基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移模拟

采用图像分析法确定溶质浓度,以硫酸铜和EDTA二钠作为双分子反应物,在多孔介质模型中开展了不同粒径(1.52.0,2.53.0,3.54.0 mm)和流量(1.0,1.5,2.0 mL/s)下反应性溶质运移实验,探讨了应用不完全混合的对流弥散模型(IM-ADRE)对双分子反应溶质运移的模拟和预测,并进行了参数敏感性分析。结果表明:图像分析法可准确获取多孔介质中显色反应性溶质的浓度,灰度值与浓度的决定系数R²大于0.96;用IM-ADRE模型能够准确预测双分子反应性溶质硫酸铜和EDTA二钠在3种不同多孔介质中的运移过程,误差低于3.71%;实验条件的改变对IM-ADRE模型参数D、m和β₀的影响显著,说明模型参数依赖于环境条件,其变化规律需要根据实际环境条件进一步率定,便于IM-ADRE模型的进一步推广应用。     

单裂隙介质中的溶质运移研究综述

总结了有关单裂隙介质中溶质运移的基本特点和实验研究的成果,得出影响单裂隙介质中溶质运移的几个重要因素,例如骨架扩散、弥散、表面吸附等,介绍了几个具有代表性的数学模型,同时对模型的有效性和局限性进行了初步讨论.     

基于实码遗传算法的地下水污染物运移参数反演

介绍了采用实数编码遗传算法优化反演地下水污染物运移参数的基本步骤,不仅求解了弥散系数,而且反演得到了地下水运动速度。算例表明,采用遗传算法———特征有限元离散方法反演地下水污染物运移参数是可行的。     

长春西部串湖含水介质弥散试验及污染质运移研究

水动力弥散系数是建立地下水水质模型,进行地下水溶质运移研究的重要参数。在野外调查的基础上,设计并开展了室内二维水动力弥散试验,应用直线图解法确定了研究区含水介质的纵向、横向弥散系数。建立了该区地下水溶质运移模型,并对其进行了预测分析。     

垂向环流井溶质运移试验及参数灵敏度分析

为表征垂向环流井运行过程中弥散度对溶质运移情况的影响.开展室内垂向环流井水动力场试验和溶质运移试验,研究了垂向环流井地下水循环流场的形式,绘制水头高度变化曲线分析出水动力场变化规律;通过污染羽扩散形态绘制不同时刻溶质迁移距离,得出溶质迁移规律.基于MODFLOW建立试验数值模型,利用弥散度参数反演,得出试验过程中的弥散...     

水动力和介质非均质性影响下DNAPLs运移数值模拟

选定氯苯为典型DNAPL建立理想的地表污染泄漏多相流运移模型,利用TOUGH系列软件TMVOC模块进行数值模拟,探讨地下水动力、介质非均质性及两种因素协同作用时对DNAPLs运移和分布的影响。研究结果表明:(1)水力梯度增大了DNAPL水平和垂向运移速率;当水平向水力梯度过大时,反而导致垂向速率减小。(2)透镜体主要发挥阻滞作用,绕过透镜体后,下游侧污染指入渗深度明显大于上游侧;水力梯度的存在进一步增强介质非均质性的影响,产生更多集聚和绕流,形成不规则的污染指和污染池交替组合形态。     

榆阳矿区含水介质弥散实验研究

以水动力弥散理论为基础,在中能榆阳煤矿矿坑排水池采取8组岩心样,垂向上和水平上各采集4组,进行室内一维沙柱弥散实验,以半无限含水层中污染物迁移模型的解析解计算了弥散度,并分析了测定结果的误差来源,为地下水溶质运移模型的建立提供参数。研究结果：水平方向采集的沙样的弥散度大于垂直方向采集的沙样的弥散度,这是由于水平取样时破坏了含水介质的密实度和颗粒排列,另外,室内一维沙柱实验测得的弥散度与野外弥散实验弥散度有一定差距,因此在条件允许的情况下尽量采用野外弥散试验测定方法。     

