ,就需要了解岩石与裂隙之间相互作用的模式和范围 ,使得这类问题的概念模型较单一连续体模型多了一层不确定性、其数值模拟也变得更为困难。因为在实际问题中不易、甚至根本不能判别非饱和渗流的实际形态 ,具体采用哪种模型主要取决于分析的目的和对现场数据的掌握程度。不论哪种模型都会受到模型及参数不确定性的影响 ,因此必须考虑与其他辅助模型的比较.     

PHREEQC在地下水溶质反应-运移模拟中的应用

由于地下水污染的加剧,对地下水中污染物运移规律的研究日益受到重视。地下水中的溶质在运移过程中伴随着溶质组分间的化学反应,因此需要建立地下水溶质运移与化学反应的耦合模型。PHREEQC是近年来发展起来的描述局部平衡反应、动态生物化学反应的水文地球化学模拟软件。本文利用该模拟软件对一维地下水流动过程中溶质离子交换反应和动态氧化还原反应进行了模拟。结果表明,PHREEQC能够成功地进行溶质运移情况下复杂水化学反应模拟,但对于复杂地下水流和溶质运动的情况,有必要耦合其它的地下水流动和溶质运移软件来共同完成。     

地下水溶质迁移模拟研究进展

在地下水的相关研究中,农药和石油等地下水污染、土地盐碱化、海水入侵等诸多实际问题主要的研究方法都涉及地下水溶质迁移模拟. 相比地下水水流模拟的相对完善,对溶质迁移的模拟比较薄弱且迁移过程本身复杂性较高,目前地下水溶质迁移的研究工作还处在全面发展的阶段. 文中阐述了反映地下水溶质迁移机理和过程的数学模型,综述了溶质迁移模拟在地下水污染物防治、土地盐碱化、海水入侵、石油和放射性废物扩散等问题的诸多应用,归类了目前溶质迁移模拟所使用的对流迁移、对流-弥散模拟等主要数值方法,并对这些方法的优缺点和应用实例做了总结. 最后,分析了目前溶质迁移模拟中存在的不足,展望了未来在参数确定、裂隙介质运移机理和多相介质条件下运移模拟可能取得的突破.     

基于VSF的非饱和-饱和带耦合过程的三维水流数值模拟

包气带作为"四水转化"的关键带,在地下水流与溶质运移模拟中起着重要作用。VSF是一款基于MODFLOW-2000开发的用于模拟非饱和-饱和带水分变化和运移过程的数值模拟程序。本文首先介绍了VSF程序的设计原理与结构,并重点介绍了VSF区别于MODFLOW-2000的用以概化非饱和带水分运移和边界条件设置的子程序包模块,包括Richards方程渗流(REF)、浸润面(SPF)、地表滞水(PND)、地表蒸发(SEV)和植物根区蒸散发(RZE)等子程序包。本文以REF、SPF、PND和SEV等子程序包为例,将VSF与MODFLOW-2000耦合应用于一个非饱和-饱和带水流运移过程的模拟算例。结果表明,VSF可与MODFLOW耦合实现饱和带水位与非饱和带饱和度的同步计算,并能刻画模型中单元格饱和状态的变化过程,其多种实用的边界条件可提供较为全面的模拟条件,是模拟实际包气带-饱和带耦合问题的有效工具。     

滁州市某垃圾填埋厂对地下水的污染预测

以滁州市某固体垃圾填埋场项目为研究对象,根据地质及水文地质条件,运用Visual Modflow建立地下水水流和溶质运移的三维耦合数值模型,模拟填埋场在水平及垂直防渗层均发生破坏时,渗滤液中的Cr~(6+)在地下水中的运移过程及范围。结果表明:在防渗层破坏的情况下,渗滤液中Cr~(6+)运移的范围较小,对地下水造成的污染程度较弱。从模拟结果得出污染物的浓度值在模拟期结束后仍能达到《地下水质量标准》的Ⅲ类标准。由此提出在安徽滁州地区对固体废物进行填埋处理的可行性,为垃圾填埋处理提供了相关理论依据。     

基于流网单元的污染物优势运移数值模型

垃圾填埋场滤出液、入侵海水、核废物及生产生活废水等污染物随地下水的迁移威胁人类生存。地下水渗流的随机性导致溶质运移问题更加复杂。根据流网特点,利用流线与水头等势线对求解域进行离散,基于质量守恒原理建立流网单元内溶质浓度求解的隐式有限体积差分格式。基于多孔介质孔隙流速分布规律,利用蒙特卡洛法建立流管单元随机流速场进行溶质运移过程的数值模拟,最后根据数值模拟和模型试验的结果对比,验证了数值模拟方法的准确性。基于流网单元的数值模型中沿流线方向的物质交换由对流和扩散共同作用,而流管间的物质交换只有扩散作用,因此,可在不使用弥散系数下进行污染物运移的模拟。引入随机方法确定流管内流速为研究非均匀流场中染污物的优势迁移提供了新的思路。     

