水及溶质在有大孔隙土壤中运移的研究（I）：田间实验

通过田间原状土和回填土渗透比较试验，揭示了大孔隙对水及溶质在土壤中运移的影响。通过回填土和原状土中含水率实验结果比较分析，指出回填土和原状土含水率的变化呈现不同分布特征。而对回填土和原状土中溶质浓度实验结果分析比较，发现回填土中水分运动和溶质运移的速度显著低于原状土，回填土和原状土都有位置深的检测点先于其上面的检测点出现溴离子的现象，回填土中硝酸根离子的浓度远低于其在原状土相应深度的浓度。     

水及溶质在有大孔隙的土壤中运移的研究(Ⅱ):数值模拟

本文根据CT扫描得到的土壤大孔隙分布、离心机法测得的土壤水分特征曲线以及计算得到的土壤大孔隙和基质的饱和水力传导度和弥散度,采用新的数值方法模拟了水及溴离子在原状土中的运移,分析比较了模拟结果,得到了原状土溴离子在各时刻的运移图,定量分析了大孔隙的存在对水及溶质运移的影响和对地下水造成的污染.     

大孔隙位置对饱和土壤水及溶质运移影响的实验研究

大孔隙密度是土壤优势流的重要影响因素.通常大孔隙密度相同时,其位置分布各异,这可能对优势流程度存在影响.本研究采用室内人造大孔隙土柱模拟实验,在保持相同大孔隙密度条件下,依据大孔隙集中程度的不同,设计了完全分离型、分离型、聚集型、完全聚集型四种大孔隙位置关系,并与均质土柱对照,研究了大孔隙位置对饱和土壤水及溶质运移的影...     

土壤大孔隙流研究中分形几何的应用进展

土壤中普遍存在的大孔隙使水及溶质快速穿过土壤，污染地下水，确定土壤大孔隙流性质需要大量的野外和室内实验。本文在对分形几何概念进行简要阐述的基础上，介绍了分形几何在土壤大孔隙流研究中所取得的成果，结果表明应用分形几何确定土壤大孔隙流性质是一种省时、省力和具有广泛代表性的方法，最后对分形几何在土壤在大孔隙流研究中应用前景作了展望。     

死端孔隙对溶质运移影响的实验研究

拖尾分布是溶质运移规律研究的热点和难点。死端孔隙、透镜体等空间结构形成的非均质性以及密度变化产生的指状流会导致溶质运移拖尾分布。论文选择保守性溶质氯化钠作为示踪剂,采用砂柱实验系统地研究了以死端孔隙导致的非均质性以及由不同浓度和温度形成的变密度条件对溶质运移拖尾分布的影响。实验结果表明:死端孔隙的存在会延迟溶质运移穿透曲线出峰时间,降低峰值及出现拖尾分布,随着死端孔隙介质体积或数量的增加这一现象越明显;随着溶液浓度的增加拖尾现象越明显,且温度的升高会加剧这一现象。对比死端孔隙、温度和浓度三者对溶质运移拖尾分布的影响,其中影响最大的是死端孔隙,其次是浓度和温度。     

非饱和土壤中溶质运移对流占优问题的通量校正运移解法

描述非饱和土壤中溶质运移的对流弥散方程可分成两部分，对流部分用通量校正运移（FCT）算法求解；弥散部分用常规的隐式差分方法求解，FCT算法包括两个阶段，一个是低阶运移阶段，这一阶段的解，可能会引进过量的数值弥散，另一个是高阶通量校正阶段，通过对反扩散通量进行校正（限定），可有效地消除数值弥散和数值振荡，而水体积分数用FUCG方法求得，能保持质量守恒，通过数值例子验证了FCT算法的有效性。     

粘性土壤溶质运移新模型的应用

将Moldrup等提出的模拟水流和溶质运移的运动平均斜率模型和运动浓度斜率模型联合,模拟了重粘土在入渗和蒸发条件下的水盐动态并与特征-有限差分数值模型的计算结果进行了比较。在模拟过程中新模型显示出更加高效的优点,这对粘性土壤地区盐渍化趋势的长期预报具有重要的实际意义。     

