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。     

地表地下耦合的水量及溶质运移模拟研究进展

地表水与地下水之间存在强烈的相互作用,构建地表水和地下水耦合的水量和溶质运移模型可以揭示地表水和地下水之间的相互作用机制,并提高地表地下水量水质预测的精度。介绍了现有的地表地下耦合的水量及溶质运移模型,对比了各模型的求解方法和适用领域,总结了这些模型的应用现状。其中水量模型中全耦合模型精度较高,是未来模型发展的主流方向,溶质运移模型中溶质反应过程模拟较为欠缺。未来应在优化求解算法、提高溶质反应模拟和加强裂隙介质模拟等方面深入开展相关研究。     

水文地球化学模拟研究的现状

水文地球化学模拟是研究地质生态，地下水污染的一种新的方法，是多学科综合研究的产物，通过各种不同的水文地球化学模型，可以定量模拟各种自然过程和人类活动影响下水－岩相互作用及地下水中污染质的运移过程，预测地下水污染的发生，发展趋势，指导地地下水的监测，保护及合理开采，是地下水管理中不可缺少的一部分。综述了有关水文地球化学模拟研究的现状，对水溶液组分平衡的地球化学模型，地下水溶质运移模型，耦合水化学模型     

裂隙岩体地下水溶质运移的尺度问题

核废料的安全贮存、地下污染的预测控制等目前面临的许多重大问题要求对大尺度裂隙岩体地下水溶质运移问题进行研究,然而裂隙岩体地下水溶质运移问题的尺度效应给这项研究带来了极大的挑战.本文介绍了裂隙岩体地下水溶质运移的多尺度概念模型及其物理和数学模拟方法,并探讨了模拟尺度与观测尺度、预测尺度、裂隙介质尺度之间的关系及尺度效应的分形特征.     

岩溶区地下水数值模拟研究进展

岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。      

Visual MODFLOW在水文地质勘查中的应用——以山东新驿煤矿下组煤先期采区水文地质勘查项目为例

Visual MODFLOW是目前国际上最为流行的三维地下水流和溶质运移模拟评价可视化专业软件系统,在我国主要应用于地下水流及溶质运移的数值模拟分析.根据勘查区地质、水文地质条件,使用Visual MODFLOW4.1三维渗流数值模拟软件,建立反映地下水分布规律、储存条件及其时空变化规律的渗流数值模型,并进行矿井突水量及安全水位疏排水量预报.     

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.     

干旱区包气带土壤水分运移及其对地下水补给研究进展

包气带是指地表到地下水之间垂直剖面中土壤孔隙没有被水充满、水分处于非饱和状态的区域,是地表水进入地下水的通道。包气带土壤水分运移过程不仅影响到地下水补给,而且与相邻景观之间存在水力联系。评述了干旱区包气带土壤水分运移模拟、地球化学示踪技术、地球物理技术在包气带土壤水分运移研究中的应用、影响包气带土壤水分运移及对地下水补给的因素、包气带水分运移对景观间水分交换的影响等方面的研究进展,提出在未来的研究中,应加强包气带土壤水分运移参数的试验观测及数据库建立、加强包气带土壤水分运移及其对地下水补给的研究,应借鉴地球关键带研究的思路,开展包气带土壤水分运移、溶质运移、地下水补给耦合研究。     

基于FEFLOW在地下水数值模拟中的应用综述

数值模拟法是地下水水量和水质评价的主要技术方法,通过简述地下水数值模拟的发展历程、FEFLOW软件的输入特点和功能,并结合FEFLOW在地下水模拟方面的应用现状,论述了对河流和断层处理的方法,最后提出了FEFLOW软件存在的问题及应用前景。研究结果可知:(1) FEFLOW是迄今为止功能最为齐全的地下水数值模拟软件,适用于各种尺度的地下水、多孔介质和热能传输项目,但这些领域基本都是水流和溶质运移耦合、水流和热量运移耦合等两场进行耦合,少见三场耦合研究实例;(2)存在无法实现源汇项单独处理等缺陷,仅能实现in/outflow on top/bottom菜单功能,降雨入渗和蒸发同时作用必须用净补给量来表达,增加了前处理的困难,在应用模型模拟时,由于FEFLOW网格划分时的数量受到限制,超大区域建模也容易出现不精确问题;(3)在对地下水污染物运移模型模拟时,通常考虑的是对流、弥散、吸附作用,而未有一阶化学非平衡反应,随着人类对地下水环境和质量的高度重视,对于两相有机和无机污染物迁移耦合研究将会是未来的研究重点。     

