地下水多组分反应溶质迁移模型的研究进展

描述多孔介质中地下水中溶质迁移行为的模型有两类:一为溶质的多组分水化学平衡模式;二为溶质的水动力迁移模式(对流-弥散模式)。对这两类模型进行了回顾,着重介绍了近年来两者耦合模型的发展,提出了尚需解决的问题。     

地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展

刻画地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战,而新兴的温度示踪方法对于这方面的研究具有独特优势。重点介绍了地表水与地下水相互作用的温度示踪方法原理、应用及相关模拟的研究进展。温度示踪方法的数据获取成本低且温度适宜密集与连续监测,可对地表水与地下水相互作用过程进行精细刻画;在进行地表水与地下水相互作用的水-热耦合模拟时,温度数据可用于进一步校正模型,降低模型的不确定性,以提高交换量的计算精度。监测河水温度和河床沉积物内的水温,运用温度示踪方法研究河水与地下水的相互作用过程,并将水流及热运移数值模型相耦合,利用多源数据进行模型校正,可精细刻画地表水与地下水的交换量、相互作用带内的水流途径、流速及其变化趋势和控制因素,为地表水与地下水相互作用研究提供新的模型与方法。     

地下水与地表水相互作用下硝态氮的迁移转化实验

全球水体氮污染形势严峻,且以硝态氮(NO₃--N)污染为主,研究地下水与地表水(G-S)相互作用模式对NO₃--N在“潜流带”(HZ)中迁移转化的影响是开展水体氮污染综合防控的关键.开展地表水(S)补给地下水(G)(下降流)、地下水(G)补给地表水(S)(上升流)以及交替作用3种模式的NO₃--N迁移转化实验,研究表明:3种模式下,出水NO₃--N浓度可降低95%以上;上升流中反硝化强度大于下降流;异化还原作用(DNRA)对下降流与上升流出水氨氮(NH₄+-N)浓度的贡献分别约为71%和11%;上升流实验后水-土界面有机氮含量是下降流实验后水-土界面的2.3倍.结果表明,G-S相互作用下NO₃--N的衰减途径主要包括:合成有机氮、反硝化及DNRA;相互作用模式对各衰减途径的强度存在影响;HZ介质通过吸附NH₄+-N和微生物作用合成有机氮的方式截留氮素.      

地下水系统中胶体的形成机理及其对污染物迁移的影响

胶体能有效地吸附地下水中的污染物并对其迁移距离及速度产生显著的影响 ,因此 ,研究胶体在地下水中的性质具有重要的意义。鉴于这一研究工作所存在的困难 ,叙述了在地下水中胶体的取样方法及分析技术 ,且以分析胶体在地下水系统中的形成机理为基础 ,对胶体的迁移与富集规律的定量模拟预测作了简要的介绍。     

滨海地区地表水—地下水相互作用研究进展的文献计量分析

滨海地区水文条件复杂,地表水—地下水—海水三者间相互影响关联紧密,人类活动和气候变化导致的一系列影响在这一地区也更加显著。了解滨海地区地表水—地下水方向的重点知识及研究现状,是后续研究的重要前提。基于CiteSpace软件对Web of Science核心数据库中该领域相关文献进行分析,有利于系统梳理该领域内的研究成果,挖掘潜在研究热点。分析结果显示:①该研究领域内的高被引文章及高突发性文章自2010年后显著增多,目前该领域仍处于发展阶段,具有广阔的研究前景。②美国、澳大利亚、中国、德国等国针对该问题进行的研究较多。中国国家自然科学基金委员会支持的该领域研究成果数量处于世界领先地位。③海水入侵、海底地下水排泄(SGD)、潮汐及含水层中水动力条件间关系是该领域的主要研究方向。水化学及同位素分析、数值模拟是该领域的重要研究方法。④海底地下水排泄、滨海红树林湿地的演化、营养盐的迁移转化、滨海地区复杂的水动力条件变化及诱因、气候变化对滨海地区的影响以及新的同位素示踪技术的发展是该领域内潜在的研究方向和突破点。综合来看,未来滨海地区地表水—地下水相关研究的发展离不开各学科间的交叉融合、多方法的相互印证和新技术手段的引入。     

