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。      

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。      

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.     

鲁中南水文地质区水源地防污性评价

地下水防污性能评价是研究和预防地下水污染的一种有效途径,为了评价山东省鲁中南水文地质区重点地下水水源地防污性能,本文采用DRASTIC评价模型对区内112个水源地地下水防污性能进行评价研究。研究表明,区内大部分岩溶水源地和孔隙水源地防污性能处于中等以上,且岩溶水源地整体防污性能要高于孔隙水源地。岩溶水水源地防污性能具有明显的区域性特点,不同水文地质亚区岩溶水源地防污性能差异较大,且岩溶水系统功能分区是影响岩溶水源地防污性能的重要因素。孔隙水源地受含水层岩性、水位埋深,包气带厚度等因素控制,防污性能相对较差。本研究将为鲁中南水文地质区地下水资源保护划分、地下水资源合理开发利用提供科学依据。     

基于系统空间特征识别的岩溶地下水污染成因分析

岩溶地下水系统空间结构复杂, 含水层渗透性强、防污性能差, 一旦发生污染, 污染物扩散迅速且修复难度较大。以南方某岩溶大泉为例, 在水文地质调查的基础上, 结合水化学图解及多元示踪技术, 分析岩溶地下水系统边界及暗河管道分布, 识别岩溶泉的主要污染物、来源及污染途径, 探索岩溶地下水污染成因模式。研究结果表明, Q₁岩溶地下水系统为典型的"多源单汇"地下水循环模式, 存在南北2条主要径流通道; 其主要污染物质为锰、菌落总数、氨氮、总磷, 分别为地下水质量标准阈值的17, 14, 7.2, 3.8倍; 建筑垃圾堵塞原有的暗河通道, 工程勘察和强夯活动破坏了垃圾堆场下部天然黏土防渗层, 生活垃圾及渗滤液进入岩溶管道, 两者共同导致了岩溶地下水的污染。该研究对于岩溶地下水系统污染防治工作具有重要的借鉴意义。      

一种用于突发性场地污染模拟的解析模型

为了及时有效地应对各种突发性环境污染事故,有必要开发一种简单实用、适于各类型污染物的场地污染数学模型。通过污染事故发生后污染物在包气带、饱和带迁移转化的概化,建立了污染物运移的自由入渗模型以及降雨入渗模型并给出各自相应的解析解。无降雨时,考虑污染物在重力作用下随包气带向下渗透的作用,建立一维垂直入渗模型。有降雨时,考虑污染场地(包气带)中污染物迁移和转化的对流作用、扩散作用及挥发、生物降解、吸附、根系吸收等作用,建立包气带剖面二维溶质运移模型和饱和带平面二维溶质运移数学模型。建模过程中,假定降雨量的平均分布及土壤质地、水力参数以及有机物成分、种类均相同,同时假定污染物与多孔介质间的作用为线性吸附,植物根系对污染物的吸附遵循一级动力学。基于模型的解析解,实现案例的模拟计算。模拟结果表明:该模型具有适用范围广、模拟高效快捷等优点,能够较准确预测污染发生后污染物在土壤中的动向、到达饱和带的时间以及饱和带中污染物的迁移情况。     

烟台市水文地质条件与含水层电性特征分析

在前人取得的水文地质资料的基础上,以水文地质调查、物探勘查、综合分析研究为手段,对烟台市水文地质条件进行了详细的分析研究,根据含水层岩性及地下水类型将研究区划分为松散岩类孔隙含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组、碳酸盐岩类岩溶含水岩组、喷出岩类孔洞裂隙含水岩组和岩浆岩、变质岩类裂隙含水岩组。依据地形地貌及岩性构造差异,将研究区划分为山地丘陵和滨海平原2个典型区,分别描述地下水的补给、径流、排泄条件。含水岩组的电性特征与地下水的赋存介质有关,根据赋存介质的不同将研究区地下水类型分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三类,并分别总结其电性特征。该文对烟台市含水岩组进行划分,总结不同含水层电性特征,为水资源的进一步开发利用提供科学依据。     

于家沟地下水反应溶质运移规律数值仿真

针对矸石淋滤液对于家沟地区地下水污染的实际情况,分析其在含水层中运移的规律,充分考虑了地下水变密度对浓度分布的影响,建立了多组分溶质在地下水中运移的耦合动力学数学模型,采用Galerkin有限元方法和Picard迭代法相结合对耦合模型进行了离散,通过室内土柱实验求得基本参数并对地下水污染的动态过程进行了仿真模拟,预测了污染浓度的时空分布特征。结果表明:污染面积随时间推移不断向两轴方向扩大,且纵向显著;不同组分由于各自特征的巨大差异,受到地下水密度影响的程度也有很大差别;渗滤液浓度拟合误差小于6%,从而验证了模型的可靠性和实用性。     

LNAPL在二维含水介质中运移规律的研究

为研究LNAPL （轻质非水相液体）污染物在均匀含水介质中的运移规律,本文建立微元模型推导出LNAPL在均匀含水介质中的对流--弥散方程。针对不同的介质模型,对二维对流--弥散方程运用差分法进行数值模拟,求其数值解。分析LNAPL污染物的运移特征,得出在均匀介质和非均匀层状介质中运移规律： LNAPL污染物在含水介质中的运移规律遵循对流--弥散方程,介质的弥散系数是影响LNAPL污染物运移的主要因素。     

浅谈VisualModflow和FEFLOW

地下水数值模拟是各种数值方法在水文地质计算中的应用,是目前定量研究地下水水资源量的重要手段。VisualModflow和FEFLOW都是当前世界上十分流行的可用于模拟三维地下水流和溶质运移模拟评价专业软件系统,属商业软件。它们都具有直观的、强有力的图形交互界面,模型剖分、输人参数和模拟结果,都可以用图形显示,并支持三维可视化,做到了真正的人机对话,在许多行业和部门内得到了广泛的应用。但同时,它们之间却存在着许多差别,各有千秋：     

