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。     

海水入侵模拟方法VFT3D及应用

海水入侵是困扰沿海地区经济社会发展的重大资源、环境问题,严重影响沿海地区地下水资源。定量模拟、预测和可视化管理是对海水入侵进行有效监测和机理分析的重要手段。基于前期海水入侵模拟的理论研究及方法,提出了海水入侵模拟及预测模型VFT3D,该模型综合考虑地表水-地下水对海水入侵的协同控制作用,能够模拟变密度地下水流及复杂反应性迁移,实现模拟海水入侵的完整水文循环过程。文章介绍了VFT3D模型,利用VFT3D模型模拟了一个海水入侵案例,并与SEAWAT模型模拟结果进行了对比分析。结果表明VFT3D 模型模拟水头与SEAWAT模型模拟结果相差不大,但SEAWAT模型无法模拟海水入侵中复杂的化学反应过程。VFT3D 模型模拟发现,水文地球化学过程（阳离子吸附交换作用）对阳离子（Na+、K+、Mg2+和Ca2+）运移产生明显影响,同时引起过渡带中离子组分浓度发生变化,对海水入侵过程产生较大影响。因此,考虑变密度和复杂反应过程,才能更加准确地描述海水入侵,从而有利于地下咸水治理工程的科学实施。     

沿海地区地下水模拟优化管理模型

针对中国一些沿海地区地下水超采及由此带来的海水入侵问题,将地表水补给、抽水量及地下水位等相嵌在一起,建立了沿海地区地下水模拟优化管理模型。将人工鱼群算法和基于MODFLOW2000的变密度地下水流及溶质运移模型耦合起来,对沿海地区地下水模拟优化管理模型进行求解。以山东省威海市节水示范区为例,验证模型的有效性和可靠性。结果表明,10、11、12月份抽水量最大,以后至第2年5月份依次是减少的;从区域分布上看,在临海区域1号井处抽水量是3500～1120m3/月,在其它井处是6540～2920m3/月;与现行方案相比,增加总有效供水1990m3,地下水平均水位升高0.29m,海水入侵问题能够得到解决。计算结果合理可行,为沿海地区地下水资源的科学管理和持续利用提供可靠依据。     

变质岩山丘区裂隙水海水入侵监测技术研究——以荣成市俚岛镇为例

我国沿海地区海水入侵现象频繁出现,海水入侵的相关研究对沿海地区社会经济的可持续发展具有重要的理论意义和实际价值。受地质条件的影响海水入侵方式呈多样性,主要包括层状第四系松散沉积物分布区的孔隙式层状入侵和构造裂隙发育分布区的脉状入侵形式。海水入侵监测在预测地下水水质条件及评价管理沿海地区含水层过程中是必不可少的,因此构建科学的海水入侵动态监测系统是防治海水入侵的重要技术途径。本文通过对荣成市俚岛镇变质岩山丘区裂隙水海水入侵现状和监测中存在问题的进行分析,根据"点-面结合"、"直接-间接结合"的监测原则提出了地下水海水入侵监测系统的布局,为俚岛镇地下水的持续利用与保护提供基础信息和依据。     

含水层中考虑水—岩间阳离子交换的溶质运移方程

导出了能反映含水层中水—岩间阳离子交换作用的溶质运移方程,并提出了一个新的海水入侵数学模型.模型以交换阳离子Na+和Ca2+作为模拟因子,考虑了海水入侵过程中水—岩间的Na+—Ca2+交换,模型用于模拟山东省龙口市黄河营地区的海水入侵,取得了令人满意的结果,从而证明导出的溶质运移方程是正确的,建立的模型是可靠的.     

秦皇岛滨海平原海水入侵灾害动态监测研究

海水入侵是沿海地区典型的资源一环境一灾害问题，准确掌握海水入侵动态变化的规律和信息是预测、预报、预警防灾的科学基础和工作依据。通过海水入侵动态监测因素分析构建动态监测信息管理系统，为海水入侵的实时监测、分析预测及减灾方案决策提供了一个完善系统。     

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.     

