以膨润土为基材的集成缓冲材料对铀的长期阻滞效应研究

缓冲材料作为高放废物处置库中多重屏障体系的最后一道人工屏障,其对放射性核素的阻滞性能将直接影响放射性核素随地下水进入天然地质屏障后重返生物圈的能力,进而影响到处置库的长期稳定性和安全性。用具有低渗透性和良好膨胀自愈性的膨润土作为集成缓冲材料的基材,以凹凸棒石为辅料,用黄铁矿为添加剂,三者按质量比为63∶27∶10均匀混合构成集成缓冲材料B_7AP,采用恒定源扩散实验分析了铀在干密度为1.70 g/cm~3试样中的扩散特性。结果表明,B_7AP缓冲材料对铀具有良好的阻滞性能,其表观扩散系数为4.07×10~(-12) m~2/s。同时,根据多孔介质污染物迁移理论,建立了铀在B_7AP中迁移的对流-弥散-吸附简化方程,并用Matlab软件模拟分析了不同时间尺度、渗流速度、表观扩散系数和阻滞因子条件下,铀在B_7AP中的迁移距离,为提高放废物处置库料缓冲材料阻滞性能、筛选及优化缓冲材料配方设计提供了科学依据。     

放射性核素在不同介质中的迁移研究进展

从受关注的放射性核素、不同介质及实验模拟等方面,对当前放射性核素在不同介质中的迁移研究进展进行了较为全面的分析总结。提出了今后放射性核素迁移的重点研究方向:①核素在多介质之间的迁移研究;②核素在三维空间的迁移模式研究;③核素在非均匀介质中的迁移规律研究,特别是对其滞留机制的研究。     

地浸场地残余溶液对水环境影响中的水文地球化学问题讨论

溶质迁移的理论是水环境评价及其整治的科学基础。溶质迁移理论包括水动力弥散、分子扩散和水文地球化学的水岩作用。文章讨论了地浸场地残留溶液对环境影响的预测方法、围岩对污染水的自净和地下水环境恢复的功能，对三种预测污染水对环境影响方法的计算蛄果进行了对比。通过以上讨论，展示水文地球化学在水环境评价和整治工作中有不可忽略的作用和意义，并提出了在水环境评价和整治工作中正确确定弥散系数、阻滞系数、饱和阻留容量、阻滞速率、溶质迁移速度的重要性。文中通过实例介绍了饱和阻滞容量、阻滞速率、溶质迁移速度等参数的求测计算方法。     

不同pH条件下胶体对含水介质中铵氮迁移的影响

为了研究在不同酸碱条件下含水介质中铵氮迁移的胶体效应,文章在室内水动力弥散试验的基础上,进行了不同酸碱条件下天然黏土胶体对铵氮迁移影响的试验。研究结果表明:土柱出水铵氮穿透曲线表现为"未穿透"、"开始穿透"和"完全穿透"三个阶段;含水介质对铵氮的迁移有一定的阻滞作用,阻滞因子Rd1。根据胶体DLVO理论,不同pH不仅影响水溶液中铵氮水解平衡,同时也影响胶体粒径及Zeta电位,影响铵氮、胶体及含水介质三者间的相互作用,从而进一步影响铵氮在含水介质中的迁移:当水溶液pH为3.5时,含胶体含水介质对铵氮的阻滞因子Rd(4.17)大于无胶体铵氮Rd(3.57),胶体对铵氮的迁移起到阻滞作用;pH为10.5时,不含胶体Rd为2.50,大于含胶体Rd(2.03),胶体对铵氮运移促进作用;pH=7.5时,胶体对铵氮迁移影响不显著;同时研究发现,不论有无胶体作用,不同酸碱环境中含水介质对铵氮迁移的阻滞作用一致,阻滞系数大小均表现为:Rd(pH=10.5)Rd(pH=7.5)Rd(pH=3.5)。     

均匀花岗岩中放射性核素迁移研究

测定了花岗岩石中饱和水力传导系数,研究了花岗岩粉粒对＾１２５Ｉ,＾１３４Ｃｓ的吸附性。在均匀岩块中进行了＾１２５Ｉ,＾１３４Ｃｓ的扩散,弥散实验结果表明;我们自行设计的恒压装置能快速精确地测定核素在岩石中迁移的岩容因子,分配系数和弥散系数。     

硝基苯在含水层中迁移转化影响因素的定量研究

通过室内模拟实验,确定了影响硝基苯在含水层中迁移转化的主要因素,并采用解析解方法计算出各因素的影响水平。研究表明,硝基苯在淤泥介质中的吸附能力大于砂砾介质,其在淤泥介质中的阻滞系数为2.22,在砂砾介质中的阻滞系数为1.74。根据一级动力学方程计算得出,硝基苯在淤泥介质中的自然衰减总速率常数为0.063 5/h,在砂砾介质中的自然衰减总速率常数为0.0059/h。而且,不论是在淤泥介质还是在砂砾介质中,生物降解作用均是硝基苯迁移转化过程的主要影响因素,其影响水平占硝基苯自然衰减能力的50%左右。     

