地下水位升降与空气流耦合的砂柱实验及其模拟

地下水位的上升或下降会驱动包气带中的空气流动,并与水位升降运动发生相互作用.当潜水含水层被低渗透介质覆盖时,这种水位升降与空气流的耦合现象更加明显.利用细砂盖层作为低渗透介质与厚层粗砂组合成双层结构砂柱,进行了注水和排水实验研究.在排水实验中砂柱水位面下降,包气带会形成显著真空,吸取外界大气.在注水实验中砂柱水位面抬升,包气带气压增大,空气向外流动.包气带气压随时间的变化曲线呈单峰形式,且受到细砂盖层厚度的影响.考虑砂柱饱水带的Darcy流和包气带可压缩空气的线性渗流,提出了一个描述砂柱水-气运动的简化动力学模型,通过Runge-Kutta法进行实验过程的数值模拟,重现了观测到的包气带气压变化特征.模拟结果表明,包气带气压的极值随着低渗透盖层厚度的增加而呈非线性增大趋势.     

洛河冲积平原包气带对入渗水污染物净化能力研究

包气带是地下水补给和地下水污染的主要通道,包气带的性质直接控制了地下水的污染化速度和程度。文章以洛阳市区洛河河床岩性(以砂砾石为主)以及由亚粘土、亚砂土、中细砂等介质构成的包气带为研究对象,分析河床和包气带对污染物的自净能力,并对其天然的自净机制进行了简要分析,结论如下:洛河河床岩性对各种污染物(NO3-除外)的净化能力均达到90%以上;亚粘土、亚砂土、中细砂等包气带介质层对重金属(Cu2+等)有很强的净化能力,而对Cl-、Cr6+的净化能力则较弱,在短时间内介质中就达到饱和而失去净化能力;在环境条件相近及水文地质条件基本相同的条件下,包气带厚度与地下水的污染程度呈负相关关系;污水经过包气带,能有效地去除污水中的有害物质,防止地下水污染。 更多还原     

包气带介质截留不同龄垃圾渗滤液中的有机污染物

从渗滤液场龄和包气带岩性两方面着手,研究了不同岩性包气带介质对不同场龄渗滤液中有机污染物的截留作用规律。结果表明:新渗滤液经过以细砂、亚粘土为介质的包气带后,细砂和亚粘土中有机物的质量分数分别从0.70%和0.87%增大至0.80%和1.00%以上,而老渗滤液使细砂和亚粘土中有机物的质量分数降至0.70%和0.50%以下。新渗滤液经过包气带后,包气带介质中有机物的含量增大,而老渗滤液使包气带介质中有机物的含量降低,亚粘土较细砂更容易受到渗滤液污染的影响。即渗滤液性质对包气带介质中有机物含量具有方向性的影响作用,而包气带介质亚粘土比细砂更容易放大这种作用效果。     

洛阳市区包气带中污染物自净规律初步研究

包气带是地下水补给和地下水污染的主要通道,因此包气带的性质直接控制了地下水的污染化速度和程度。以洛阳市区洛河河床岩性（以砂砾石为主）以及由亚粘土、亚砂土、中细砂等介质构成的包气带为研究对象,来分析河床和包气带对污染物的自净能力,并对其天然的自净机制进行了简要的分析,结论如下：洛河河床岩性对各种污染物（NO3-除外）的净化能力均达到90％以上;亚粘土、亚砂土、中细砂等包气带介质层对重金属（Cu^2＋、Pb^2＋等）有很强的净化能力,而对Cl、Cr^6＋净化能力则较弱,在短时间内介质中就达到饱和而失去净化能力;在环境条件相近及水文地质条件基本相同的条件下,包气带厚度与地下水的污染程度呈负相关关系;污水经过包气带发生较强的过滤、吸附、离子交换、生物化学降解等作用,能有效地去除污水中的有害物质,防止地下水污染。     

真空排水预压工程中真空度的现场测试与分析

在分析真空和负压基本物理概念的基础上,总结了真空排水预压工程中真空度现场测试技术和应用现状。通过室内试验及工程实践证明,真空排水预压情况下,地下水位以上的软粘土仍是饱和的,因此,对地下水位以上真空度测点,真空表读数实际反映的是该处的孔隙水压力;而对地下水位以下的真空度测点,真空表读数无意义。     

