人工示踪试验方法在岩溶地下水调查中的应用

正示踪试验主要用于确定岩溶区地下连通性、泉域范围、污染物来源和归宿,最基本的水流示踪试验由上游示踪剂投放和下游示踪剂监测组成。岩溶区一般在伏流投放示踪剂,在岩溶泉开展示踪剂监测,以确定地下连通情况、岩溶泉域范围、地下分水岭,以及岩溶管道的分布、形态和水力特征。水文地质学意义上的示踪剂包括水中任何能获取地下水流和物质运移信息的物质或特征参数,最初使用的示踪剂主要有谷壳和锯末等,直到1871年,荧     

碳酸盐溶解、沉淀控制下的反应－迁移模型研究

以碳酸盐岩中方解石、白云石和石膏的溶解和沉淀化学反应为基础，阐述了反应模型和水流模型，建立了化学动力学方程－水流方程的关系，并且采用解析法－数值法混合解法求解济南岩溶区的反应－迁移模型，计算该区的化学反应速率常数和水动力参数     

基于GMS软件对某污染厂区地下水污染规律研究

以某污染厂区为研究对象,通过野外调查并结合已有资料,利用GMS软件建立研究区域地下水流场模型和溶质运移模型,并且详细分析了地下水污染规律。研究结果表明:降雨入渗扩散方式下,污染物在地下水中的迁移速率与污染物的浓度及地下水介质密切相关。在潜水含水层中,污染物主要以垂向运移为主,并且受污染源强影响较大,污染物浓度越高,其垂向运移速率越快,污染物在水平面上的扩散速率受污染源强的影响较小;在承压含水层中,污染物沿水流方向迁移,并且呈现匀速扩散趋势。     

浅层地下水氯代烃污染天然衰减速率的估算

天然衰减恢复技术是恢复和控制浅层地下水氯代烃污染的技术之一,如何简便获取可靠的氯代烃衰减速率常数是该技术应用的一个关键。趋势线分析方法是一种简便有效的方法,在污染羽状体稳定的条件下,通过地下水流向上至少3口监测井的资料,能够比较准确地估算出污染物的天然衰减速率常数和生物降解速率常数。某氯代烃污染典型区的应用实例研究表明,该区四氯乙烯(PCE)的天然衰减速率常数和生物降解速率常数分别为0·000925d-1和0·000537d-1,证实该区浅层地下水中的PCE存在天然生物降解,但降解速率比较缓慢。忽略吸附作用的天然衰减容量计算所得出的天然衰减速率常数明显小于实际结果,说明尽管典型区包气带及含水层介质的有机碳含量很少,但它们对PCE的吸附作用不容忽视。     

水箱-管道系统溶质运移实验研究及其岩溶水文地质意义

为了研究岩溶管道中溶潭对溶质运移的影响,在实验室内构建水箱-管道系统,在不同管道结构和水流条件下进行定量示踪实验并得到相应的穿透曲线(BTCs);采用Qtracer2软件分析溶质运移参数,采用滞后系数R分析实验结果与一维经典对流弥散方程解析解之间的差别。实验结果显示:随着水箱数量的增加,示踪剂(NaCl)峰值质量浓度逐渐降低,弥散系数和弥散度逐渐增加,穿透曲线拖尾逐渐增长,表明水箱的瞬态存储使溶质运移滞后;与不对称水箱相比,对称水箱BTC拖尾较长;峰现时间随着不对称水箱数量的增多明显滞后;出口流量增加时,弥散度减小,BTC拖尾变短。一维经典对流弥散方程解析解仅对单管道最大流量条件下的BTC拟合较好,对流量较小的单管道和水箱-管道系统的BTC拟合较差,需研究适用的模型解释其拖尾现象。     

