人工回灌物理堵塞特征试验及渗滤经验公式推导

人工回灌是提高水资源利用水平的重要工程措施,然而回灌过程中的堵塞问题会影响入渗效率和入渗工程的使用寿命。为了深入研究堵塞的机理,以控制堵塞问题,通过砂柱试验模拟了地下水人工回灌物理堵塞过程,通过测定含水率的变化分析了由堵塞引起的砂柱饱和-非饱和状态的转化。试验中出流速率经过了迅速增大到一峰值后快速减小,然后又缓慢变小的过程,即：仅经过72 h的回灌,砂柱的出流速率减小为2.18 m/d;72 h后砂样出流速率的减小明显放缓;192 h时,砂样出流速率为0.81 m/d,约为出流速率最大值的1/10。试验结果表明：回灌水悬浮物颗粒进入砂样空隙中引起渗透性减弱,和逐渐沉积在砂柱顶部形成的淤泥层是造成堵塞的直接原因,而淤泥层的形成是造成渗滤速率迅速下降的关键因素;淤泥层的弱透水性使砂样由上至下含水率发生了变化,导致了砂样导水率和水力梯度都降低,促使回灌渗滤速率迅速减小;回灌时间越长,淤泥层厚度越大,出流速率越小。由10组对比试验的结果,综合考虑引起雨洪渗滤系统堵塞的各种因素,建立了无砾石滤料雨洪水回灌过程计算渗滤速率变化的经验模型,拟合结果决定性系数为0.932。     

天然河床渗滤取水工艺的原理与特点研究——以浠水南城水厂为例

渗滤取水净水机理主要是利用砂砾石层表面的泥膜及砂砾石层本身过滤作用、吸附作用,微生物的降解作用达到去除水中的悬浮物质、降低水的浊度、除菌的效果。以湖北浠水南城水厂渗滤取水工程为例,通过对渗滤工程特点和水质监测数据的研究,分析天然河床渗滤水水质及水源水水质的差异,以及渗滤水水质的可靠度。     

人工回灌对地下水年龄分布规律的影响

地下水可更新能力是评价地下水开发可持续性的关键指标,可更新能力可以用地下水年龄来定量表达。在人类活动影响下,地下水的实际更新状况已与自然条件下截然不同。基于台兰河流域地下水库建设和人工回灌工作现状,通过物理试验和数值模拟相结合的方法分别研究了入渗池位置,回灌强度和包气带厚度对地下水年龄分布规律的影响。结果表明:人工回灌使地下水年龄整体变年轻;入渗池位置和回灌强度的改变对地下水年龄分布的影响显著;包气带厚度的增大使回灌水滞留时间延长,导致地下水年龄增大,该研究可为合理评价区域地下水可更新能力提供技术指导。     

渗滤脉状矽卡岩成岩过程的计算机模拟

用多相多组分平衡分析了个旧锡矿区渗滤脉矽卡岩形成的机理，以该理论为基础设计的计算机程序模拟了这类矽卡岩脉的成岩过程。结果表明，花岗岩饱和热液成分不同，碳酸盐岩类型不同，通过模拟可以得到不同类型的矽卡岩及脉状矽卡岩的对称状矿物分带。     

试论铀成矿的热渗滤机制

本文应用热渗滤作用理论,对部分产出在花岗岩体外接触带沉积围岩中的热液铀矿床的形成机制作出合理的解释。在分析热渗滤作用特点及部分岩石热渗滤系数并详细对比了天然岩石中五种存在形成H_2O的物理化学性质的基础上,作者认为参与热渗滤作用的主要是存在于矿物颗粒表面和岩石微裂隙中的结合水(薄膜水和分子结合水)。位于热渗滤带的富铀地层中的H_2O及溶解于其中的铀在热渗滤作用下将朝岩体接触带的增温方向迁移。与传统的概念相反,作者指出。成矿溶液是从矿物粒间和岩石微裂隙朝成矿断裂构造方向运移,尔后在物化条件急剧变化的地段沉淀并逐步富集形成具有工业价值的铀矿床。     