分形理论在描述土壤大孔隙结构中的应用研究

土壤大孔隙结构对土壤中水流及溶质运移以及地下水环境有着深刻影响。确定土壤大孔隙结构,可以很好地理解和预测水及溶质在有大孔隙土壤中的运移,保护地下水环境。由于土壤大孔隙的分布呈现分形规律,因此可以采用分形理论研究土壤大孔隙结构。根据CT对原状土柱各断面的扫描图像,得到了各断面土壤大孔隙的分形维数,为进一步研究土壤大孔隙的水力性质奠定了基础。     

野外非饱和土壤中溶质运移的试验研究

通过在野外3×6m2面积上均匀入渗条件下非饱和土壤溶质运移试验,同时对8个点定时取样,得到170cm深度内土壤溶液浓度和含水量剖面分布.据此研究了小区域范围内土壤水分和溶质的运移特征,讨论了土壤水分和盐分分布的空间变异性和统计特征.研究结果表明,在本试验条件下,土壤溶液浓度剖面的空间变异性远大于土壤水分剖面.单一测点的取样结果不能代表区域的溶质运移特征.区域上溶质浓度的平均结果能反映溶质运移的基本规律.由于土壤结构等因素的影响,不动水体含量占土壤含水量的24%～39%.     

分形理论在描述土壤大孔隙结构中的应用研究

土壤大孔隙结构对土壤中水流及溶质运移以及地下水环境有着深刻影响。确定土壤大孔隙结构，可以很好地理解和预测水及溶质在有大孔隙土壤中的运移，保护地下水环境。由于土壤大孔隙的分布呈现分形规律，因此可以采用分形理论研究土壤大孔隙结构。根据CT对原状土柱各断面的扫描图像，得到了各断面土壤大孔隙的分形维数，为进一步研究土壤大孔隙的水力性质奠定了基础。     

基于孔隙网络模型的非水溶相液体运移实验研究进展

进行多孔介质中非水溶相液体（Non Aqueous Phase Liquids，NAPLs）运移的微观机理研究，微观孔隙网络模型实验是目前应用比较广泛且行之有效的方法。通过网络模型实验，获得对NAPLs在多孔介质中运移更深入的认识。从多孔介质孔隙结构测量、孔隙网络模型制作、NAPLs运移网络模型实验和数值模拟4个方面评述了该方向的研究进展，结果显示测量孔隙结构方法、图像刻蚀技术、可视化测量实验数据方法等有力地促进了本实验研究的发展。分析了孔隙网络模型实验存在的问题以及未来的发展趋势，对开展孔隙网络模型实验研究有一定的启发作用。     

基于孔隙分形维数的土壤大孔隙流水力特征参数研究

根据数字图像制备分析技术得到大孔隙数目、大小和形状等特征数据,用分形理论计算孔隙分形维数,并对两类不同质地土壤的孔隙分形维数进行分析比较,应用基于孔隙分形维数的大孔隙分形模型,建立了土壤水分特征曲线和非饱和导水率的预测模型。结果表明,孔隙分形维数D_v可定量描述不同质地土壤结构,其模型预测精度优于颗粒大小分布估计的分形模型,可用于实际问题的研究。     

非均匀土壤中溶质运移的两区模型及其解析解

给出了非均匀土壤中考虑水动力弥散尺度效应的一维溶质运移两区模型。然后在初始浓度为零,半无限一维空间内常数通量边界条件下,推导出了可动区和不动区溶质浓度分布的解析表达式。并用Mathematica软件包作了数值计算。计算结果表明,该模型的模拟结果符合溶质运移的一般规律,因而该模型在土壤溶质运移的研究和应用中有一定的价值。     

反应性溶质在不同质地饱和土柱中运移的数值模拟

盐渍土壤中的物理化学作用对溶质运移具有重要影响.吸附和离子交换作用是土壤中常见的反应.利用室内土柱出流实验对这两种作用下的单组分和多组分溶质运移进行了探讨,用CXTFIT软件模拟了只考虑对流-弥散的常规溶质运移;用水文地球化学模拟软件PHREEQC进行了耦合吸附和离子交换反应的模拟.结果表明,土壤质地对单组分溶质的运移具有重要影响,而在多组分溶质运移中,组分之间的相互作用对溶质运移具有更为重要的影响,并且耦合物理化学作用的模拟精度更高.     

