盐度对多孔介质中DNAPL运移和分布的影响

选用四氯乙烯（PCE）作为典型DNAPL污染物,以NaCl作为地下水中溶解盐代表,研究盐度对DNAPL在饱和多孔介质中运移和分布的影响。通过批次实验测定NaCl水溶液/石英砂/PCE三相体系下的接触角和界面张力,结果表明,PCE在石英砂表面的接触角随着水中NaCl浓度的增大而减小,而PCE和NaCl水溶液的界面张力随着NaCl浓度的增大而增大,尤其当氯化钠浓度较高时（>0.1 mol/L）,影响程度更为显著。在此基础上,采用透射光法监测不同介质情景下DNAPL在二维砂箱中的运移和分布,定量测定DNAPL在介质中的饱和度。实验结果表明,地下水盐度的增加将促进DNAPL的垂向入渗,减少被截留在运移路径上的DNAPL量,使得DNAPL运移路径及累积形成的池状DNAPL（pool）向水流方向偏移。在均质多孔介质和含有透镜体的非均质多孔介质中,随着盐度的增加,DNAPL在横向和垂向上的展布均呈现出增加趋势,导致污染源区变大,且介质中以离散状存在的DNAPL量明显增加。     

应用GPR获取水文地质参数研究初探

探地雷达(GPR)能够在不同空间尺度上采集水文地质数据来对地下特征进行详细描述,近年来被广泛应用于探测地下结构和埋藏体。本文简要介绍了GPR的工作原理、探测方式及其应用条件;探讨了GPR获取多孔介质水力参数的物理机制;分别利用50MHz和25MHz天线对同一断面进行等采样距测量,经分层标定和时间拾取,获取了沿测线非饱和带含水率及饱和带的孔隙度和渗透系数,并将结果与钻孔取样的岩性进行了对比,结果合理。     

基于自组织神经网络的污染场地多监测指标相关性分析

为查明场地污染分布特征,需对场地土壤和地下水进行钻探取样,按规范的检测指标进行逐一测试。在初查和详查阶段将获得大量的土壤和地下水污染数据,数据样本数量大、监测指标多,数据结构复杂,如何从场地大数据中提取价值信息已成为研究热点。以某有机污染场地为例,基于自组织映射神经网络（SOM）和K均值算法开展大数据分析,深入探讨地下水和土壤中各污染指标间的相关性。结果表明:（1）基于自组织映射神经网络的大数据分析可快速挖掘复杂多维的污染场地监测数据,有效完成关键信息的提取;（2）地下水中污染检出指标存在显著的聚类特征,同一聚类中的污染指标具备相似的空间分布特征。对场地污染物检测采取先分类后分级的优化筛选策略,减少污染物检测指标数目,从而有效降低场地检测费用;（3）土壤和地下水中污染检出指标存在良好的空间相关性,这与该污染场地地下水渗流速度缓慢有关。土壤和地下水污染检出指标空间分布的相关性,有助于场地污染源的追溯。     

基于EnKF融合地球物理数据刻画含水层非均质性

含水层非均质性的刻画是模拟地下水中污染物运移的关键。以渗透系数为研究对象,构建了综合集合卡尔曼滤波方法、有效电阻率模型与地下水运移模型的同化框架,通过融合地球物理观测数据与污染物浓度观测数据来推估渗透系数的空间分布。基于理想算例,验证了该同化框架刻画含水层非均质渗透系数场的有效性,并针对不同初始参数信息与观测类型对比了耦合与非耦合水文地球物理方法的适用性。研究结果表明:基于集合卡尔曼滤波方法同化多种类型的观测数据,可有效地推估非均质参数空间分布。当初始信息较准确时,耦合方法的参数推估精度更高;初始信息存在偏差时,非耦合方法有更好的同化效果。由于非耦合方法计算成本较低且对初始信息缺失时适用性更强,在实际应用中可先基于非耦合方法初步估计参数,再利用耦合方法进一步提高参数推估精度。融合多种类型观测数据可有效提高参数推估效果。     

MGO软件在地下水污染抽出-处理方案优化中的应用

国内外用于地下水流和污染物运移的模拟软件很多,但用于地下水系统模拟优化的软件极少。在概略介绍一款模块化地下水模拟优化软件MGO基础上,利用该软件并选取遗传算法对美国犹他州某一地下水污染场地抽取-处理(pump and treat,PAT)系统的模拟优化模型进行求解,寻求最优动态抽水处理方案。结果表明:在优化后的动态管理策略下,管理期内PAT系统的总抽水量减小9.89%,使抽水成本和污染物处理成本相应减少,优化后的总成本较优化前减少11.27%。实例研究表明:MGO能够有效求解地下水PAT系统模拟-优化模型,可推广应用于大型场地条件下基于水力控制的地下水污染治理方案的优化实践。     