强降雨作用下堆积层滑坡稳定性分析

强降雨作用易造成堆积层滑坡发生,带来严重的生命财产损失。基于Green-Ampt（GA）模型,同时考虑湿润锋以上饱和带渗流作用,推导了一种新的滑坡降雨入渗函数,弥补了GA模型只适用于无限长坡的不足。为考虑降雨入渗对土体条块强度的影响,采用整体抗剪强度准则评价滑坡稳定性,并在受力分析时考虑了湿润锋以上饱和带渗透力作用,建立了滑坡稳定性系数表达式。研究结果表明：滑坡降雨入渗的尺寸效应非常明显,湿润锋扩展速率随着坡长的增大而增大,当滑坡无限长时新降雨入渗模型与GA模型计算结果相同,说明GA模型是新模型的一个特例。此外,降雨初期,滑坡稳定性下降较快;随着降雨的持续,稳定性下降速率逐渐放缓。与模型试验结果对比表明,提出的降雨入渗模型和评价方法计算结果与试验揭示的现象一致,证明了该方法的可靠性。     

河流渗滤系统对硝态氮污水的净化作用研究

河流渗滤系统对入渗的地表水有一定的净化作用,过去人们很少从理论上研究河流渗滤系统对污染河水的净化作用。本文采用室内土柱实验装置来模拟渭河渗滤系统,研究了硝态氮污染的河水在该系统中的环境行为及净化机制,其环境行为主要为反硝化作用。其净化程度与该渗滤系统的渗滤介质有关,如果渗滤介质为粘土,其净化率达到100%。若介质为粗砂粒物质,其净化程度较低。     

江西德兴斑岩铜矿床扩散和渗滤作用理想模式分析

文章从介绍扩散和渗滤作用一般概念着手,根据德兴铜厂斑岩铜矿床之细矿脉形成过程中元素自矿脉向围岩发生迁移的这一事实,应用扩展的一维费克定律来模拟这一真实过程。并讨论了铜厂铜矿床形成过程中离子、络离子具线性等温线的纯扩散、纯渗滤和扩散与渗滤重叠情况,以及非线性等温线的纯扩散作用。     

求取现场黄土饱和渗透系数的双环入渗法

土体渗透性参数的测定是解决与水有关的岩土工程问题的关键所在。为使现场原状土体饱和渗透系数的测定更为准确,通过一种易于安装和固定的防蒸发型双环入渗仪,研究黄土的入渗规律与特点,试验结果表明:黄土的入渗分区可分为饱和区、湿润区与干土区,其中饱和区的入渗深度约占总入渗深度的1/2,而湿润区土体的饱和度在70%以上,这一特征与Green-Ampt入渗模型的假设较为接近,但在应用基于Green-Ampt模型的规范法（SL237-042-1999）求取黄土的饱和渗透系数时,发现该法会高估黄土的饱和渗透系数。因此,结合Green-Ampt入渗模型与土水特征曲线主要增湿路径的特点,提出了能合理测定现场黄土饱和渗透系数的双环入渗法,对Green-Ampt入渗模型参数加以修正,即直接采用干土区的初始基质吸力水头值,且该值由张力计实测或由主要增湿曲线求得;需采用入渗试验前期的平均入渗率;所对应的湿润锋发展深度需经由水分传感器实测而得。研究结果表明该法能合理估算现场黄土的饱和渗透系数。     

探讨变雨强条件下的入渗过程及影响因素

以积水条件下Green-Ampt入渗模型为基础,拓展其在变雨强中入渗率和累积入渗量计算形式。结合上述理论基础,选用饱和-非饱和土壤水、热和溶质运移模拟软件Hydrus-1D,探讨了常降雨与变雨强的入渗差异和饱和导水率、土壤类型对变雨强入渗过程的影响。研究表明：相对于常降雨,变雨强更利于雨水入渗,累积入渗量显著增加;其他水力参数不变,饱和导水率越大,入渗率与变雨强随时间变化曲线重合率越高,雨强控制时间越长,累积入渗量相应也越大;其他水力参数作用效果不容忽视,其影响作用可与饱和导水率达到相似效果。正确了解变雨强下入渗过程及影响因素,有助于准确地把握实际降雨入渗情况,对指导水力工程有重要的实际意义。     

地下水位抬升对人工回灌中悬浮物堵塞的影响

为了研究人工回灌条件下地下水位抬升对悬浮颗粒在含水层中的迁移-沉积的影响机理,在室内模拟实验中,采用100 mg/L的金刚砂悬浊水回灌中粒石英砂介质,分别研究了不同抬升速率(0、2、4cm/h)条件下人工回灌过程中的悬浮物堵塞规律。实验结果表明:地下水位抬升速率对堵塞位置和堵塞位置处悬浮物的级配影响不大,悬浮物主要淤积在0~2cm深度处;在26h前地下水位抬升引起的入渗量比地下水位固定的入渗量小,在26h后二者相反;水位抬升使介质表层堵塞发展速度减慢,非堵塞层渗流状态出现非饱和时刻滞后;在堵塞层0~2cm处地下水位抬升使堵塞速率小于地下水位固定的堵塞速率。     