地下水与河水相互作用的研究进展

本文从地下水与河水的水流形态和水位动态变化 ,分析了二者的补排关系 ;详细介绍了地形地貌、水文地质、气候和人为因素等对地下水与河水相互作用的影响 ;综述了研究地下水与河水相互作用的研究方法 ,如野外实验和室内实验方法、动态资料分析方法、基流切割方法、水化学方法、地下水动力学方法等 ;评述了研究河流与含水层相互作用的解析模型和数值模型的发展状况。最后 ,指出多种方法的相互验证、数学模型中补排量和边界的处理、地下水与河水交错带的研究、河流与含水层相互作用的生态意义、加强相关学科的交流与合作将是未来的发展方向。     

积雪水热迁移机理与模型研究进展

积雪是陆地水文循环以及大气过程的重要组成部分,它调节了陆地和大气之间的能量交换,对下垫面的能量收支平衡与水热迁移起重要作用。在介绍积雪特性参数确定方法及积雪水热运移规律的基础上,对国内外现有积雪模型进行了分类和总结,并指出未来在积雪特性参数化方案、数值模拟计算、尺度转换等方面还应进行更深入的研究。     

滑坡中地下水与岩土体相互作用机理的研究

滑坡中地下水与岩土体相互作用机理的研究周平根（地质矿产部环境地质研究所，北京，１０００８１）滑坡的变形发展及破坏是一个复杂的过程，影响因素很多。内在因素有岩土体性质、岩土体结构，这些因素的变化是十分缓慢的，它们决定滑坡变形的形式及规模。外在因素有水文...     

地表水-地下水相互作用对砷在浅层地下水系统中运移的影响

地表水-地下水（SW-GW）相互作用对砷在浅层地下水系统中的运移至关重要,但其模式和强度对地下水中砷运移的影响尚不清楚.本文针对江汉平原仙桃市沙湖原种场野外地下水三维监测试验场,开展野外监测和三维地下水数值模拟.结果发现雨季地表水补给地下水,SW-GW相互作用强度较大,地下水砷浓度升高;旱季地下水补给地表水,SW-GW相互作用强度减弱,地下水砷浓度降低.SW-GW相互作用模式与强度的季节转变导致地下水流速和流向产生季节响应.模型估算出雨季和旱季地面以下10～25 m最大垂向砷交换量分别为457.2 mg/d、191.3 mg/d,地面以下28 m处水平砷交换量分别为4 380.0 mg/d、1 385.6 mg/d.     

黑河流域地下水与地表水转化研究进展

地处我国干旱内陆区的黑河流域,其地表水与地下水在不同的地貌单元发生着大数量的、有规律的、重复的转化过程,极大地提高了水资源的利用率.早在20世纪80年代,甘肃省地矿局等单位率先开展了有关黑河流域地表水与地下水转化过程研究的国家"七五"、"八五"科技攻关项目,取得了丰富的勘查研究成果,促进了这一地区有限水资源的合理开发利用.进入21世纪以来,随着勘查研究理论的丰富和环境同位素技术的广泛应用,黑河流域地表水与地下水资源及其循环转化引起了学术界的广泛关注,并相继完成并发表了一批具有较高水平和学术价值的科研成果,进一步提高了干旱区水资源的开发与保护.但仍存在着水资源转化关系和转化规律还缺乏流域系统研究、中下游盆地深层地下水的补给来源尚不能确定等方面的不足,不利于协调社会经济发展与生态环境保护之间的用水矛盾.     

地下水系统中有机污染物的分配模型

有效地管理地下水系统需要论述和预测该系统中污染质的运移和消亡情况,以便能更好地运用数学模型准确地描述系统的物理现象。影响许多有机污染物运移的最明显现象是在固(土壤)和液(地下水)两相之间的分配现象。污染物的分配趋势大体可以用对辛醇的基本性质的测量值进行估计,即取决于污染物的水分配系数和土壤的有机碳含量。这个粗略估计是定性评价的基础,但对系统的定量描述就不行,特别是所考虑的问题是非线性平衡吸附问题,分配取决于动力条件或是不可逆的,或者滞后相的分布现象等。准确地进行溶质运移模拟常常需要结合动力学参数和非线性吸附方法才能正确地确定质量守恒方程中的溶质运移现象。实验的方法可以用来确定重要的吸附因子,有机溶质和土壤系统的动力学性质及平衡分配关系。因此利用这种方法能够更准确地模拟污染质的迁移情况。     