岩溶地下河浊度来源及对示踪试验影响的定量分析

定量示踪技术是分析岩溶含水层水力特征和岩溶水系统结构的重要手段,地下河浊度是制约定量示踪试验精确性的关键因素。针对西南典型岩溶地下河,以三次不同水动力条件下示踪试验为研究对象,通过对比分析浊度、流量及示踪剂浓度变化探讨浊度来源及其对示踪剂和管道参数的影响。试验过程中,确定存在上、下临界流量使水流从层流过渡为紊流状态,浊度主要来源从管道内部再悬浮颗粒过渡为外源悬浮物,计算上、下临界流量分别为0.7 m~3/s和0.4 m~3/s。通过浊度与示踪剂的相关关系研究浊度对示踪剂的影响,结果表明当浊度大于25时,浊度与示踪剂浓度呈负相关关系,且浊度越大,对示踪剂的影响越大。最后通过对比确定,第一次示踪试验浊度影响较小,并估算了岩溶管道参数,为进一步水资源评价提供基础。     

地下水土有机污染MNA修复研究综述

监测自然衰减技术（MNA）是修复地下水土有机污染最经济和有效的方法之一。在自然衰减的评价中,美国主要是从3个方面的证据来揭示自然衰减的发生：污染物质量减少;表征生物降解的地球化学指标的变化;通过微生物降解菌研究为生物降解提供直接证据。本文总结了目前国际上获取自然衰减证据的主要方法：污染物浓度变化趋势统计法、污染物质量守恒和质量通量分析法、溶质运移的解析模型、溶质运移的数值模型、地球化学证据方法、稳定同位素方法和微生物菌群研究等方法。我国在自然衰减评价方面的研究较少。由于自然衰减修复时间较长、修复效率较低,在实际应用中,联合运用强化衰减修复技术和MNA技术成为地下水土治理的主要发展趋势。     

山东铝业公司第二赤泥堆场地下不环境影响评价

山东铝业公司拟建第二赤泥堆场于母猪山石灰石采空区。该堆场运行后将对下游地下不体造成污染,ｐＨ值将达到１１．３。为此,拟采用用赤泥、石灰配比为１：９的抗渗垫层进行防渗。根据水流运移特征及防渗材料特征,评价满足堆场使用２０年的最佳垫层厚度为１．０ｍ。     

碳酸盐溶解,沉淀控制下的反应—迁移模型研究

以碳酸盐岩中方解石，白云石和石膏的溶解和沉淀化学反应为基础，阐述了反应模型和水流模型，建立了化学动力学方程－水流方向的关系，并且采用解法－数值法混合解法求解济南岩溶区的反应－模型，计算该区的化学反应速率常数和水动力参数。     

应用质量通量评估地下水中BTEX和乙醇的自然衰减

近年来,应用于修复石油烃污染地下水的监测自然衰减技术得到了广泛深入研究,同时质量通量方法已逐渐成为评 估地下水燃油污染场地自然衰减监测修复效能的重要手段。通过在室内砂槽中添加乙醇汽油组分,监测其自然衰减,利用 质量通量方法,得出了BTEX和乙醇的质量减少率、自然衰减速率常数K;结合非反应示踪剂溴离子,评价了BTEX和乙醇 自然衰减因素中吸附和微生物的联合降解效应。结果表明,自然衰减是地下水中燃油组分修复的重要机制,质量通量方法 是评估自然衰减的有效方法之一。BTEX和乙醇在自然衰减过程中被去除的比例分别为78.88%和98.71%,其中约98%的 BTEX 因吸附和生物降解联合作用被去除,接近100%的乙醇因内在生物降解作用被去除;BTEX 的自然衰减速率为 0.077d-1~0.167d-1,乙醇为0.353d-1,自然条件下乙醇比BTEX更容易衰减。     

北京市朝阳区沙子营垃圾污染物在潜水含水层中迁移规律的现场模拟实验

选择北京平原区水文地质、环境地质等方面都比较典型的沙子营垃圾堆放场,建立了其水文地质模型。在充分收集资料、分析得出部分计算所需参数后,采用现场弥散实验、勘查取样测试等方法,求得了该含水层的弥散系数等参数;用二维非稳定流溶质运移方程对污染物在此含水层中的迁移扩散规律、速度和污染范围等进行了模拟计算;采用现场钻探、取样测试分析等方法,评价了该含水层的实际污染状况。实验模拟计算和现场调查结果表明:污染物在潜水含水层中的运移规律遵循二维非稳定流场中的溶质运移方程,污染物在潜水含水层中的运移速度约为86.25m/a,迁移扩散主要发生在地下水流向上,侧向扩散宽度极小,是地下水流向上的1/17。     