基于过程模拟的地下水脆弱性评价研究进展

地下水脆弱性评价是进行地下水污染防控的关键。经过近40年的研究,过程模拟法被认为是最具实际意义和最精确的评价方法。目前学者对地下水水流和溶质运移模型与地下水脆弱性评价的耦合进行了探索研究,充分发挥了过程模拟法物理意义明确、评价结果可靠度高、主观性低、实用性强等优势。但该法仍受限于水流和水质长观资料、存在不确定性、不易获取表征特征污染物在地下水系统中的转化过程的定量参数等缺点,因此,未来包气带中溶质迁移转化理论、包气带和饱和带的耦合模型、随机模型和各种智能方法与过程模拟法的结合、过程模拟法和评价结果的不确定性以及GIS技术与各种数学模型的结合都将是基于过程模拟研究地下水脆弱性的重要发展方向。     

中国CO2地质埋存条件分析及有关建议

化石燃料燃烧产生的温室气体导致全球气候变暖是人类共同面临的重大环境问题.本文提出减排大气CO2含量最为现实和有效的对策是采取CO2地质埋存技术.在总结国际CO2地质埋存研究成果的基础上,全面分析了中国适宜CO2埋存的地质条件和潜在的埋存区域.初步估算,中国CO2地下贮存总容量约为14548×108t.建议近期加强中国CO2埋存地质条件调查和相关重大科技问题的研究.     

松辽盆地CO2地质储存适宜性评价

为缓解全球气候变暖趋势,CO2地质储存成为目前减少向大气排放CO2量的有效方法之一.区域CO2地质储存适宜性评价是筛选CO2地质储存目标区和工程建设的基础,合理的评价指标体系和指标权重对评价结果有重要影响.本次研究结合松辽盆地地质条件,建立包括地质储存规模、储存经济性、储存条件和储存安全性4个方面、20个指标、5个指标...     

Amplitude Variation with Offset Responses Modeling Study of Walkaway Vertical Seismic Profile Data at CO2 Geological Storage Site, Ketzin, Germany

An important component of any CO2 sequestration project is seismic monitoring for tracking changes in subsurface physical properties, such as velocity and density. Different reservoirs have different amplitude variation with offset (AVO) responses, which can define underground conditions. In the present paper we investigate walkaway vertical seismic profile (VSP) AVO response to CO2 injection at the Ketzin site, the first European onshore CO2 sequestration pilot study dealing with research on geological storage of CO2. First, we performed rock physics analysis to evaluate the effect of injected CO2 on seismic velocity using the Biot-Gassmann equation. On the basis of this model, the seismic response for different CO2 injection saturation was studied using ray tracing modeling. We then created synthetic walkaway VSP data, which we then processed. In contrast, synthetic seismic traces were created from borehole data. Finally, we found that the amplitude of CO2 injected sand layer with different gas saturations were increased with the offset when compared with the original brine target layer. This is the typical class III AVO anomaly for gas sand layer. The AVO responses matched the synthetic seismic traces very well. Therefore, walkaway VSP AVO response can monitor CO2 distribution in the Ketzin area.     

江苏省CO2 煤层地质封存条件与潜力评价

根据江苏省石炭-二叠纪煤系的分布、煤炭资源量和煤层的储集条件等煤封存CO2地质条件的综合研究,分别对苏南 煤田、徐州煤田、丰沛煤田煤层封存CO2的潜力进行了初步评估,认为该区CO2煤层封存具有一定的潜力和前景。评估结果 表明江苏省煤层可存储CO2总量超过3×108 t,其中苏南含煤区可存储CO2容量为8.1×107 t,徐州煤矿区可存储容量近1.5× 108 t,丰沛煤矿区为8.7×107 t。并对各典型含煤区块CO2煤封存前景进行分类 ：适合存储区（ A 类）、较适合存储区（ B 类）和较差存储区（C类）。     