加油站地下水甲基叔丁基醚(MTBE)的迁移模拟研究

本文以北京市某加油站为例,在水文地质调查、地下水水质评价的基础上,采用Visual MODFLOW模型进行地下水流场及溶质运移模拟,预测MTBE在地下水中的迁移及污染趋势。结果表明:监测井水质污染现状为VI级极重污染,主要贡献指标是锰和MTBE;所建立的模型基本达到精度要求,符合工作区水文地质条件,能基本反映该区地下水系统动态特征;利用模型对地下水中MTBE的运移模拟可知,运移100天后,加油站下游约500m处潜水中MTBE将检出,运移800天后,距离加油站最近的水源井一级保护区内潜水将能检出MTBE,1500天后,距离加油站最近的水源井处潜水中的MTBE浓度将远超过0.5μg/L,另外运移2550天后,MTBE将影响至承压水,4015天后,距离加油站最近的承压水水源井中MTBE的浓度将达到0.5μg/L。     

基于CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究

多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例（1个落水洞、4个直管道）,探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。     

焦作地区浅层地下水铬(Ⅵ)污染机理及迁移预测

通过对焦作地区浅层地下水中铬(Ⅵ)污染物分布特征进行调查,分析了研究区浅层地下水中铬(Ⅵ)的污染机理,并运用Visual MODFLOW建立地下水流模型及溶质运移模型,模拟预测了浅层地下水中铬(Ⅵ)的迁移规律。结果表明:研究区浅层地下水铬(Ⅵ)污染严重,污染源是位于老君庙西南方向的焦作某电厂堆灰场,主要原因是露天堆放的粉煤灰中的铬(Ⅵ)污染物在长期淋滤作用下下渗污染含水层。气候条件、包气带岩性、地下水化学环境以及人为因素等也间接使浅层地下水铬(Ⅵ)浓度升高;模拟结果显示在未来的五年时间内,受地形和地下水动力场的影响,浅层地下水中铬(Ⅵ)的迁移方向与地下径流方向一致,沿大沙河水流方向上扩散速度更快,污染区域面积逐渐增大。      

Visual MODFLOW在大庆龙西地区地下水数值模拟中的应用

Visual MODFLOW是综合MODFLOW、MODPATH、MT3D、RT3D和WinPEST等地下水模型而开发的可视化地下水模拟软件，具有水的质点向前、向后示踪流线模拟、任意区域的水均衡、简化数值模拟数据前处理和后处理，将模拟的复杂性降到最小等特点。龙西地区是大庆油田新增水源地，使用Visual MODFLOW在该地区进行了地下水资源的模拟与预报，建立准三维模型，发现PCG2求解方法精确度最高。另外，把随机模型和MODFLOW模型相结合，解决了边界水位在计算中不断变化的问题。按照设计开采量对地下水水位进行预报，根据模型预报结果，水：原地设计开采量是可行的。Visual MODFLOW成功地运用于大庆龙西地区地下水资源的评价，操作简便，预报准确、可靠，说明具有很好的应用和推广前景。     

含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响

为探讨含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响,基于非均质含水层砂箱实验,分别用传统等效均质模型、克立金插值和水力层析刻画含水层渗透系数场,并探讨了先验信息对水力层析结果的影响.将不同方法估算的渗透系数场用以预测地下水流和溶质运移过程,以此判断不同方法估算结果的优劣,分析含水层非均质性对地下水流和溶质运移的影响.结果表明:与克立金插值法相比,水力层析法可以更好地刻画含水层非均质性,较准确地预测地下水流和溶质运移过程;钻孔岩心渗透系数样本值作为先验信息可以提高水力层析法估算结果的精度;传统等效均质模型无法准确预测地下水流和溶质运移过程.含水层非均质性的增强将导致溶质污染羽分布形态和运移路径的空间变异性增强,并且优势通道直接决定溶质的分布及运移路径.      

基于Modflow的某表面活性剂生产项目对地下水环境影响预测研究

利用数值模拟方法预测与评价生产项目对地下水环境的影响,是科学制定地下水影响跟踪计划、减轻不良影响的重要手段.Modflow是广泛采用的三维地下水流和溶质运移模拟软件.以某表面活性剂生产项目为例,将项目埋深40 m以浅的浅层地下水作为预测评价的主要影响层位,使用Modflow数值模拟软件,选取CODCr和BOD5为水环境...     

煤矿区放水试验中示踪剂的运移规律

以地下水动力学的相关理论为基础,提出应用溶质运移模型对放水和示踪联合试验中获取的水量、水位及示踪剂浓度时间序列数据进行定量研究的方法。对裂隙介质溶质运移的基本规律、数学模型及其数值解法进行了系统的总结,对比各种解法的优缺点及其适用条件,并给出了联合试验溶质运移规律模拟分析的流程。      

基于MODFLOW在地下水资源评价的应用现状和未来展望

地下水数值模拟软件在我国地下水资源评价中发挥了重要作用,而Visual MODFLOW是目前公认的应用最广最标准的可视化专业软件。介绍MODFLOW的发展历史、功能特点及其应用模块等。目前评价地下水资源的最常用方法是数值法,并说明该方法的应用步骤。阐述软件在国内外对地下水资源评价方面的应用现状,提出存在的问题,指出与GIS密切结合、同多学科耦合是今后地下水系统数值模拟的重要课题。