应用Péclet数解析山坡结构特征的水文效应

应用基于蓄量动力学方程推导出的水文相似因子——山坡Péclet数(简称Pe),研究了Pe在不同地貌条件山坡间的变化特征、影响因素及其表达的水文响应特性。结果显示,在和睦桥流域,山坡Pe值一般为200~2 000。分析发现,Pe与坡长厚度比(L/D)呈显著的线性相关关系(R2=0.94),关系线斜率为0.95,表明Pe在数值上决定于L/D,即山坡水文特征受山坡尺寸的影响较大。为了说明山坡形状的影响,选取了山坡水平、剖面曲率,分析了其与Pe值的相互关系。研究发现,发散型凸坡Pe值一般较大,有利于土壤水流的消退,对流运动是其主要的运动形式,而收敛型凹坡Pe值一般较小,不利于土壤水流的消退,水分运动中的扩散作用更强。这与理论分析结果一致,表明Pe数在分析山坡结构特征的水文效应方面有一定意义。     

兰州马衔山多年冻土特征及变化趋势分析

马衔山是目前黄土高原地区唯一证实有多年冻土发育的山脉.残存的多年冻土被誉为黄土高原地区多年冻土的"活化石".近20a来马衔山多年冻土发生了明显的退化,目前仅在小湖滩有岛状多年冻土残存,属于典型的高温多年冻土,1990年代初在其它区域发现的零星多年冻土已经基本消失.马衔山岛状多年冻土地温从10～16m的-0.2℃向上和向下升高,地温梯度±0.01℃·m-1左右,相比1990年代初,多年冻土地温上升了0.1～0.2℃,年升温率为0.006～0.012℃·a-1,小于青藏高原高温多年冻土平均升温速率.马衔山多年冻土最大厚度约40m,正在发生着上引式和下引式退化,而岛状冻土边缘区域侧引式退化起主导作用.马衔山多年冻土发育有丰富的地下分凝冰,根据地下冰发育特征和埋藏有机质层14C测试资料分析,马衔山多年冻土在新冰期形成后发生过多次地表重复堆积,共生共长作用是地下冰形成的重要原因.丰富的地下冰和厚层有机质层的保护作用,以及区域寒冷的微气候环境,应该是马衔山多年冻土残存的主要原因.     

内陆单斜构造内咸水入侵淡水含水层三维数值模拟--以山西柳林泉区柳林电厂水源地为例

本文建立了内陆单斜构造内咸水入侵淡水含水层的三维可混溶溶质运移模型.同时,为了尽可能提高模拟精度,还建立了区域二维水流模型和水质模型,为三维模型提供边界条件.模型应用于描述柳林电厂水源地咸-淡水界面运移特征,模拟效果良好,还据此预报了咸水入侵的可能性并探讨了淡水流的强弱对咸-淡水界面运移的影响.     

基于时间序列分形的济南岩溶大泉动态研究

为研究岩溶大泉动态变化的影响机制,以济南泉域为例,根据2003年关闭地下水供水水源地以来趵突泉及黑虎泉的泉水位、泉域内降水量、地下水开采及人工补源资料,采用分形理论中时间序列分形维数法,计算各要素数据序列分维值及稳定性指数,结果表明:旬尺度下泉水位分维值大于月尺度下泉水位分维值;奥陶系灰岩分布区雨量站降水量分维值较小,但奥陶系灰岩降水入渗补给条件好,因此与泉群的水位波动关系更为密切。各泉水位影响因素中,人工补源因素的稳定性最差,极易受外界因素干扰发生改变。利用灰色关联度验证分析表明降水量、人工开采量、人工补源量与趵突泉泉水位的关联度分别为0. 858、0. 647、0. 667,与黑虎泉泉水位的关联度分别为0. 859、0. 646、0. 668;关联度总体排序为:降水量>人工补源量>人工开采量,说明2003年以来影响泉水位动态的首要因素是大气降水并非人工开采,即泉水动态主控因素发生转变。在分析了泉域资源量的演化基础上,对各影响因素的分维值与泉水位动态分维值进行回归分析认为,为保持泉水持续喷涌奥陶系灰岩分布区更适宜作为泉水人工补源地带。研究结果为济南岩溶大泉的保护提供科学依据。