基于流网单元的污染物优势运移数值模型

垃圾填埋场滤出液、入侵海水、核废物及生产生活废水等污染物随地下水的迁移威胁人类生存。地下水渗流的随机性导致溶质运移问题更加复杂。根据流网特点,利用流线与水头等势线对求解域进行离散,基于质量守恒原理建立流网单元内溶质浓度求解的隐式有限体积差分格式。基于多孔介质孔隙流速分布规律,利用蒙特卡洛法建立流管单元随机流速场进行溶质运移过程的数值模拟,最后根据数值模拟和模型试验的结果对比,验证了数值模拟方法的准确性。基于流网单元的数值模型中沿流线方向的物质交换由对流和扩散共同作用,而流管间的物质交换只有扩散作用,因此,可在不使用弥散系数下进行污染物运移的模拟。引入随机方法确定流管内流速为研究非均匀流场中染污物的优势迁移提供了新的思路。     

中国沿海地区海水入侵机理及防治措施研究

早在1964年,中国大连市就发生了过量开采地下水引发的海水入侵现象。目前有十几座沿海城市发生了不同程度的海水入侵。海水入侵不仅恶化了滨海地区的生态环境,而且阻碍了沿海地区的经济发展。中国沿海地区海水入侵面积经历了20世纪80年代的快速增长后,近些年来呈缓慢增长态势,甚至有些地区海水入侵面积不再增加。为了深入了解海水入侵的机制,从20世纪70年代后期开始,有关学者相继开展了一系列研究,如通过水-岩间阳离子交换实验来了解海水入侵的地球化学作用,建立三维有限元变密度的过渡带数值模型模拟与预报海水入侵过程及发展趋势。为了预防和治理海水入侵,除了控制地下水开采量及开采布局外,沿海地区还园地制宜采取了相应的防治措施,包括人工补给、地下防渗帷幕、节水灌溉以及远距离调水等工程措施。     

莱州海水入侵分析与防治研究

山东省莱州湾是中国最早发现海水入侵现象的沿海地区之一,由于地下水大量超采,造成较大范围的海水入侵,给工、农业生产和人民生活造成了极大危害.通过对多年资料的分析,较系统地分析了海水入侵的原因,并提出了诸多工程和非工程措施,对防止海水入侵取得了明显效果.     

地下水溶质运移三维有限元模拟软件的设计与应用

介绍了含水层系统地了下水溶质运移三维有限元要模拟软件（ＧＴＳ３ｄ）的设计思路，该软件充分考虑到从模型的建立，数据与参数的输入，模拟计算到计算结果可视化与表达的整个过程，通过键盘或鼠标控制下拉式菜单结构而有机地组织在一起，实现了数据输入，计算结果输出的全部图形功能，该软件成功地用于广西北海市涠洲岛含有水层系统的海水入侵模拟研究     

福建长乐地区海水入侵(上溯)对水化学变化的影响

海水入侵是沿海地区主要环境地质问题,分析沿海地下水和河水水化学特征,对圈定海水入侵范围及判断影响程度具有重要意义。通过在福建长乐市海水入侵含水层和闽江口海水上溯区采取23件水样进行室内常规离子测试,获得了海水入侵(上溯)区水中主要离子含量。利用海水稀释线分析主要离子与Cl离子之间的相对变化,对比离子实际浓度与理想浓度的差异,分析海水入侵对水化学变化的影响。研究结果显示,随着海水与淡水混合,水化学类型从海水到淡水依次为Na-Cl型水-Na-Cl·HCO₃型水-Na·Ca-HCO₃·Cl型水-Ca-HCO₃型水;引起水化学类型和TDS变化的主要因素为Na⁺和Cl^-的增加;Ca²⁺、Mg²⁺高于海水稀释线和理想浓度线,Na⁺、K⁺在海水稀释线和理想浓度线上下跳跃：Br^-/Cl^-与海水稀释线吻合较好,可以作为判断海水入侵范围的依据。     

裂隙岩体溶质运移模型综述

本文综述了裂隙岩体系统中溶质运移的概念模型和数学模型。分析了目前各种裂隙岩体系统中溶质运移的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。最后提出了有待进一步研究的问题。     

音频大地电磁法在广西北海市海水入侵调查中的应用

海水入侵是目前国内外沿海国家和地区所面临的难题之一,也是广西北部湾经济区的主要地质灾害之一。在系统研究前人工作成果的基础上,于北海市开展了EH-4音频大地电磁法工作,对研究区海水入侵现状进行初探,确定了研究区咸、淡水分界面和地层含水性特征等情况。本次研究表明,合理利用地球物理探测方法开展沿海城市环境地质调查工作,采取有效的防范治理措施,能够有效地解决沿海地区海水入侵这一难题;通过本次工作,也证实了音频大地电磁法在研究区内进行海水入侵调查工作中应用效果良好,值得广泛应用。     

