单井注抽试验测算地下水流速的数值分析

为了分析注入阶段地下水流速及含水层弥散度对单井注抽试验解析模型测算地下水流速的影响机理,通过采用GMS(groundwater modeling system)软件建立了单井注抽试验数值模型,通过与Leap and Kaplan(1988)近似解析模型计算结果对比分析上述因素对解析模型计算结果的影响.研究结果表明:地下...     

井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的影响因素数值分析

对于重非水相污染场地,传统的钻孔取样方式因经费和取样个数的限制,往往无法准确估计含水层中重非水相污染物的残留量。井间分溶示踪法费用较低,且不会对污染源区造成破坏,可适用于推估重非水相污染物残留量,但目前该方法的准确性尚未得到验证。本文基于数值模拟方法探讨了示踪剂注入速率、示踪剂类型以及污染源区结构等多因素对井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量准确性的影响。数值算例结果表明:井间分溶示踪实验估计重非水相污染物残留量的误差小于15%;降低示踪剂的注入速率使得分溶性示踪剂在非水相和水相流体间作用更充分,能够提高井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的精度,实验中示踪剂注入速率由500 m3/d降为250 m3/d后,多种情景的平均精度由91.68%提高至93%;选取低分溶系数的示踪剂有利于提高示踪剂的回收率,从而提高推估精度,实验中示踪剂由2,2-二甲基-3-戊醇改为己醇后,平均精度由87.83%提高至96.85%;复杂的重非水相液体污染源区结构易于出现示踪剂绕流等现象,导致井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的误差增大,实验中含水层由均质变为非均质后,平均精度由93.03%变为91.65%。重非水相污染场地调查时,建议结合数值模拟方法选择适宜的示踪剂和示踪剂注入速率,以提高污染场地的刻画精度。     

轻非水相液体污染源区结构的影响因素数值分析

轻非水相液体（light non-aqueous phase liquid,LNPAL）在地下介质中的运移分布与残余捕获受多种因素影响和控制。LNAPL污染场地概念模型中一般视LNAPL从地表泄漏后穿过包气带至潜水面。然而地下介质的非均质性与包气带含水量的空间变异分布可形成复杂的LNAPL污染源区结构,LNAPL可能无法到达潜水面,而在毛细水带蓄积。文章基于数值模型综合分析了LNAPL泄漏量、介质非均质性与含水量空间变异分布、潜水面周期性变化等多种因素对LNAPL污染源区结构的影响。研究表明:（1）当泄漏量较大时,LNAPL可运移至潜水面;（2）当泄漏量较小时,对于上粗下细的层状非均质条件,LNAPL可能在毛细水带边缘发生蓄积,无法到达潜水面;（3）包气带中黏土透镜体并非都是LNAPL运移的阻碍,LNAPL可以穿透低含水量的黏土透镜体,只有高含水量的黏土透镜体才对LNAPL的入渗有阻碍作用;（4）潜水面周期性变化将导致污染范围扩大。     

基于钻孔抽水试验和示踪试验的岩溶地区含水层结构研究

岩溶含水层具有强异质性和各向异性特征,其空间结构的调查和认识是地下水流动和污染物迁移研究的重要基础。然而,岩溶含水层特殊的地质结构导致岩溶区水文地质调查非常困难。为了更好地掌握研究区岩溶含水层结构特征,本文在进行抽水试验的同时开展多示踪剂（荧光素钠、罗丹明、荧光增白剂）示踪试验。利用Theis标准曲线对比法分析抽水试验数据,计算试验场地渗透张量,根据示踪试验结果分析含水层结构性质。计算出研究区渗透张量主方向的导水系数分别为:0.297 m2·h-1和0.028 m2·h-1,给水度为1.19E-04,优势方向为东偏南18.47°。抽水条件下示踪试验获得3种示踪剂的回收率分别为:荧光素钠97.98%,罗丹明B47.34%,荧光增白剂39.54%;平均流速分别为:0.378 m·h-1、0.3 m·h-1和0.14 m·h-1,反映研究区岩溶孔隙、裂隙较小,示踪剂运移慢、时间长。荧光素钠和荧光增白剂的BTC曲线表现为单峰型,罗丹明B的BTC曲线表现为多峰型,表明研究区既发育优势流裂隙,又发育相对均匀裂隙。同时,示踪剂最大回收率方向与抽水实验所得渗透张量主方向相符。研究结果为岩溶含水层精细结构的刻画,水文模型物理参数的确定提供了方法和依据。      