庐枞丘陵区某铁矿包气带污染预测评价

以铁矿为代表的金属矿山在选矿与生产过程中会形成含有多种重金属的污废水,一经泄漏,首先对包气带形成污染;而庐枞丘陵地区第四系松散层较薄,包气带防污能力较弱;因此,以包气带污染预测为基础,开展包气带防污能力的研究,对后期地下水污染的防治与保护都有重要意义。本文以安徽省丘陵地区某铁矿为例,通过渗水试验评价包气带防污性能,并采用数值法分别进行饱水与非饱水渗透条件下的污染预测评价,为其它类似地区提供了可借鉴的方法和理论。     

陕北风沙滩地区包气带抗污能力试验研究

为了研究陕北风沙滩地区包气带风积沙的抗污能力,在榆林煤化工厂厂区及其周边地区选择4个试验点,采用双环入渗法,选择渣场炉渣浸出液（Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Pb重金属污染物溶液）进行渣场污水入渗试验,采用人工配置污染物溶液（COD、氨氮、F、石油类和挥发酚）进行了配污试点试验。渣场污水入渗试验过程中,由于水流的冲刷作用,剖面上大部分污染物的含量都小于入渗前的含量;而渗后样的测定结果则表明包气带风积沙对污水中Cr、Cu、Mn、Ni和Pb的净化能力较强。配污试点试验表明包气带对无机污染物的阻滞作用会延缓其对地下水的污染,石油类在包气带中的运移速度缓慢,难以在水流的作用下到达含水层,而COD容易造成地下水污染,挥发酚对含水层的污染能力要小于COD。应考虑采取适当方式降低地下水位,增大包气带厚度,以加强包气带对地下水的保护能力。     

酚在包气带中运移规律的试验

本文根据室内包气带土层的淋溶试验,探讨了酚在亚粘土和中细砂中的迁移、积累和分布特征,得出酚在包气带中五种运移规律。     

包气带增厚条件下地下水补给规律研究

伴随人类活动影响的不断增大,地下水位持续下降,包气带厚度增大,改变了地下水的补给条件.为阐明在巨厚包气带中水分运移规律,在河北栾城实验站进行了包气带水分运移监测试验.通过对监测数据的计算和分析,揭示了大水漫灌条件下,灌溉水在包气带中湿润峰和零通量面（ZFP）的运移和形成规律,计算了灌溉水回归补给地下水的水量,并利用达西公式进行验证.试验结果客观准确地反映了在当前人类剧烈活动影响下,包气带中水分运移规律及灌溉水补给地下水的情况,同时通过对包气带水分运移情况进行监测,取得了包气带水分运移的翔实资料和灌溉参数,对于促进农业节水灌溉有重大的现实意义.     

柴油污染包气带砂层中的自然衰减作用

通过实验定量研究了柴油污染包气带砂层自然衰减过程中吸附、生物和挥发作用。经吸附实验,确定了细砂对柴油饱和污水的吸附平衡时间为24 h,对总石油烃(TPH)的理论最大吸附量为234 mg/kg。同时,确定了ρ(HgCl2)=1 000 mg/L为抑制生物作用最有效的投加浓度。通过3个砂柱的对比实验,建立了柴油污染包气带砂层中生物作用和挥发作用的一级衰减动力学方程和半衰期。根据实验可知,包气带砂层从未受柴油污染到污染一段时间后的自然衰减过程中,吸附、生物和挥发作用均占有重要比例,是非常主要的衰减作用。     

TECHNICAL NOTE An experimental investigation of air flow patterns in saturated soils during air sparging