裂隙网络管道模型弥散试验

为了探求不同裂隙几何参数对裂隙网络溶质运移的影响,基于离散裂隙网络思想和优势流、沟槽流理论,建立裂隙管道网络概念模型,搭建不同管径、不同连通方式的管道网络试验装置,进行渗流和溶质运移实验。运用应用广泛的模拟软件CHEMFLO-2000建立等效多孔介质模型,拟合不同几何参数下等效弥散度,定量刻画不同管道网络几何参数对溶质运移的影响,讨论了不同管径、连通方式等与等效弥散度之间的关系。通过进一步分析得出:在连通方式相同的情况下,不同管径的管道网络等效弥散度存在差异,但是差异不大;溶质在小管径中的穿透时间短于大管径,穿透曲线缓和程度相差不大;管道网络连通方式越复杂,其等效弥散度越大、对溶质运移的影响越大、穿透曲线越缓和、路径越长,等效弥散度越大;用这种等效弥散度的方法表征管道网络对溶质运移的影响,与多孔介质弥散度具有相似性;管道数目、管道面数目与等效弥散度成正相关关系,且等效弥散度随尺度的增大而增加。     

多组分离子交换吸附反应-运移的土柱试验及模拟

利用室内一维饱和垂直土柱对保守性溶质运移和反应性溶质运移分别进行了试验,并用水文地球化学模拟软件PHREEQC模拟了保守性溶质Cl-的运移以及K+、Ca2+、Na+、Mg2+4种主要阳离子的反应运移过程,分析了土壤中发生的离子交换吸附和盐分运移过程,进一步模拟分析了不同入流溶液种类、次序以及有无置换反应情况下出流溶液的差别。结果表明:这些条件的不同均会对出流溶液的种类和浓度产生明显影响,表明水文地球化学反应对地下水中污染物的迁移会产生很大影响,在相关领域的研究中不宜忽略。     

野外非饱和土壤中溶质运移的试验研究

通过在野外3×6m2面积上均匀入渗条件下非饱和土壤溶质运移试验,同时对8个点定时取样,得到170cm深度内土壤溶液浓度和含水量剖面分布.据此研究了小区域范围内土壤水分和溶质的运移特征,讨论了土壤水分和盐分分布的空间变异性和统计特征.研究结果表明,在本试验条件下,土壤溶液浓度剖面的空间变异性远大于土壤水分剖面.单一测点的取样结果不能代表区域的溶质运移特征.区域上溶质浓度的平均结果能反映溶质运移的基本规律.由于土壤结构等因素的影响,不动水体含量占土壤含水量的24%～39%.     

含碎石土壤水分入渗试验研究

采用一维积水垂直入渗法测定含碎石土壤的入渗过程,分析碎石含量和碎石组成对土壤水分运动影响。对试验数据采用Kostiakov入渗公式拟合,得出反映入渗速率的拟合参数比值与土石比成幂函数关系;采用简略的Philip垂直入渗方程幂级数解拟合湿润峰随时间的变化,拟合精度高,并发现拟合参数与土石比仍成幂函数关系。采用简单相关分析碎石粒径对入渗过程影响,得出粒径2~3 mm碎石与入渗过程成显著的负相关关系,而>25 mm碎石有利于入渗。研究结果可为含碎石土壤的水循环提供重要的基础。     

地下水溶质运移数值模拟模型参数的局部灵敏度研究

采用局部灵敏度分析方法计算天津市滨海新区南港工业区内某研究区含水层渗透系数、降水入渗补给系数、纵向弥散度、孔隙度对地下水溶质运移数值模拟模型模拟结果的影响。结果表明,含水层渗透系数、纵向弥散度及孔隙度灵敏度较高,对模拟结果影响较大,降水入渗补给系数对模拟结果影响很小。三个灵敏参数的灵敏度排序为孔隙度>纵向弥散度>渗透系数。     

