地下多组分反应溶质运移数值模拟:地质资源和环境研究的新方法

地下多组分反应溶质运移数值模拟(RTM)是解释地球系统中的耦合过程和不同时空尺度对其影响的重要工具。RTM是研究地球科学基础理论、地质资源和环境等复杂地球化学过程的一个新方法,可用于如废物处置安全性评估、地下水污染研究、二氧化碳地质储存、金属矿床的地浸开采等的研究中。笔者首先回顾了反应溶质溶质运移模拟的发展历史,然后总结了反应溶质运移模拟的发展现状,再从耦合过程、空间尺度、裂隙和非均质介质处理角度说明了反应溶质运移模拟所面临的挑战。结合地下水质的演化、生物降解、CO2地质储存等具体实例讨论了反应溶质运移模拟的广泛应用前景,探讨了反应溶质运移模拟的未来发展方向。     

昆明地热田岩溶地下热水系统中溶质运移的模拟

通过对昆明地热田深层基岩地下热水系统的地质、水文地质条件和开采现状的分析,建立了考虑温压变化和越流条件的岩溶热储层中地下热水的水流和溶质(污染物)运移的准三维非稳定流数学模型.对开采条件下地热田Ⅱ块段地下热水系统中水位及F-、Cl-、NH+4、SO2-4浓度的模拟结果表明,所建立的模型合理、可靠,具有较高的仿真性.模型可预测不同条件下地热田地下热水的流场和溶质浓度的动态变化趋势,为防治地下热水环境的进一步恶化提供参考.     

昆明市地热田越流含水系统中地下热水的数值模拟

深层基岩地下（热）水水化学污染问题日趋严重,急需定量而仿真地模拟和预报天然状态和各种人为工程经济活动下地下（热）水流动及溶质（或污染物）的运移。在充分认识地质、水文地质条件的基础上,建立了考虑温压变化和越流条件的昆明市地热田深层基岩地下热水系统中水流和溶质运移的准三维非稳定流数学模型。模型用于开采条件下地热田地下热水水位及 F^－、Cl^－浓度的模拟,模拟结果具有较高的仿真性,拟合误差一般小于 2％～5％,表明模型合理、可靠。应用所建模型预测了开采条件下昆明市地热田II块段地下热水流场和溶质浓度动态的变化趋势,并提出了控制地下热水环境进一步恶化的措施。     

基于GMS的某垃圾填埋场地下水环境影响预测研究

以安徽省向山垃圾填埋场作为研究区,在分析场区水文地质条件的基础上,运用GMS中的MODF-LOW和MT3 D模块建立地下水流概念模型、数值模型及溶质运移数值模型,并根据取样结果确定污染物因子,模拟正常状况和非正常状况下污染物在地下水环境中的污染路径、污染羽迁移状况和污染物对地下水环境可能造成的影响.研究结果表明:评价区...     

应用数值模拟法划分滕州岩溶水水源保护区

根据2007年2月1日实施的<饮用水水源保护区划分技术规范>(HJ/T338-2007),以滕州荆泉岩溶水系统为研究对象,采用Visual Hodflow中的HT3DHS模块建立地下水溶质运移模型,进行了水源地规划开采状况下的数值模拟研究.依据模拟结果和有关技术要求分别将污染物运移100 d和1 000 d恰好到达水源地中心的捕获区划分为一级保护区、二级保护区,二级保护区以外的地下水补给区划分为准保护区.水源保护区的划分为保护地下水水质、保障城市供水安全提供了决策依据.     

轻非水相液体在地下环境中的运移特征与模拟预测研究

通过自行设计制备的二维砂箱模拟轻非水相液体(LNAPL)在湿润多孔介质中的渗漏,得出LNAPL在地下环境中的入渗、迁移及分布规律,并利用多相流体理论对其污染机理进行分析.在实验基础上建立模型来预测渗漏的基本特征,即渗流带中污染锋面扩展速度和透镜体的最终形状,预测结果与实测结果较为接近.这种预测模型对控制和治理地下水中LNAPL污染是至关重要的.     

地下水流数值模型的分解与叠加

叠加原理在水文地质计算中的应用相当普遍,但一般局限于地下水流模型的解析解,本文扼要介绍了线性定解问题的叠加原理,在此基础上提出了线性离散模型的叠加原理,进而讨论了线性离散模型的叠加原理在地下水流数值模型中的应用一一地下水流数值模型的分解与叠加.模型分解与叠加既可用于解析分析也可用于数值计算;同时不仅可以简化复杂模型的求解问题,更有助于理解地下水变化过程.     

