《地下水(溶质)运移数学模型手册》简介

由[美]L. Javandele, C.Doughty和C. F. Tsang合著的《地下水(溶质)运移数学模型手册,(1984)已由长春地质学院林学钰副教授主持译校完毕,即将由吉林科技出版社出版发行。该书主要阐述了如何利用有关数学模型研究地下水中     

灰坝工程领域岩体裂隙渗流浸润线及出漏点溶质浓度数值模拟

灰坝工程中灰水渗漏易对地下水产生污染,为预防治理地下水污染,应研究灰场污染物的运移机理,在运移工程中由于岩体裂隙的粗糙性和各向异性,渗流及溶质运移模型实际非常复杂。本文着眼于建立将粗糙裂隙岩体非连续渗流、溶质运移数学模型,应用于陡立裂隙网络岩体渗流浸润线及出漏点溶质浓度数值模拟,为定量分析灰场对地下水的影响提供理论依据。     

西宁市贵德县河滨公园林场第四系含水层弥散试验研究

地下水污染问题日益严重,研究溶质运移的弥散理论开始应用于实际问题。建立地下水溶质运移模型,对地下水中污染物的运移及发展趋势进行准确预测,是对地下水进行保护、对地下水污染进行控制的基础。而弥散参数的确定则是地下水溶质运移模型建立的关键环节之一,直接影响着模型预测结果的精度和准确性。 对西宁市贵德县地下水污染的水质运移规律进行分析,在贵德县河滨公园林场采用径向收敛流水动力弥散理论方法进行了第四系含水层现场弥散试验,计算了试验场地潜水含水层的弥散度,获得纵向弥散度(a_L)为0.843~0.998 cm,横向弥散度(a_T)经验推断值为0.17~0.20 cm,为进一步建立该地区的地下水溶质运移模型、预测地下水污染的发展趋势和评价该地区地下水环境质量提供了数据参考。     

白于山以北潜水含水层野外弥散试验研究

建立地下水溶质运移模型,对地下水中污染因子的运移扩散情况进行预测,是对地下水进行保护和对地下水污染进行控制的关键。地下水溶质运移模型中弥散参数对模型预测结果的精度和准确性有着至关重要的作用。对陕北白于山以北地区潜水含水层污染水体的运移规律进行分析,采用径向收敛流水动力弥散理论方法进行潜水含水层的弥散试验,计算场地潜水含水层的弥散参数。研究结果表明:计算得到的纵向弥散度(a_L)为0.58 cm,横向弥散度(aT)经验推断值为0.116 cm。研究结果可为该地区进一步建立地下水溶质运移模型和制订有效的地下水污染防治措施提供数据参考。     

PHREEQC在地下水溶质反应-运移模拟中的应用

由于地下水污染的加剧,对地下水中污染物运移规律的研究日益受到重视。地下水中的溶质在运移过程中伴随着溶质组分间的化学反应,因此需要建立地下水溶质运移与化学反应的耦合模型。PHREEQC是近年来发展起来的描述局部平衡反应、动态生物化学反应的水文地球化学模拟软件。本文利用该模拟软件对一维地下水流动过程中溶质离子交换反应和动态氧化还原反应进行了模拟。结果表明,PHREEQC能够成功地进行溶质运移情况下复杂水化学反应模拟,但对于复杂地下水流和溶质运动的情况,有必要耦合其它的地下水流动和溶质运移软件来共同完成。     

煤矿区放水试验中示踪剂的运移规律

以地下水动力学的相关理论为基础,提出应用溶质运移模型对放水和示踪联合试验中获取的水量、水位及示踪剂浓度时间序列数据进行定量研究的方法。对裂隙介质溶质运移的基本规律、数学模型及其数值解法进行了系统的总结,对比各种解法的优缺点及其适用条件,并给出了联合试验溶质运移规律模拟分析的流程。      

关于地下水系统内污染质运移模型的探讨

在人类活动的影响下,如:城市垃圾堆放,工农业排污,放射性废弃物的地下弃置等,无论在污染质的数量上或在污染范围上都在迅速的增长,结果使地下水水质朝着水质恶化方向发展。因此人们已越来越关心地下污染质运移规律的研究。而数学模型则是研究和模拟地下水污染质(或称溶质)运移规律的一种很好的工具。 目前已有的数学模型多数是用来研究     

地下水溶质迁移模拟研究进展

在地下水的相关研究中,农药和石油等地下水污染、土地盐碱化、海水入侵等诸多实际问题主要的研究方法都涉及地下水溶质迁移模拟. 相比地下水水流模拟的相对完善,对溶质迁移的模拟比较薄弱且迁移过程本身复杂性较高,目前地下水溶质迁移的研究工作还处在全面发展的阶段. 文中阐述了反映地下水溶质迁移机理和过程的数学模型,综述了溶质迁移模拟在地下水污染物防治、土地盐碱化、海水入侵、石油和放射性废物扩散等问题的诸多应用,归类了目前溶质迁移模拟所使用的对流迁移、对流-弥散模拟等主要数值方法,并对这些方法的优缺点和应用实例做了总结. 最后,分析了目前溶质迁移模拟中存在的不足,展望了未来在参数确定、裂隙介质运移机理和多相介质条件下运移模拟可能取得的突破.     