Determination of groundwater solute transport parameters in finite element modelling using tracer injection and withdrawal testing data

The groundwater tracer injection and withdrawal tests are often carried out for the determination of aquifer solute transport parameters. However, the parameter analyses encounter a great difficulty due to the radial flow nature and the variability of the temporal boundary conditions. An adaptive methodology for the determination of groundwater solute transport parameters using tracer injection and withdrawal test data had been developed and illustrated through an actual case. The methodology includes the treatment of the tracer boundary condition at the tracer injection well, the normalization of tracer concentration, the groundwater solute transport finite element modelling and the method of least squares to optimize the parameters. An application of this methodology was carried out in a field test in the South of Hanoi city. The tested aquifer is Pleistocene aquifer, which is a main aquifer and has been providing domestic water supply to the city since the French time. Effective porosity of 0.31, longitudinal dispersivity of 2.2 m, and hydrodynamic dispersion coefficients from D = 220 m²/d right outside the pumping well screen to D =15.8 m²/d right outside the tracer injection well screen have been obtained for the aquifer at the test site. The minimal sum of squares of the differences between the observed and model normalized tracer concentration is 0.00119, which is corresponding to the average absolute difference between observed and model normalized concentrations of 0.035 5 (while 1 is the worst and 0 is the best fit).     

河床粗化过程中推移质输移特征试验研究

为了研究河床粗化破坏与形成过程中推移质的输移特征,基于一套新型的接沙系统,在上游无来沙条件下,进行了3组不同床沙级配的水槽试验,研究了递增梯级流量作用下河床粗化破坏与形成的过程,采集到一套高精度（0.1 g）、高频率（1 Hz）的实时推移质输沙率及分时段输沙级配数据,分析了累积输沙量、输沙率及输沙级配的变化特征。结果表明,粗化过程中累积输沙量随时间基本呈幂函数规律增长,且"粗化破坏再形成"的累积输沙量曲线出现明显转折点;推移质输沙率表现出明显的非恒定性,其粗化形成阶段的耗时要远大于粗化破坏阶段的时间,两者之比范围为3.5~20.5;推移质输沙级配中粗颗粒比例随时间变化趋势与输沙率相似,在输沙率达到峰值附近时,输沙级配与原始床沙级配相同。     

土壤水分与溶质运移机制的分形理论研究进展

土壤中水分和溶质运移一直是土壤-水环境系统中的研究热点,也是目前仍未得到很好解决的问题.将分形理论应用于土壤水分溶质运移机制的研究,探讨其领域中的众多复杂问题,是一种全新的思路和方法.在对土壤结构定量化的分形表征进行简要阐述的基础上,重点介绍了分形理论在水分特征曲线和水力传导度等土壤水分运动基本参数的分形模型、土壤水分运移过程模拟、土壤溶质运移的非费克现象、弥散度的尺度效应以及溶质运移机制研究方面所取得的一系列成果,并就分形理论今后在土壤水分、溶质运移研究中的应用作了展望.     

The use of laboratory experiments for the study of conservative solute transport in heterogeneous porous media

 Laboratory experiments on heterogeneous porous media (otherwise known as intermediate scale experiments, or ISEs) have been increasingly relied upon by hydrogeologists for the study of saturated and unsaturated groundwater systems. Among the many ongoing applications of ISEs is the study of fluid flow and the transport of conservative solutes in correlated permeability fields. Recent advances in ISE design have provided the capability of creating correlated permeability fields in the laboratory. This capability is important in the application of ISEs for the assessment of recent stochastic theories. In addition, pressure-transducer technology and visualization methods have provided the potential for ISEs to be used in characterizing the spatial distributions of both hydraulic head and local water velocity within correlated permeability fields. Finally, various methods are available for characterizing temporal variations in the spatial distribution (and, thereby, the spatial moments) of solute concentrations within ISEs. It is concluded, therefore, that recent developments in experimental techniques have provided an opportunity to use ISEs as important tools in the continuing study of fluid flow and the transport of conservative solutes in heterogeneous, saturated porous media. Received, December 1996 · Revised, July 1997 · Accepted, August 1997     