节理网络模拟的程序实现及其在地下洞室中的动态响应分析

随着岩体工程的日益发展,人们愈发认识到岩体裂隙发育情况对工程影响的重要性,而岩体节理裂隙网络模拟是研究该类问题的重要手段。基于节理网络模拟结果,建立岩体力学分析模型,然后开展进一步的数值计算分析,在岩体工程中具有良好的发展前景。在岩体结构统计理论的基础上,自行编制了节理岩体裂隙网络模拟分析程序,直观再现了岩体内部的节理分布情况;将程序生成的可执行数据文件与离散元软件相融合;以含节理岩体的地下洞室为例,分别计算了静力和地震荷载作用下地下洞室围岩在不同时段的应力及位移变化情况。计算方法与结果对含节理岩体地下洞室围岩变形和破坏机制以及抗震工程设计具有指导意义     

地下水流系统理论与研究方法的发展

地下水流系统理论的提出,推动了现代水文地质学的发展。以Tóth经典地下水流系统理论建立方法为基础,综述了基于Tóth方法的地下水流系统的模拟成果,分析了Tóth方法得出的水流模式与控制因素的关系,以及地下水流系统理论从概念到实际应用的发展。同时,对中国地质大学(武汉)提出的地下水流系统通量上边界模拟方法也进行了系统论述,在物理模拟实验与数值模拟基础上,认为通量上边界分析方法是对Tóth方法的改进与完善,有利于对地下水流系统发育的物理机制理解;该方法能够更全面认识地下水流系统模式及其转化,定量出各影响因素对地下水流模式的控制关系。最后指出地下水流系统理论是当代水文地质学的核心概念框架,应该重视地下水流系统理论物理机制和数学模拟方法的研究,加强新技术方法的引入,拓宽其应用领域的研究等。     

环境中氡运移理论与计算方法研究

本文根据氡运移的扩散与对流理论建立了任意形状介质中氡运移方程、大地岩石、土壤中氡的运移方程和大地—大气氡交换理论模型。通过模型实验研究了介质中氡运移规律并验证所建立的氡运移的理论公式。运用大地—大气氡交换模型计算了江西临川市某住宅区空气中氡浓度,取得了初步的应用效果。     

Agricultural contaminants in Quaternary aquitards: A review of occurrence and fate in North America

The intensity of agriculture has increased significantly during the past 30 years, resulting in increased detection of agricultural contaminants (nutrients, pesticides, salts, trace elements, and pathogens) in groundwater. Till, glaciolacustrine, and loess deposits of Quaternary age compose the most common surficial deposits underlying agricultural areas in North America. Quaternary aquitards generally contain higher concentrations of solid organic carbon (SOC, as much as 1.4%), dissolved organic carbon (DOC, as much as 205 mg/L), and reduced sulfur (as much as 0.9%) than do aquifers. Their potential to sorb pesticides increases with the percent of older SOC, because diagenesis increases K_oc. Denitrification consistently reduces nitrate to non-detectable levels in unweathered Quaternary aquitards. Organic carbon of Quaternary age is a more labile electron donor than carbon from shale clasts. Pyrite is a more labile electron donor than carbon in many instances. Unweathered Quaternary aquitards provide a high degree of protection for underlying aquifers, due to their large reserves of SOC and reduced sulfur for sorption and denitrification, combined with their typically low hydraulic conductivity. In contrast, agricultural contaminants are common in weathered Quaternary aquitards. Lower reserves of reduced sulfur and sorptive/labile organic carbon, and a higher bulk K due to fractures, limit their ability to attenuate nitrate and pesticides. Subsurface drainage, which is common in Quaternary aquitards because of high water tables, bypasses the attenuation capacity of Quaternary aquitards and facilitates the transport of agricultural contaminants to surface water. Electronic Publication     

韶花铁路花岗岩球状分布规律统计分析

本文在对某铁路(武广客运专线韶关-花都段)沿线花岗岩地段进行工程地质钻探的基础上,对该地段花岗岩球状风化的地下分布规律进行统计分析,揭示了在该地段地下隐覆的花岗岩风化球具有风化球埋深主要集中在0~40m之间、风化球竖向球径集中在0~5m之间、风化球表现形式主要为W3含W2的特点,并据此提出相应的工程建议。     

我国地下水环境背景值研究综述

地下水环境背景值是地下水污染判别和污染程度评价的重要标尺。本文系统回顾了我国地下水环境背景值的研究历史,论述了常用的确定方法,探讨了其影响因素,尤其对应用最广泛的数理统计法的应用原则、数据检验、背景值取值等问题进行了讨论。最后,指出了我国地下水环境背景值研究中存在的若干问题,并提出了相应的意见和建议。     