基于转移概率随机模拟的DNAPL运移二维和三维数值模拟对比研究

非均质介质的空间维度变化对重非水相流体（DNAPL） 的运移具有重要的影响。在充分考虑地质体的空间连续 性、不对称性以及各向异性等特征的基础上,采用基于马尔可夫链的转移概率（transition probability） 模型来构建非均质 随机场。该文通过TMVOC-MP软件来模拟DNAPL在非均质介质中的运移规律,探讨非均质随机场的水平空间连续性、 空间维度变化以及侧向运移过程对DNAPL运移的影响。结果表明,介质的水平空间连续性越好,DNAPL在水平方向的 迁移范围越大,在垂向的迁移范围越小;相比于三维模型,二维模型中DNAPL在水平方向的展布更大、在透镜体上的蓄 积量更多,在实际应用中以二维模型代替三维模型会加大模拟结果与实际污染情况之间的误差;侧向运移过程削弱了单 个平面的非均质性对DNAPL运移的控制,当存在侧向运移时,DNAPL绕过透镜体所运移的距离以及在透镜体上的蓄积 量会相应减小。     

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。     

表面活性剂强化的DNAPLs污染含水层修复过程的数值模拟

根据含水层中水、表面活性剂和DNAPLs的运移规律和相互作用机理, 建立三维多相流数值模拟模型, 用以模拟表面活性剂强化的DNAPLs污染含水层的修复过程.将所建立的模型应用于一个被PCE污染的非均质含水层中, 并分别对污染物的污染过程以及修复过程进行模拟.研究结果表明: 数值模拟模型给出了表面活性剂强化含水层修复过程中非水相流体迁移转化的数学描述, 能够在短时间内、参数有限的条件下真实地刻画DNAPLs在含水层中的运移规律, 并能有效地模拟表面活性剂的修复过程.此外, 模拟结果显示, 由于表面活性剂对PCE的增溶增流作用, 有效地提高了PCE在水中的溶解性和迁移性, 其修复40 d的去除率达到63.5%, 与抽出处理法(去除率为31.8%)相比修复效果明显增强.      

多孔介质界面对重非水相液体迁移过程影响的图像法研究

重非水相液体(dense nonaqueous phase liquid,DNAPL)污染土壤和地下水的问题已引起广泛关注,研究其在不同粒径多孔介质及其界面的运移特征形态是确定污染区域、修复治理土壤和地下水环境的前提。文章通过室内试验研究多孔介质界面对DNAPL运移与分布特性的影响。首先在二维砂槽上进行DNAPL污染物的入渗试验,试验过程中用数码相机拍照,将DNAPL扩散过程以图像的形式记录下来;然后用AutoCAD对图片进行处理,绘制出DNAPL迁移过程的锋面变化图。结果表明:DNAPL入渗过程中,迁移主要受到重力作用与毛细作用的控制,毛细作用力随着介质粒径的增大逐层减小,重力作用逐渐起主导作用使污染物入渗速度逐层增大;介质结构影响DNAPL的迁移形态,介质粒径逐层增大,DNAPL污染物的渗流面与指进扩散宽度逐层减小,扩散方式由面状变为指状;在不同粒径介质界面介质结构发生突变时,DNAPL迁移锋面线曲率也相应变大,此时DNAPL的迁移呈现“凸”型特征,另外,不同的界面横向扩散的滞留宽度不同,随着介质粒径的增大,界面的横向扩散宽度相对变短。     

饱和非均质介质中PCE的运移分布与修复研究

重非水相液体(DNAPLs)泄漏进入土壤-地下水环境成为长期污染源,给人类健康及生态环境带来严重威胁。将四氯乙烯(PCE)作为特征污染物,通过二维砂箱实验探究饱和非均质介质中PCE的运移分布,及Tween 80溶液对PCE的去除效果。采用透射光法监测运移与修复过程,定量评估PCE的修复效率。结果表明,由于PCE无法克服毛细压力,在低渗透性介质上方聚积污染池;由于拉断效应,PCE在运移路径上以离散状形式存在。离散状PCE与Tween 80溶液的有效接触面积大,易被优先溶解去除,控制着修复效率。Tween 80溶液对离散状PCE修复效果显著,可作为有效的修复溶剂选用。     

基于水力层析法的某煤矿承压含水层叠加放水试验分析

水文地质参数是衡量含水层富水性的重要指标,其空间分布特征的准确推算,对于矿井突水灾害预报与防治具有积极意义。传统放水试验分析方法得到的是等效水文地质参数,不能准确刻画含水层的空间异质性。基于随时间变化的水头数据与水文地质参数的互相关分析,将水力层析法应用在陕西榆林柠条塔煤矿井下承压含水层叠加放水试验数据分析中,获得了研究区水文地质参数的空间分布特征。结果表明,工作面南北富水性差异大,涌水区位于强导水带上;从涌水区往北,导水系数和储水系数整体上逐渐减小;南部导水系数和储水系数均较大,属于富水异常区。研究表明,水力层析法是一种有效的非均质含水层参数识别的新技术,将井下放水视为针对含水层的刺激源,结合水头与水文地质参数的互相关分析,联合多个观测孔的水头响应数据,反演刻画研究区域的主要地质结构特征。在矿井水文地质条件分析中,预先采用水力层析法识别富水异常区域,可以有效降低突水事故风险。