波浪作用下考虑海床变形影响的溶质运移数值模拟

波浪会促进海水中溶质向海底沉积物运移,但已有研究大多未考虑海床（海底沉积物）变形效应的影响。为揭示波浪作用下海床土变形对溶质运移过程的影响机制,构建了考虑海床土变形影响的溶质运移计算模型,对波浪作用下溶质向砂质海底沉积物中的运移过程进行模拟。结果表明:海床土变形会增大孔隙水流速,进而增大溶质纵向水动力弥散系数,增强溶质运移的机械弥散作用,促进溶质向沉积物中运移;考虑海床变形时的溶质最大纵向水动力弥散系数可达不考虑海床变形时的8.5倍,约为分子扩散系数的545倍;海床土剪切模量越小,土体变形效应越明显,对溶质运移过程的影响越大;海床土饱和度的降低,会进一步加速波浪作用下溶质向海底沉积物的运移过程。     

基于CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究

多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例（1个落水洞、4个直管道）,探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。     

环渤海典型地段海(咸)水入侵研究现状及方法探讨

通过对大连大魏家、秦皇岛枣园和莱州湾南岸海水入侵的调查,结合已有研究成果和方法,笔者总结和梳理了环渤海地区海水入侵研究现状及存在的问题,并探讨了海水入侵调查研究技术方法。多年来对环渤海地区海水入侵的调查研究工作,基本查清了不同地段、不同类型海水入侵的机理和动态变化趋势,并为海水入侵有效防治提供了科学依据。随着海水入侵问题研究的深入,发现在水文地质条件、地下水动态监测及海水入侵对生态环境影响等方面仍存在问题,应持续加强海水入侵监测与研究。海水入侵调查研究是一项涉及多学科的综合性技术,应从基础调查,综合分析、动态监测和数值模拟等多方面开展研究。综合运用水化学分析、同位素示踪、室内模拟试验等技术方法,在充分揭示海水入侵机理和过渡带溶质运移规律的基础上,实现对海水入侵变化趋势的预测预报,提高对海水入侵的防范意识。     

土石混合介质中非反应性阴离子运移试验研究

为探讨化学物质在土石混合介质中的运移过程和机理,采用饱和稳态流下的Cl-1混合置换试验,测定水流和溶质运移过程,分析土石混合介质的溶质穿透曲线特征及碎石组成和含量对运移过程的影响。选用CXTFIT2.1的平衡和物理非平衡对流弥散模型,对参数弥散系数D和滞留因子R进行反求。结果显示:不同土石比的D变异较大:0.258~22.31 cm2/h。R的波动范围为0.6~1.54;碎石含量影响土石介质的溶质运移过程表现为平均孔隙流速、弥散系数、弥散度均与土石比成负指数的幂函数关系。对碎石粒径与溶质运移参数进行相关分析发现,小粒径的碎石含量增加,则孔隙流速和弥散系数有减少的趋势,而大于10 mm的碎石有利于溶质的运移。通过土石介质的非反应性阴离子的混合置换试验研究,可以为非均一介质中化学物质运移提供参考。     

非均匀土壤中溶质运移的两区模型及其解析解

给出了非均匀土壤中考虑水动力弥散尺度效应的一维溶质运移两区模型。然后在初始浓度为零,半无限一维空间内常数通量边界条件下,推导出了可动区和不动区溶质浓度分布的解析表达式。并用Mathematica软件包作了数值计算。计算结果表明,该模型的模拟结果符合溶质运移的一般规律,因而该模型在土壤溶质运移的研究和应用中有一定的价值。     

地下水微量元素与同位素特征对海水入侵和地下水起源的指示意义——以深圳市宝安区为例

深圳市是我国沿海经济最发达的地区之一,但同时也是受海水入侵影响非常大的沿海地区。以深圳市宝安区为典型研究区．开展了钻孔施工及地下水样采集工作,并测试了水样的微量元素含量和稳定氢氧同位素组成。在此基础上,探讨了地下水微量元素与同位素特征对海水入侵以及地下水起源的指示意义,发现Br,B,Li,Sr等微量元素和δD及δ^18O可用于有效指示海水入侵的发生,并分辨地下水的不同起源,可为区内地下水资源的保护工作提供科学依据。