江汉盆地潜江凹陷地下卤水地球化学特征和分布规律

江汉盆地潜江凹陷潜江组赋存有丰富的地下卤水,因其有较高的经济价值,是江汉盆地油气资源之外的又一种重要的战略资源。然而,长期的油田注水开采也对地下卤水产生了一定的影响,为进一步评估这种影响并探讨地下卤水微量元素的分布情况,通过采集和分析潜江组第一至第四卤水组的地下卤水样品开展其地球化学特征和分布规律的研究。结果表明,潜江凹陷潜江组地下卤水受油田生产影响,虽然普遍发生了淡化,但仍然拥有较高的TDS含量,淡化影响有限。卤水储层从上至下,第一卤水组至第四卤水组,随着深度的增加,硫酸钠亚型卤水和碳酸盐型水逐渐变少,氯化物型水逐渐增多。尽管区内地下卤水普遍经受油田注水生产的影响,但是卤水中Li、B、Br等元素依然保持较高的含量,大部分样品达到或超过边界工业品位,尤其以第二、第三卤水Li、B、Br品位较高,第四卤水组次之,第一卤水组最低。潜江凹陷地下卤水样品的钠氯系数接近于1,具备溶滤卤水特征,属于非海相地层的卤水,氯溴系数分析揭示区内现存地下卤水是溶滤卤水和沉积卤水混合以后的结果,卤水的脱硫系数和钙镁系数反映卤水的储集空间封闭性相对较差,凹陷内从第一至第三下卤水储集体的空间的封闭性逐渐变好,第四卤水组略变差。平面上,Li、B、Br具有相似的分布特征,凹陷内,卤水的浓集中心从下至上具有明显的迁移特征,钟市、浩子口、王场、周矶所围限的区域是高浓度卤水分布中心地带,其分布明显受控于卤水储集体的分布。     

地下电短天线的输入特性分析

地下电短天线的输入导纳是其几何尺寸、工作频率及地下和近地表物质(围岩及土层)电磁参数的函数.通过分析其变化规律得到下列结论:(1)短天线的输入导纳随频率的变化比较复杂.当频率较低时,短天线的输入电导随地下物质电磁参数的变化不明显,而输入电纳基本上随着频率的增高呈线性变化.(2)在频率比较低时,介电常数的变化对短天线的输入电导影响不明显,存在有一个电导曲线重合频段.对于低阻物质,这个重合频段的上限比较低;对于高阻物质,重合频段的上限升高.对于输入电纳,当电阻率和频率两者都较高时,其对介电常数的变化比较敏感.(3)输入导纳对低阻物质反应敏感,而对具有中等以上电阻率的物质基本上退化成为一条相同的频率变化曲线.(4)短天线的输入导纳值随其几何尺度的增加而增加.     

Assessment of the geological and hydrogeological environment at a site of government-level conflict in Incheon, Korea

 The natural environment of an environmental conflict site in Incheon, Korea was assessed with a focus on the hydrogeological environment. Residents had made claims against a company because of health problems, including skin tumors. More specifically, the residents suspected that their drinking groundwater had been contaminated by glass fibers which had caused the health problems. Air, soil, and groundwater samples were analyzed to estimate whether environmental pollution could have caused the problems claimed by the residents. No specific evidence was found from this study to support the groundwater contamination by glass fibers, but groundwater contamination by leaked fuel oils was confirmed in the course of evaluating the glass fiber problem. Received: 16 May 1997 · Accepted: 18 August 1997     

沉积环境和人类活动对苏锡常地区浅层地下水的水质效应

为指导苏锡常地区浅层地下水科学合理地开发利用,笔者从地质历史的角度分析了沉积环境对浅层地下水水质分布的影响;充分利用研究区域浅层地下水的历史水质资料,分析人类活动影响下的水质演化规律。结果表明:沉积环境对研究区的浅层地下水水质的空间分布特征具有控制作用,而人类活动对浅层地下水的水质演化具有污染和开采淡化的双重效应。     

农用化学物质对环境的影响及对策

农用化学物质主要是指化肥、农药和农膜。农用化学物质在农业生产中对增加农产品产量起到了巨大的作用,但由于使用过量、不合理使用以及农用化学物质本身结构的原因引起了一系列环境问题,严重地影响了人类的生存环境和人类的健康。本文概述了农用化学物质的种类及农用化学物质对水体、土壤、大气及农产品的影响,并在借鉴国外先进经验的基础上,结合我国的实际情况,提出了6项防治措施。     

两类ENSO事件赤道太平洋次表层海温异常的演变特征

基于美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,用个例和合成分析方法,剖析了两类ENSO事件赤道太平洋海温异常演变特征。结果指出,东部型ENSO事件的初始海温异常源来自赤道西太平洋次表层,海温异常中心沿气候温跃层向东向上传送,至赤道东太平洋表层形成ENSO事件。东部型ENSO冷暖事件互为初始场,在形成某一位相的ENSO事件的过程中也同时为相反位相的ENSO事件准备条件。中部型ENSO事件的初始海温异常源出现在赤道中太平洋次表层,海温异常中心沿气候温跃层向东向上传送至赤道中东太平洋表层形成ENSO事件。中部型ENSO事件多在前次事件减弱中断后出现。     

Influence of dissimilatory metal reduction on fate of organic and metal contaminants in the subsurface

Geobacter become dominant members of the microbial community when Fe(III)-reducing conditions develop as the result of organic contamination, or when Fe(III) reduction is artificially stimulated. These results suggest that further understanding of the ecophysiology of Geobacter species would aid in better prediction of the natural attenuation of organic contaminants under anaerobic conditions and in the design of strategies for the bioremediation of subsurface metal contamination. Received, May 1999/Revised, October 1999/Accepted, October 1999