深部咸水层CO2地质储存工程场地选址技术方法

CO₂地质储存作为环保型工程项目,其合理的工程场址是实现长期、安全封存CO₂的首要前提。我国CO₂地质储存工作刚刚起步,尚未形成成熟的选址技术方法体系。CO₂地质储存工程场地选址应遵循目标储层有效储存量大、安全、经济、符合一般建设项目环境保护选址条件、不受外部不良地质因素影响的原则,选址技术宜采用多尺度目标逼近法,选址程序包括规划选址和工程选址两大阶段。规划选址包括国家级、盆地级和目标区级潜力评价3个阶段;工程选址旨在通过目标靶区确定、综合地质调查、钻探及灌注试验和选定场地多因子排序综合评价,最终选出良好的工程场址。深部咸水层CO₂地质储存工程场地多尺度目标逼近选址技术方法对我国批量开展CO₂地质储存工程场地选址具有一定的指导意义。     

水环境同位素技术在二氧化碳地质储存中的应用之探讨

通过分析二氧化碳地质储存的地下空间和时间特征,并结合水环境同位素技术的特点,提出将其应用于碳储存方面可以从以下三方面入手:(1)利用水环境同位素技术判断二氧化碳规模化封存场地的水文地质条件的方法,评价典型二氧化碳规模化封存咸水层的安全持久性及储存二氧化碳的适宜性;（2）确定判断泄露二氧化碳“碳源”的同位素方法,研究泄露的“碳”源;（3）通过水环境同位素技术,研究二氧化碳地质封存与地下水循环、径流之间的关系,评价规模化封存二氧化碳潜在泄露对浅层含水层的影响。     

CO2矿化封存条件下玄武岩溶解反应速率模型

实施CO2补集与地质封存是目前降低大气中CO2含量、减轻温室效应的有效途径。在所能利用的封存方式中,CO2矿化封存最为安全、稳定。在能实施矿化封存的岩石介质中,玄武岩封存潜力巨大,且岩石溶解反应过程是矿化沉淀过程的基础;因此,研究玄武岩溶解反应速率十分必要。在构成玄武岩的单一矿物与缓冲溶剂的反应速率模型的基础上,提出不同温度下玄武岩样品在超临界CO2水溶液中的溶解速率模型,并通过室内实验,利用采自山东省临朐县的玄武岩岩心样品,在45~100 ℃、10 MPa条件下,与超临界CO2－纯水反应,并运用最小二乘法确定模型中相关参数。同时利用57 ℃、72 ℃、92 ℃ 3个温度下的模型计算值与实验值对模型进行验证,结果证明了模型的准确性和可靠性,研究结果可直接应用于CO2地质封存条件下玄武岩溶解速率的计算。     

海洋直接注入CO2封存技术方法综述

人类活动造成的CO2排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。CO2封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。海洋碳捕获、利用和封存（OCCUS）可以在较短时间内提供最大的碳封存能力,与其他地质封存方法相比更加安全有效。而且,多相态形式的CO2（气态、液态、固态和水合物）可以在海洋纵深尺度上实现直接注入。海洋碳封存是一项发展潜力巨大、优势明显的新兴碳封存技术,是实现大规模碳减排的重要措施之一,具有广阔的应用前景。因此,笔者等系统地阐述了海洋CO2直接注入、封存（OCS）的基本原理、技术现状、监测与评估,以及环境方面的影响,并对高效CO2注入技术,CO2泄漏的检测、防范与补救技术,以及海洋碳封存的生态后效等方面进行了展望。     

面临21世纪的中国地下水模拟问题

本文在扼要介绍了我国地下水模拟的发展历程和现状后,着重探讨了面向２１世纪中国地下水模拟发展中存在的几个带全局性的关键总是及对其对策;     

CO2地质处置研究进展

减少CO2向大气排放的一个主要的方法是将其隔离在地下深部，即CO2地质处置。CO2地质处置的方法主要包括：含水层处置，海洋处置，利用CO2开采油气以及煤层甲烷气体等。含水层处置有三种机制：（1）水力学方法；（2）溶解的方法；（3）矿物处置。CO2地质处置是可行的技术方法，在实际中已有了应用。在难以获得复杂的深部含水层环境的情况下，地球化学数值模拟方法在评价地质处置CO2可行性上具有重要的作用。