地下水水质模型

研究地下水流中溶质浓度时间、空间上变化的一种数学模型,该模型的数学方程一般由弥散项(即由弥散效应引起的溶质运动)、流速项(即由地下水对流引起的运动)和吸收项(即由化学作用而产生的溶质的消失或增加)构成。     

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。     

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。     

越流含水层系统中的溶质运移方程

越流含水层系统在我国分布十广泛,但国内有关越流含水层系统的地下水污染模型尚见报导,为建立越流含水层系统地下水污染的数学模型,本文导出了包括越流和井流项的溶质运移方程。     

含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响

为探讨含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响,基于非均质含水层砂箱实验,分别用传统等效均质模型、克立金插值和水力层析刻画含水层渗透系数场,并探讨了先验信息对水力层析结果的影响.将不同方法估算的渗透系数场用以预测地下水流和溶质运移过程,以此判断不同方法估算结果的优劣,分析含水层非均质性对地下水流和溶质运移的影响.结果表明:与克立金插值法相比,水力层析法可以更好地刻画含水层非均质性,较准确地预测地下水流和溶质运移过程;钻孔岩心渗透系数样本值作为先验信息可以提高水力层析法估算结果的精度;传统等效均质模型无法准确预测地下水流和溶质运移过程.含水层非均质性的增强将导致溶质污染羽分布形态和运移路径的空间变异性增强,并且优势通道直接决定溶质的分布及运移路径.      

《地下水污染与地下水水质模拟》即将出版发行

由王秉忱研究员等编著的《地下水污染与地下水水质模拟》一书即将公开出版发行。全书共分十六章达九多万字。该书系统论述了环境地质工作中有关地下水污染与地下水水质模拟的基本理论和工作方法。诸如:进行地下水污染研究及其水质预测的基本理论;地下水中溶质运移的基本规律;弥散理论的建立;地下水污染调查及其水质预测的工作方法;弥散参数的实验室和野外测定;地下水运动和地下水污染的基本方程、水动力弥散方程几种典型定解问题的解析解及其应用;水动力弥散方程的有限差分法;水动力弥散方程的有限单元法;解地下水溶质运移方程的边界积分方程法;水动力弥散方     

岩溶管道与裂隙介质间溶质暂态存储机制

溶质暂态存储是岩溶地下水溶质运移过程中的普遍现象。为揭示岩溶管道与裂隙介质间溶质暂态存储机制,本文构建室内管道-裂隙物理模型,开展集中补给条件下的定量示踪试验,运用双区对流弥散模型实现溶质运移过程模拟。研究表明：随着集中补给水动力条件的增强,裂隙暂态存储水量呈线性增加趋势,溶质穿透曲线由单峰型向双峰型转变;管道和裂隙中的平均流速呈负相关关系,溶质在管道和裂隙中的滞留时间差决定了穿透曲线的形态;溶质暂态存储引发了穿透曲线的拖尾效应和双峰现象,对岩溶地下水溶质运移过程具有重要的控制作用。     

地表地下耦合的水量及溶质运移模拟研究进展

地表水与地下水之间存在强烈的相互作用,构建地表水和地下水耦合的水量和溶质运移模型可以揭示地表水和地下水之间的相互作用机制,并提高地表地下水量水质预测的精度。介绍了现有的地表地下耦合的水量及溶质运移模型,对比了各模型的求解方法和适用领域,总结了这些模型的应用现状。其中水量模型中全耦合模型精度较高,是未来模型发展的主流方向,溶质运移模型中溶质反应过程模拟较为欠缺。未来应在优化求解算法、提高溶质反应模拟和加强裂隙介质模拟等方面深入开展相关研究。     

地下水水质的教学模擬(二)——水动力弥散方程与水动力弥散系数

地下水水质的数学模型可分为纯对流型与对流弥散型两种。纯对流模型忽略弥散的作用,不考虑过渡带,即认为溶质的运移完全由流速场的分布所确定。这类模型比较简单,也比较容易处理,在研究大范围内的水质变化时经常采用。但是,要想得到溶质浓度的精确分布,限于纯对流模型则不能满足要求,     

地表水-地下水溶质运移耦合模拟研究——以某赤泥堆场项目地下水环境影响评价为例

目前的地下水环境影响评价中,地表水体常作为边界条件,不能体现地表水中的溶质运移过程。本文以某一赤泥堆场项目为例,采用GMS软件中的MT3D-USGS模块的SFT程序包建立河流—地下水—溶质耦合模型,预测氟化物在运营期14年运移扩散情况,评价污染物对区域地表水和地下水的影响。结果表明:(1)模拟流场能较真实的反应研究区的地表水和地下水流动特征;(2)在正常工况条件下,氟化物对地表水和地下水的影响较小;(3)在岩溶塌陷的情况下,氟化物仅2d就可运移至季节性河流,在运移2369d后最大超标距离已经达到河流,且氟化物有沿河流向下游运移的趋势,第14年氟化物沿河流运移到下游河流及沿岸地下水含水层,形成一个随河流扩散的污染晕。     

岩溶区地下水数值模拟研究进展

岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。      

裂隙岩体地下水溶质运移的尺度问题

核废料的安全贮存、地下污染的预测控制等目前面临的许多重大问题要求对大尺度裂隙岩体地下水溶质运移问题进行研究,然而裂隙岩体地下水溶质运移问题的尺度效应给这项研究带来了极大的挑战.本文介绍了裂隙岩体地下水溶质运移的多尺度概念模型及其物理和数学模拟方法,并探讨了模拟尺度与观测尺度、预测尺度、裂隙介质尺度之间的关系及尺度效应的分形特征.