花岗岩裂隙中~(134)Cs表面活度直接测量

测定岩石中放射性核素的浓度分布 ,是研究放射性核素在处置库周围岩石中的迁移、扩散和滞留规律 ,从而确定处置库隔离能力的必要手段。本文研究了花岗岩裂隙表面 13 4Cs活度的直接测定方法 ,并对有关影响因素进行了讨论     

硝基苯在傍河地下水源地迁移转化的数值模拟研究

通过开展室内模拟实验研究,探讨硝基苯在傍河水源地的迁移规律、转化机理及其影响因素。在实验的基础上,构建描述硝基苯在傍河地下水源地迁移转化的数学模型。数值模拟结果表明：淤泥介质对硝基苯的吸附能力相对较高,硝基苯在淤泥中的线性吸附系数为0.526 cm³/g,在砂砾中的线性吸附系数为0.123 cm³/g;硝基苯在淤泥介质中的生物降解作用也明显大于在砂砾介质中,其在淤泥介质中的生物降解速率常数可达0.043 h^-1,而在砂砾介质中仅为0.002 h^-1。本次对室内硝基苯迁移转化实验的数值模拟效果较为理想,模拟结果对硝基苯在含水层中的迁移过程和转化规律进行了科学合理的量化描述,可将该模型进一步用于野外硝基苯迁移转化的模拟预测中。     

非平衡吸附放射性核素迁移数值模型研究

放射性核素在以水作为载体于多孔介质中迁移时，吸附与解吸作用不容忽视．吸附与解吸为一非平衡过程，本文建立了考虑非平衡吸附的放射性核素迁移数植模型，模型中对于水动力弥散方程和非平衡吸附关系式的耦合，采用数值离散、直接代入的方法使数值求解便于实施．利用现场核素迁移试验观测资料对所建立的非平衡吸附核素迁移数值模型进行了检验，充分说明了该模型的有效性．     

一维均质与非均质土柱中溶质迁移的分数微分对流-弥散模拟

分数微分对流-弥散方程(FADE)是模拟溶质迁移问题的新理论,但应用FADE来模拟溶质迁移时能否克服弥散的尺度效应尚待验证。利用长土柱实验资料结合FADE的解析解拟合推求FADE的弥散系数,并分析其与尺度之间的相关关系。研究结果表明,FADE的弥散系数具有随尺度增大而增大的现象,且均质土柱中FADE的弥散系数尺度效应小于非均质土柱中弥散系数尺度效应。在均质土柱中,弥散系数与尺度之间成指数相关关系,在非均质土柱中,弥散系数与尺度之间成幂相关关系。考虑了弥散系数分别与迁移时间和迁移距离呈线性递增两种相关关系,进而分别构建了3种考虑弥散尺度效应的FADE模型,并提出了求解的差分方法。利用上述3种考虑弥散尺度效应的FADE来模拟和预测不同空间位置处的溶质迁移过程。结果表明,对均质土柱中的溶质迁移可得到较好的模拟结果;对于非均质土柱,其模拟结果与实测结果仍然存在一定的差异。     

某核废物处置预选区中核素迁移模拟研究

核素在裂隙介质中的迁移问题是核废物深地质处置中极为关注的问题。为了解裂隙介质中核素的迁移规律,建立了基于双重介质理论的描述核素在裂隙域和基质域中迁移的基本微分方程,利用拉普拉斯变换推导出其解析解;在对西北某核废物处置场预选区地水文地质条件分析的基础上,获取相关参数,利用一维多途径核素迁移模型,选取国内在花岗岩中研究较多的核素Cs-134、Co-57、Tc-99,模拟这几种核素的相对浓度随模拟时间、迁移距离的变化规律。模拟结果表明：在其他条件都相同的情况下,Cs-134的迁移是最快的,而Tc-99迁移是最慢的。     

宇宙成因核素埋藏年龄法: 原理及应用

宇宙成因核素埋藏年龄法是继宇宙成因核素暴露年龄法之后发展起来的又一同位素定年法,这一方法主要应用于沉积物定年。宇宙成因核素埋藏年龄法的原理是: 具有不同半衰期的成对宇宙成因核素浓度及比值会随时间而发生变化,这些变化可以表示成时间的函数。因此,通过测定石英中成对宇宙成因核素的含量,可以定量化沉积物的沉积时间。宇宙成因核素埋藏年龄法在实际应用中还存在几方面不确定性: 测量误差、参数引入的误差以及与地质模型的差异所引入的误差,本文对这些不确定因素进行了讨论。在实际采样过程中,应注意采样点及地质背景尽可能符合地质模型; 在样品处理过程中,应保证石英纯度以及选用 10Be含量尽可能低的铍载体。在最后,本文例举了宇宙成因核素埋藏年龄法在昔格达湖相沉积和大邑砾岩定年中的应用,以及 26Al- 10Be-21 Ne联合定年。可以期待,这一方法在中国将被广泛地用于研究大型河流演化、中国早期人类的演化历史、第四纪早期冰川发育以及与青藏高原演化相关的构造和沉积问题。     