土壤调配氮素迁移转化的机理

近几十年来,人为活性氮数量急剧增加,在满足人类生产、生活的同时,也引发了诸多环境问题,现在我们面临着协调粮食安全、生态环境安全和气候变化的巨大挑战。绝大部分活性氮首先进入到土壤,在经过各种转化过程后,进入生物、水体和大气等系统。土壤氮转化过程及其速率的组合对土壤氮去向具有"调配器"的作用,对其进行深入研究是因地制宜地制订氮素管理措施的基础。从土壤氮转化速率角度着手,综述了土壤氮转化速率的研究方法,阐述了氮初级转化速率研究对深入认识土壤氮动态的作用,明确了土壤氮转化过程影响土壤氮去向的作用机理,阐明了土壤氮转化特点、植物氮形态喜好和气候三者间的契合程度对提高作物氮利用率的重要作用。同时,指出了现有的土壤氮转化速率研究方法的不足之处,急需建立一套能够同时定量土壤—植物系统中土壤氮初级转化速率和植物氮吸收速率的方法,实现定量化分析土壤氮转化过程与植物间的反馈作用关系,以深入认识更接近于自然状态的土壤—植物系统中氮动态特征,为制订合理的氮肥管理方案提供理论依据。     

平原区地表水与地下水联合调控模型研究

平原区三水转化关系强烈，由地表水和地下水形成了统一的水资源系统。本文研究分析了基于费用准则和供水量准则的地表水与地下水联合调控模型，以合理开发、优化调度本区的水资源．充分发挥该区地表水库和地下含水层空间的联合调蓄作用，提高水资源的利用率，达到最佳的社会效益、环境效益和经济效益。     

氡(222Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展

地下水-地表水相互作用是水资源管理和地表水生态系统保护中重要的一个环节,氡同位素(²²²Rn)由于其在地下水与地表水中含量差异显著、性质保守、检测难度低,广泛运用于地下水-地表水相互作用的研究当中。本文通过总结分析²²²Rn在不同地表水体(海水、河水、湖水等)中的应用,指出刻画地下水氡浓度的异质性是估算地下水排泄的重点和难点。在估算海底地下水排泄(SGD)时,氡的混合损失项估算不确定、海水氡浓度时空变异性、SGD的多组分特征等可能给估算结果带来较大不确定性;在估算河流地下水排泄时难以确定氡的大气逃逸量;研究人员对氡在示踪地表水补给地下水方面的研究程度相对不足。本文从科学研究和实际生产方面,对²²²Rn的研究应用提出以下潜在方向:(1)降低地下水氡空间变异性对估算地下水排泄量的影响;(2)针对不同水体、不同水文条件,准确刻画氡的大气逃逸量;(3)拓展²²²Rn示踪能够解决的科学问题;(4)将氡质量平衡模型计算与不确定分析相结合,实现软件化。     

脱节型河流与地下水相互作用研究进展

河流与地下水的脱节现象广泛存在于干旱及半干旱地区,二者间的相互作用已成为目前的研究热点。在简要分析河流与地下水关系的基础上,综述了河流与含水层之间由饱和连接,经过渡脱节,演化为完全脱节系统的物理过程及机理和脱节系统形成的必要条件。总结分析了最大渗漏量法、临界地下水位法、水位波动法等河流与地下水关系判别方法以及优缺点。讨论了非稳定演化过程中河水的入渗规律以及介质时空非均质性对脱节系统的影响。分析认为目前脱节形成机理仍不完全明晰;简便有效的判别方法还需进一步研究;介质时空非均质性对河水渗漏的影响是未来研究的重要方向。     

地下水环境中污染物迁移预测实验数学模型基本方程探讨

本文以钴为研究对象,运用相似理论,探讨采用黑箱功能模拟方法、通过模拟实验来建立地下水中污染物迁移预测的实验数学模型的基本方程。     

冻土区石油污染物迁移及清除研究进展

多年冻土区输油管道面临着差异性融沉和冻胀的关键性难题. 受力不均匀对管道造成机械性破坏, 管道破裂、泄漏现象不断发生. 泄漏油污在冻土中的存在及其扩散对当地的生态环境产生长期不利的影响, 而且对土壤自身的物理、化学和生物特性造成影响. 土壤中石油烃的迁移和分布受土壤和地形、 温度、含水(冰)量、降水以及冻结融化过程等多种环境因素影响. 近年来, 各种物理、化学和生物方法被用来清除冻土区石油烃污染. 正在勘察和设计中的中俄原油管道穿越连续、不连续、岛状和零星分布多年冻土, 及季节冻土区. 为了有效保护兴安岭地区的寒区生态环境, 中俄原油管道有必要预先做好应对管道泄露的前瞻性研究.