Air sparging is an emerging method used to remediate saturated soils and groundwater that have been contaminated with volatile organic compounds (VOCs). During air sparging, air is injected into the subsurface below the lowest known depth of contamination. Due to buoyancy, the injected air will rise through the zone of contamination. Through a variety of mechanisms, including volatilization and biodegradation, the air will serve to remove or help degrade the contaminants. The contaminant-laden air will continue to rise towards the ground surface, eventually reaching the vadose zone, where the vapours are collected and treated using a soil vapour extraction (SVE) system.Air sparging performance and ultimately contaminant removal efficiency is highly dependent on the pattern and type of subsurface air flow. This paper presents the results of a laboratory experimental study which investigated the injected air flow pattern development within an aquifer simulation apparatus. The test apparatus consisted of a tank measuring 61 cm long by 25.4 cm wide by 38.1 cm high. The apparatus was equipped with one air injection well and two vapour extracton wells. Three different soils were used to simulate different aquifer conditions, including a sand, a fine gravel and a medium gravel. Experiments were performed with different injected air pressures combined with different vacuum and groundwater flow conditions. Experiments were also conducted by injecting air into simulated shallow aquifers with different thicknesses. The air flow patterns observed were found to depend significantly on the soil type, groundwater flow conditions and system controls, including injected air pressure, flow rate and applied vacuum. © Rapid Science Ltd. 1998     

基于土柱排水实验探讨潜水含水层给水度的影响因素

给水度是重要的水文地质参数之一,为探讨潜水含水层给水度的影响因素,设计均质粗砂、均质细砂、上细下粗、上粗下细4种土柱的排水实验,按照一定间距分段降低地下水位,每段降深设计不同排水时间,求取不同水位埋深的给水度.当地下水位埋深小于支持毛细水高度,给水度受地下水位埋深影响显著,其关系可以用非线性函数来表示.排水时间越长,给水度越大,当土柱分段排水时间超过1 h,给水度值稳定.0.6~0.9 mm粒径的粗砂给水度大于0.2~0.4 mm的细砂;当地下水位在土层分界面下20 cm时,上细下粗土柱给水度显著增大,上粗下细土柱给水度显著减小.给水度的大小与地下水位埋深、排水时间、岩土颗粒和潜水面附近及之上非均质结构等因素有关.      

软基真空预压加固的注气增效机制与数值分析

无砂垫层真空预压技术已成功应用于软土地基加固工程,但软土的低透水性致使其工期很长。为此提出联合间歇性注气以改进真空预压技术,提高其排水速率、缩短工期。建立联合注气的真空预压法有限元分析模型,通过注气位置与注气压力的改变,对比分析注气前后土体中渗流速度、排水速率、渗透比降等的变化规律。结果表明,注气能显著提高真空预压法的排水速率,增强真空预压法的加固效果;由于气体的轻质特性,在排水板下方注气更有利于排水效果;在不冲破土层的情况下,注气压力越大,促进加固的效果越好。联合注气能有效增强真空预压加固软土地基的排水效率,有着较好的工程应用前景。     

DRAV model and its application in assessing groundwater vulnerability in arid area: a case study of pore phreatic water in Tarim Basin,Xinjiang, Northwest China

According to the characteristics of groundwater in arid area, this paper proposes DRAV model for groundwater vulnerability assessment, where D is groundwater depth, R is the net recharge of aquifer, A is the aquifer characteristics, and V is the lithology of vadose zone. As a case study, the paper assesses the vulnerability of pore phreatic water in Tarim Basin of Xinjiang, China by using the DRAV model. The results indicate that the areas of phreatic water with vulnerability index ranges of 2–4, 4–6, 6–8 and >8 accounting for 10.1, 80.4, 9.2 and 0.2% of the total plain area of the Tarim Basin respectively, and the areas with the latter two vulnerability ranges (6–8 and >8) are mainly located in the irrigation districts with thin soil layer (20–30 cm thick surface soil of vadose zone, mainly with underlying sandy gravel) and with silty and fine sand layer. Such vadose zone generally lacks sandy loam and clayey soil and has larger recharge by infiltration of irrigation water.     