应用亮兰染色剂指示溶质迁移边界层的研究

应用边界层方法确定溶质迁移参数是一种简单可靠的方法,但如何确定边界层的位置是限制边界层方法应用的关键因素。而亮兰染色剂在土壤中迁移时,具有边界层清晰、容易确定的特点。基于此,以Cl-为例,研究了该染色剂指示非反应性溶质迁移边界层的可行性。研究结果表明:在同一土柱中,亮兰染色剂的边界层与Cl-的边界层的运动规律相似,亮兰染色剂和Cl-的边界层随时间的变化在弥散度很小的情况下都可以用线性关系式近似描述。根据这一规律,得出在风沙土和黄绵土中Cl-边界层与亮兰染色剂边界层之间的关系表达式。两者边界层之间转换关系的求得,为应用亮兰染色剂准确指示非反应性溶质迁移边界层成为可能提供了一条思路。     

土石混合料强度特性的试验研究

开挖山体得到的土石混合料因强度高、施工方便而被广泛用作路基或基础的填料,但由于受地质条件、含石量、粒度分布范围及颗粒粒径等因素的影响,土石混合料的力学性质表现出明显的非线性,强度指标无法通过常规的试验设备检测,导致应用土石混合料填筑的路基或基础经常出现较大的差异沉降或滑塌,严重影响上部结构的使用。为了研究土石混合料的强度特性及其随各影响因素的变化规律,对室内大型直剪试验进行了改进,研制了新型的大型直剪试验系统,对不同类别土石混合料在不同影响因素下进行了击实试验和大型直剪试验。研究发现,在高应力条件下,土石混合料的剪切破坏不再完全符合库仑定律,抗剪强度应进行一定的折减;试验结果揭示了土石混合料的强度指标随各主要影响因素的变化趋势,初步建立了土石混合料指标随各影响因素的变化规律。结果还表明,母岩性质及含石量对混合料的强度指标影响较大,硬岩类混合料的内摩擦角普遍比软岩类高,混合料的强度随含石量变化规律为,当含石量小于30 %时,含石量的变化对强度影响较小,随含石量的增加,混合料的强度也呈抛物线形增长,一般至含石量为70 %左右达到峰值。     

裂隙岩体溶质运移模型研究

核废料的地下深部贮存、垃圾填埋造成的污水下渗、海水入侵、输油管道老化引起渗漏等诸多应用领域的发展,要求从机理、试验和模型等方面发展裂隙岩体溶质运移理论。基于裂隙岩体系统溶质运移的多尺度概念模型,分析了目前描述裂隙岩体系统中溶质运移各种数学模型的适用性和优缺点,为选取合理的数学模型求解具体的问题提供了参考依据。最后提出了需要进一步研究的问题。     

松散岩土体在不同浸泡环境中阴离子浸出特征试验研究

三峡库区大型的赵树岭滑坡区滑坡灾害极为发育。三峡工程蓄水后,水位上升导致原先许多非饱水的松散岩土体处于饱水状态,严重破坏了其稳定性。文章针对该滑坡区内广泛分布的松散岩土的基本类型和特点,设计了4种不同的浸泡环境,进行水-松散岩土相互作用的室内控制试验,通过监测阴离子浸出特征来揭示其化学变化规律。试验结果表明:在不同的pH值、不同的搅拌速度、不同的流速、以及同时改变pH值和搅拌速度的试验环境中,水岩化学作用所浸出的阴离子特征各异。研究结果可以为松散岩土-水化学作用机理研究提供资料,也对赵树岭滑坡体的工程治理具有重要指导意义。