确定河流纵向离散系数的相关系数极值法

将描述一维瞬时投放示踪剂情况下的水团示踪试验的解析表达式两端同时取对数,得到一直线方程。该方程的因变量Y中含有试验数据c、t,自变量X中含有试验数据t、x和待求参数u,直线常数中含有待求参数D与A。根据u的取值应使Y与X间的相关系数达到极值的原理,推导出了计算河流平均流速u的公式。在计算出u值后,就可以计算出相应不同时间的X值,然后对Y与X数据进行一元线性回归计算,可以计算出直线常数项,从而便可以计算出D与A值。     

非保守示踪剂条件下的河流水质参数的确定

将描述示踪剂为非保守、瞬时投源条件下的一维河流水团示踪试验的解析表达式进行2次适当的变形,分别得到一个二元和一元线性方程。对二元线性方程应用相关系数极值法,可以推导出计算河流横断面平均流速的公式;利用直线图解法或一元线性回归法能够计算出一元线性方程中的2个常数值,据此可以计算河流的纵向离散系数D_L与示踪剂的一级反应速率常数k。与现有的数据分析方法相比较,该方法具有:(1)适用于示踪剂为非保守的情况;(2)利用一组野外试验数据可以同时计算河流离散系数D_L、河流横断面平均流速V与示踪剂的一级反应速率k常数3个参数值;(3)全部数据分析过程可以程序化,由计算机完成等特点。     

生活垃圾填埋场渗滤液对潜层地下水污染的实验模拟分析——以北京北天堂垃圾填埋场为例

通过对北京市西郊南部北天堂垃圾填埋场渗滤污染组分在含水介质中运移的室内模拟实验分析，揭示了有机污染物等污染组分在含水介质中的运移转化规律，即有机污染物等污染组分在微生物的作用下得到降解；通过阻滞因子和水化学迁移率的计算，得出该含水介质对污染组分的阻滞能力较好。可用水化学迁移率粗略预测不同污染质锋面达到指定地点的时间，为垃圾填埋场地底部防渗层的设计和渗滤液对地下水污染程度的预报提供依据。     

运用STOMP数值模拟器进行多空介质中尿素水解以及方解石沉淀数值模拟

遍布于美国能源部所辖野外场地的地下放射性核素和痕量金属污染对美国能源部的长期监管职能提出了最严峻的挑战。目前较有前景的一个原地固化污染物方法是利用尿素酶催化尿素水解,进而推动方解石沉淀及与之共同沉淀。运用STOMP数值模拟器实施一系列反应性溶质数值模拟来研究系统中水流、运移、反应与反应导致的介质性质变化之间的紧密的非线性耦合,并在研究中系统性增加反应系统的复杂度和物理-化学的非均质性以考察模拟效果。通过调整反应速率表达式中尿素酶浓度和沉淀反应常数,对尿素水解和方解石沉淀速率进行了敏感度分析。结果显示:尿素水解速率是矿物沉淀总量的决定性因素,沉淀物的空间分布既取决于水解速率也取决于沉淀速率;在一维水流柱6个空隙体积的时间段模拟中,观察到了5%的最大空隙度减少;当二维模拟中考虑一个低渗透性包裹体时,被改变的流场重新对生成的沉淀组成物进行了分布,形成了扭曲的反应锋面。模拟结果也显示沉淀在低渗透性区域边界上形成,这说明位于这个区域里面的污染物可能被囊裹而从流线中被隔离起来。     

岩溶地下河污染物运移特征及自净能力 ——以广西里湖地下河为例

以广西里湖地下河为研究对象,通过观测地下河系统中污染物的运移行为来研究其自净过程。于不同季节沿着地下河的径流方向进行一个水文年的调查取样。结果发现地下河主要受到NO₂-N、NH₄+-N、COD和As、Cd、Hg等重金属的污染。污染物从地表进入岩溶含水层,到达地下河出口时部分污染物浓度衰减明显,说明一些离子有明显的自净能力。因地下河的结构和部分管道半充水状态、明暗流交替等水文地质条件,地下河的自净机制主要是物理过程的稀释作用和化学过程的氧化还原反应。通过对比地下河主要离子的衰减量和衰减速率,发现衰减比例最高的为铵态氮,最低为保守元素氯离子。根据衰减速率,将水中的离子和微量元素分为4种衰减特征类型:TFe、Al和Zn一旦进入岩溶含水层后全部衰减;K、Na、Mg、F、Cl、HPO₄和TP在洞穴伏流段具有最高的衰减速率;来自生活和工业污染的NH₄-N、COD_Cr、BOD₅从上游至下游逐渐减少;Mn、 Ba和Hg从明流转为伏流时衰减速率最快,但在洞穴伏流内存在二次悬浮。     