滇中高原岩溶关键带典型含水系统水化学特征及成因分析

岩溶关键带水文地球化学过程的研究对于科学认识其内部的演化环境与结构特征具有重要意义。岩溶水是水-岩作用后主要的信息载体, 定量分析其水化学特征及成因是揭示岩溶关键带含水系统介质环境与水动力条件的有效手段。以滇中高原岩溶关键带3个典型岩溶含水系统为研究对象, 通过对不同含水系统出露的岩溶泉进行野外采样与室内测试, 综合采用数理统计分析、水化学图解、离子比例系数与水文地球化学模拟等方法, 深入剖析了各含水系统岩溶水水化学组分特征、成因作用和含水层介质特性, 并对关键带中水循环与水化学的内在联系及规律进行了探讨。结果表明: ①HCO₃-、Ca2+是各含水系统岩溶水中含量最高且来源稳定的离子组分, Mg2+是控制各含水系统水化学类型异化的关键因素; ②碳酸盐岩类的岩石风化、矿物溶解是各含水系统内岩溶水化学组分特征的主要成因作用, 岩溶水对华宁水系统含水层的溶蚀作用仍在发生, 阳离子吸附交替与硅酸盐岩类的风化溶解是区域岩溶水中Na+、K+的重要来源; ③区域岩溶的发育强度、岩溶含水层的出露条件及含水介质岩性与连通性共同塑造了滇中高原岩溶关键带不同含水系统地下水化学特性。研究成果丰富了对滇中高原岩溶关键带水文地球化学过程的认识, 为区域岩溶水资源的开发、利用与保护提供基于水化学的证据支撑。      

乌蒙山地区岩溶地下水流系统结构及其找水应用

为推动乌蒙山贫困缺水区生态环境建设、地下水资源合理利用,以昭通市作为重点调查区,基于地质调查、泉流量统计、水质检测,展开岩溶地下水富集规律及物探找水方法的研究。结果表明:①研究区岩溶地下水系统以条带岭谷型、埋藏型为主。条带岭谷型岩溶地下水系统以现代岩溶为主,目标含水层多、发育深度有限、岩溶发育及富水程度差异大,富水块段为背斜核部及两翼、向斜核部、断层影响带;埋藏型岩溶地下水系统以古岩溶为主,目标含水层单一、发育深度较深且极不均匀,富水块段为断陷谷盆埋藏的古岩溶。②地下水化学类型以HCO₃型、HCO₃·SO₄型为主,条带岭谷型、埋藏型岩溶水分别占96.73%,92.93%,水质总体较好,综合水质评价Ⅰ~Ⅲ类水占比分别为80.84%,64.41%。③建议对>50 L/s大泉进行提引、丰储冬用,对富水块段进行综合物探探测和钻探验证的方法找水。④综合物探找水方法:先通过高密度电法、联合剖面法查明岩溶破碎带及断层,再激电测深确定极化率高的含水层,最后综合测井和钻孔揭露确定具体出水段及涌水量,找水成功率为86.67%,适用于条带岭谷型及浅埋岩溶地下水。      

基于多源人工示踪试验表征岩溶管道结构特征: 以贵州苍蒲凹地下河为例

人工示踪试验是岩溶水文地质领域的重要研究手段, 分别在基流期和降水条件下对苍蒲凹地下河实施了多源示踪试验, 以探究其岩溶管道的展布特征。试验结果显示, 基流期和降水条件下均检测到来自水箐、黄连村及廖家坡3个落水洞的示踪剂, 降水条件下的示踪剂回收率分别为88.12%, 90.01%, 84.01%, 表明苍蒲凹地下河为多源单汇型地下河。基流期及降水条件下示踪剂运移特征均表明, 水箐至苍蒲凹的流动路径曲率最大, 黄连村至苍蒲凹的流动路径为主岩溶管道, 廖家坡至苍蒲凹的流动路径上存在双通道, 且在靠近地下河出口处存在溶潭, 据此建立了苍蒲凹地下河管道结构的概念模型。研究成果可为复杂岩溶地下河的水资源调查及开发利用提供依据。      

Numerical simulation of seepage flow field in groundwater source heat pump system and its influence on temperature field

Energy utilization in the aquifers is a new technology closely related to development of heat pump technique. It is significant for the flow distribution to be predicted in the aquifer surrounding the Groundwater Source Heat Pump System （GSHPS）. The authors presented a new concept of ＂flow transfixion＂ by analyzing general features of aquifers, and then discussed interaction of the flow transfixion with the beat transfixion, which has practical significance to projects. A numerical model of groundwater flow was established based on the basic tenets of water-heat transferring in the aquifer. On this basis the flow field and the temperature field of GSHPS for a site in Shenyang City were numerically simulated. The basis of the flow transfixion was obtained; it was discussed for the influence of the flow transfixion on the heat transfixion. To a certain extent, the study offers some reference for the projects＇ design of GSHP in the studied area.     

济南泉域岩溶水系统管理模型研究

利用Visual Modflow软件建立了济南泉域岩溶地下水数值模拟模型,并在此基础上,采用响应矩阵法建立了济南泉域岩溶水系统管理模型,重点研究并利用模型定量计算了济西、西郊、市区、东郊开采地下水以及补源等对泉水位的影响,进行了2个方案的优化管理,对济南市水资源进行优化配置,为实现"保泉供水"向政府提供了可靠的决策依据。     

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.