裂隙岩石介质中核素迁移的模型及其算子分裂、迎风、均衡格式

建立了放射性核素在裂隙岩石介质中迁移的双重介质模型,对模型的求解提出了一种新的数值方法—Galerkin有限元法与算子分裂、迎风、均衡格式相结合的新方法,给出了水质模型算子分裂、迎风、均衡格式的稳定性条件,且所得到的计算格式是非负的。最后通过对核素90Sr 100年、99Tc 1000年的预测计算,验证了本文所提方法的有效性和稳定性,并得出了一些有重要意义的结论。     

双重介质中的一类核素迁移数学模型及其反演

探讨了孔隙与单裂隙双重介质中的一类核素迁移数学模型及其反演问题。该核素迁移模型是一个耦合的抛物型方程组定解问题。若已知排污点的核素浓度变化规律,利用Laplace变换及其逆变换方法,求得了核素迁移模型正问题的解析解;反之,由下游裂隙中某个点的实测核素浓度,利用偏微分方程的叠加原理和反问题的拟解法,反求出核素迁移模型反问题的解,即排污点的核素状态。最后,给出核素迁移模型的正问题和反问题的数值模拟。数值结果表明,正问题的解析解能够刻画核素的迁移规律,也显示出所提反问题方法能有效地反演核素污染源。     

地下深层岩石微纳米孔隙内气体渗流的多尺度模拟与分析

页岩气是未来中国能源结构中的重要组成部分,但中国页岩气埋藏深度大,不能直接照搬美国对浅层页岩气的开采经验,需要对其输运机理有更清晰的认识.介绍了跨尺度混合模拟算法,分析了基于孔隙尺度模拟来研究场尺度的气井衰减曲线分析等问题,揭示了高努森数效应与非理想气体效应之间的耦合机理;介绍了考虑多孔介质弹性形变对渗流影响时计算表观渗透率的特征压力模型,为页岩气勘探开发提供了相关理论支持.      

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。     

花岗岩体单裂隙中核素^125I^—,^134Cs^＋的弥散渗透实验

本工作研制了单裂隙弥散渗透实验装置,在单裂隙实验装置上分别使用了含＾１２５Ｉ＾－,＾１３４Ｃｓ＾＋连续液流进行了核素迁移实验,测定流出液中裂隙表面和岩块空间核素浓度分为,给出了弥散渗透实验的有关迁移参数。     

Three-dimensional temporally dependent dispersion through porous media: analytical solution

A three-dimensional model for non-reactive solute transport in physically homogeneous subsurface porous media is presented. The model involves solution of the advection-dispersion equation, which additionally considered temporally dependent dispersion. The model also account for a uniform flow field, first-order decay which is inversely proportional to the dispersion coefficient and retardation factor. Porous media with semi-infinite domain is considered. Initially, the space domain is not solute free. Analytical solutions are obtained for uniform and varying pulse-type input source conditions. The governing solute transport equation is solved analytically by employing Laplace transformation technique (LTT). The solutions are illustrated and the behavior of solute transport may be observed for different values of retardation factor, for which simpler models that account for solute adsorption through a retardation factor may yield a misleading assessment of solute transport in ‘‘hydrologically sensitive’’ subsurface environments.     

干酪根对页岩基质中甲烷运移规律的影响

微/纳米孔隙内甲烷的运移研究是进行页岩气藏开发预测及评价的前提和基础.页岩中分布大量的微/纳米孔隙,其中干酪根中的纳米级孔隙分布广泛.由于气体在不同尺度孔隙中的运移机理大不相同,且在有机孔中存在明显的吸附/解吸现象.因而,甲烷在页岩中的运移机理仍需完善.本研究综合物理模拟及数学分析方法,对甲烷渗流规律进行研究.研究结果表明:（1）温度升高,单位质量页岩的产量减少,达到平衡的时间缩短,总体体现在甲烷在高温下的吸附/解吸-扩散速率大.（2）相同生产压力下,随入口压力升高,甲烷运移速率增大,达到产量平衡的时间增长.（3）数学模型充分考虑干酪根中甲烷扩散对气体运移过程的影响,并与实验结果及不考虑干酪根影响的模型进行对比分析,结果显示,本文建立的数学模型能更准确地描述甲烷在页岩基质中的运移动态.