运城盆地土壤中氟运移规律动态试验研究

针对运城盆地氟污染重点区域取土,借助土柱物理模型试验装置,进行了氟污染物在土壤中的迁移规律研究。得到了不同质地的土壤在连续输入不同污染物浓度条件下,土壤中氟离子浓度随时空变化的过程。结果表明,氟离子化学性质活泼,在土壤中迁移过程比较复杂,氟吸附过程中伴随羟基OH-的释放,故实验过程中土壤溶液pH值由中性过渡到碱性。由于受吸附和解吸作用的影响,表现在氟离子穿透曲线对称性不好,各测点浓度峰值沿程逐渐衰减,拖尾现象严重,垂向迁移距离非常有限,因此运城盆地土壤中的氟离子很难直接垂向淋滤到浅层地下水中,这与实测资料结果一致。     

水溶性污染物在土壤中转化的原位实验方法

建立了一种研究水溶性污染物在土壤中运转化的原位实验方法，该方法已成功地应用于研究黄土中氨氮的运移转化规律，克服了土柱实验存在的破坏土壤结构及氧化还原电位发生变化等所引起的实验误差。     

非均质土壤饱和稳定流中盐分运移的传递函数模拟

对室内人工构造的两种非均质土柱,以传递函数模型作为模拟手段,研究了稳定流场中饱和非均质土壤盐分优先运移的随机特征。首先计算了模型参数μ和σ2,获得了氯离子在非均质土壤中迁移时间的概率密度函数,然后应用传递函数模型对土柱中氯离子的出流浓度动态进行了随机模拟,并对非均质土壤中氯离子的均值和中值迁移时间及相应的运移体积与可动体积进行了分析和讨论,还依据质量守衡原理获得了土壤溶液中氯离子平均驻留浓度的变化。     

甲苯在土壤地下水中迁移规律研究

石油泄漏导致甲苯等有机污染物污染土壤地下水,并且甲苯等石油类有机污染物对土壤地下水污染具有隐蔽性强、难以逆转等特点,污染治理难度大。因此,研究甲苯有机污染物在土壤地下水中运移规律是治理的关键。该文以某污染场地为研究区,以甲苯有机污染物为研究对象,考虑了淋滤、吸附的影响,采用模型计算方法,分析了甲苯在污染场地土壤地下水中迁移规律。结果表明：甲苯在土壤地下水中迁移过程中,淋滤作用对甲苯浓度变化影响显著;吸附影响下扩散作用及地下水位变化对甲苯迁移产生的影响均受到抑制。该文获得的甲苯在土壤地下水中迁移规律可为甲苯有机污染物污染场地修复提供依据。     

ISS加固红色黏土的孔隙分布试验研究

武汉市汉阳区存在着大量由冲洪积所形成的网纹状红色黏土,它遇水膨胀、软化,失水收缩、开裂。为了减小红色黏土不良性质对土路、公路路基和防渗工程造成的危害,采用离子土壤固化剂（ISS）对红色黏土进行处理。对经ISS处理前后的红色黏土,调成液限状态,进行液氮冷冻真空升华干燥,分析比表面及孔隙分布,观察微结构并统计裂隙。试验结果表明：经ISS处理后,红色黏土的结合水膜减薄,土粒之间的吸引力增强,从而使红色黏土的相对密度增大。减薄结合水膜的土颗粒在ISS连接力作用下,使红色黏土团聚结构和堆叠结构更加紧密,比表面积减小、累积孔隙体积和平均孔直径减小,从而提高了红色黏土的无侧限抗压强度和抗剪强度。