污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移的耦合分析

基于一维固结方程和对流-弥散方程,提出了一种用于污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移耦合问题的求解方法,其中,自重固结方程由解析解直接求解,污染物迁移方程由显示差分法求解。在自重固结方面,新方法可考虑线性的压缩关系和渗透关系;在污染物迁移方面,新方法能够考虑对流、扩散、机械弥散、线性和非线性吸附以及孔隙率相依的有效扩散系数。新方法与CST1数值模型进行了对比,验证了新方法的正确性。基于所提出的解,分析了固结效应、压缩系数、渗透系数和污染物初始分布形式对污染物在淤泥中迁移过程的影响。计算结果表明:固结效应、压缩性、渗透性和污染物的初始分布形式对污染物的迁移过程有着显著的影响;固结效应能显著地加速污染物的流出;土体的压缩系数越大其污染物累计流出质量越大;土体的渗透系数越大其污染物累计流出质量越大;污染物的初始分布形式对污染物的流出速率影响较大。     

地下水污染脆弱性评价方法

地下水污染脆弱性是指污染物自顶部含水层以上某一位置到达地下水系统中某一特定位置的趋势和可能性，进一步分为固有脆弱性和特殊脆弱性。地下水污染脆弱性受地下水流系统和地球化学系统的影响和控制。其主要评价方法有主观分级评价法、统计或基于过程的评价法和综合评价法三大类。中国地下水污染脆弱性评价已有很好的工作基础，评价工作中应以地下水系统为单元，以饮用水井、集中供水水源地、区域含水层系统的补给区为重点保护目标，评价方法应综合区域地下水流系统的过程分析和指数评价方法，并利用已有的区域水质资料进行检验，增强评价结论的科学性和可靠性。     

浅水湖泊水上煤田钻井液污染分析

为了研究浅水湖泊水上煤田钻探工程中可能发生的钻井液泄漏对水体的污染情况,以淮南顾北矿港河水上勘探为例,实测分析了不同浓度钻井液对污染指标和鲫鱼存活的影响,其中污染指标包括pH值、悬浮物、CODcr、总Cr和Cd。采用保守物质的对流扩散方程,对钻井液输移扩散进行了数值模拟。研究发现,当钻井液浓度小于1 000mg/L时,所测试的污染指标基本上能够达到二级排放标准;当钻井液浓度达到5000mg/L时,鲫鱼死亡率约为原水中养殖的正常死亡率的2倍;钻井液在扩散初期其浓度迅速减少,且水流整体流速越大,则钻井液扩散越快,在扩散后期钻井液会形成高浓度聚集区,钻井液浓度的衰减变慢。     

避免异参同效的抽水井表皮层溶质运移方程推导

抽水井表皮层溶质运移控制方程受到异参同效的影响,存在参数估计的多解性问题。提出一个新的抽水井表皮层溶质运移方程(新瞬态Robin边界条件),并以径向收敛示踪试验为例构建其溶质运移模型。当抽水井为完整井时,通过拉普拉斯变换和有限傅立叶余弦变换得到模型的解析解;当抽水井为非完整井时,应用有限元法构建数值解。结果表明,表皮层溶质运移控制方程导致所估计的表皮层宽度(w)和形成层垂向弥散度(α_z)是在0.5 m≤w≤1.0 m和0.08 m≤α_z≤0.10 m范围内的任意组合,偏离实际值。反之,当表皮层佩克莱数(w和表皮层径向弥散度的比值)小于1时,新瞬态Robin边界条件能够准确反映表皮层的影响,消除w与α_z的多解性。参数估计值(w=0.31 m、α_z=0.17 m)唯一,接近实际值。新模型已成功用于野外试验。