泰安市第四系水文地质结构对浅层地下水污染敏感性控制作用研究

通过对泰安市第四系水文地质结构研究发现, 浅层地下水的污染受地层结构的控制, 在包气带岩性及含水层岩性相同的条件下, 包气带的厚度越大, 其防污性能越高, 含水层遭受污染的程度越小; 在地面环境质量及包气带岩性和厚度相近的条件下, 粗砂含水层较粉质粘土含水层更易遭受污染      

地下水环境容量研究——以郑州市平原岗区为例

同地表水体一样,地下水系统本身也具有一定的纳污能力,即地下水环境容量。目前,国内外真正意义上的地下水环境容量研究开展得非常少,主要是进行了与地下水环境容量相关的地下水溶质迁移理论和试验研究。以郑州市平原岗区为例,分析了污染物在土壤包气带中随下渗水体向下迁移的机理过程,借助数值模型计算了不同岩性和厚度包气带的水环境容量,成果可为地下水污染防治提供科学依据。     

层状非均质结构包气带入渗过程单相流与两相流数值模拟对比研究

包气带水分入渗过程受多种因素的影响。定量研究层状非均质岩性结构和入渗速率对其影响,有助于解决根据不同条件选择单相流模型或水气二相流模型模拟包气带水分入渗过程的问题。结合填埋场等场地地层条件及污废水入渗特征,分别建立了“上细下粗”和“上粗下细”包气带层状非均质岩性结构水分入渗单相流和水气二相流模型,探讨不同层状非均质岩性结构条件下模型的适用性。在“上粗下细”岩性结构模型基础上,进一步探究入渗速率对水气两相运移结果的影响。基于论文模型研究表明:（1）在包气带岩性结构为“上细下粗”的条件下,气相的影响基本可以忽略,可直接采用单相流模型对包气带水分运移进行模拟;在“上粗下细”岩性结构和本次模型设定的底部压力保持不变及污废水泄漏前场地未接受降水入渗补给等条件下,当包气带上下层介质渗透率比值大于16倍时,气相会对水相运移产生明显影响,且下层介质渗透率越小、上下层介质渗透率比值越大,单相流与两相流的运移结果差别越大,需要采用水气二相流模型模拟包气带水分运移。（2）在包气带“上粗下细”岩性结构条件下,入渗速率越大,气相对水流入渗的阻滞作用越明显,此时包气带水分运移模拟应采用水气二相流模型。     

基于蒸渗仪和解析法估算毛乌素沙地潜水蒸发量

地下水蒸发是旱区地下水均衡计算中重要的排泄项之一。由于包气带水分运移高度非线性且大气—地表界面动力学过程复杂,估算潜水蒸发量一直是地下水资源评价的难题之一。利用内蒙古乌审旗河南乡均衡试验场E601型蒸渗仪,建立了毛乌素沙地水面蒸发及4种典型岩性（风化砂岩K₁、萨拉乌苏组砂Qpal+l、砂质壤土Qhl、风积沙Qheol）的饱和土蒸发原位试验,结合长期观测获取的大量数据,开展了地下水蒸发与水面蒸发、埋深的关系和地下水蒸发量计算方法研究。结果表明:（1）4种典型岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）饱和蒸发量与水面蒸发量比值分别为0.60,0.77,0.47,0.88,表明不同岩性的饱和裸土的蒸发强度不等于自由水面的蒸发强度;实际计算裸土蒸发强度时,不能以自由水面蒸发强度作为参考点,如果运用,必须校正。（2）利用蒸渗仪观测数据和土壤水运动方程稳态解析解,获得4种典型岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）潜水稳定蒸发计算的关键经验系数c,分别为628932.63,165058.71,48948.21,1525104.031 m?2。（3）利用稳定蒸发公式确定鄂尔多斯盆地风沙滩区四种典型包气带岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）潜水极限蒸发深度约为60 cm,结果得到了室内非稳态蒸发试验的佐证,为研究区水资源评价提供了重要的参数依据。     

衡水地面沉降区黏性土体渗透特征研究

弱透水层或(和)弱透水性夹层中低渗透性黏土体的存在是地面沉降赖以形成的物质基础,其渗透特征是影响地面沉降评价、模拟与预测的最基本参数之一。本文以华北平原衡水沉降中心区的钻孔黏性土样为对象,利用高压三轴渗透试验仪进行了土样的渗透试验。结果表明:黏性土体的渗透系数随土体埋深和渗透压力增加而呈现总体逐渐减小的趋势,在时间上总体表现为开始时迅速减小而后逐渐趋于稳定的特点,但是由于地下水位季节性波动或者地下水大量被抽取,部分地层黏土其渗透系数与总体趋势有所差异。最后文章结合电镜扫描试验及分形技术分析了土体微观结构对其渗透特征的控制作用。