包气带弱渗透性黏土透镜体对降雨入渗补给影响的数值模拟

大气降雨是华北平原浅层地下水的主要补给来源。长期过量开采地下水造成地下水位持续下降,使原来处于饱水带的透镜体位移到包气带中,形成了厚度大、非均质性更为复杂的包气带。厚层包气带中弱渗透性黏土透镜体对于降雨入渗补给的影响是关系到降水入渗过程及补给量评价的基本问题。用HYDRUS软件建立数值模拟模型,模拟探讨单次降雨条件下,透镜体埋深、宽度比、厚度等要素对入渗路径、入渗补给时间和入渗补给量的影响。结果表明:入渗过程中弱渗透性黏土透镜体两侧会形成较快的绕流;透镜体会减小补给峰值并延长总体补给时间,但不改变补给起始时间;透镜体埋深与极限蒸发深度的相对关系决定了潜在补给量的大小,透镜体埋深或因透镜体形成的上层滞水处于极限蒸发深度以上会减少潜在补给量。     

Effects of variations in hydrogeological parameters on water-table mounding in sandy loam and loamy sand soils beneath stormwater infiltration basins

The two-dimensional variably-saturated numerical model HYDRUS-2D, previously calibrated to recharge events from an infiltration basin, was used to predict water-table mounding under hypothetical basin design scenarios, and the primary factors that affect water-table mounding were evaluated. Infiltration basins are often utilized in urban environments to recharge stormwater to the aquifer. As a result of localized recharge beneath these basins, mound formation may reduce the thickness of the unsaturated zone available to filter pollutants and may reduce the infiltration rate of the basin. Understanding the effects of various physical factors on water-table mound formation is important for infiltration basin siting. For sandy loam and loamy sand subsurface materials, mound heights increased as the thickness of both the unsaturated and saturated zones decreased. Mound heights increased as the initial soil moisture, basin size and ponding depth increased. A thin sedimentation layer on the basin floor delayed mound formation, but only slightly decreased the maximum mound height. This analysis could be used in future selection of infiltration basin locations; however, the analysis is limited to conditions that represent only a select range of basin design conditions and parameters typical of a glacial till environment in Wisconsin, USA.     

降水入渗补给过程中优先流的确定

优先流是降水、灌溉水等入渗补给地下水的主要形式之一, 流速快, 流动路径复杂, 难以定量描述.针对优先流难以定量描述的问题, 以郑州地中渗透仪观测资料为基础, 探讨了新乡亚砂土等试筒降水入渗过程及其中的优先流补给量比例.根据土壤的水力性质、气候等资料建立不存在优先流的数值模拟模型来刻画降水入渗补给过程, 通过模拟获得的地下水入渗补给量与实测地下水入渗补给量的历时曲线, 将大于模拟值的实测值视为优先流的量及确定其在总补给量中所占的比例.结果表明, 优先流占总补给量的比例在10%~80%之间; 随着土壤粘性增加, 优先流所占比例呈增加趋势; 随地下水位埋深的增大, 优先流所占比例呈逐渐下降趋势.      

Artificial recharge of groundwater: hydrogeology and engineering

Artificial recharge of groundwater is achieved by putting surface water in basins, furrows, ditches, or other facilities where it infiltrates into the soil and moves downward to recharge aquifers. Artificial recharge is increasingly used for short- or long-term underground storage, where it has several advantages over surface storage, and in water reuse. Artificial recharge requires permeable surface soils. Where these are not available, trenches or shafts in the unsaturated zone can be used, or water can be directly injected into aquifers through wells. To design a system for artificial recharge of groundwater, infiltration rates of the soil must be determined and the unsaturated zone between land surface and the aquifer must be checked for adequate permeability and absence of polluted areas. The aquifer should be sufficiently transmissive to avoid excessive buildup of groundwater mounds. Knowledge of these conditions requires field investigations and, if no fatal flaws are detected, test basins to predict system performance. Water-quality issues must be evaluated, especially with respect to formation of clogging layers on basin bottoms or other infiltration surfaces, and to geochemical reactions in the aquifer. Clogging layers are managed by desilting or other pretreatment of the water, and by remedial techniques in the infiltration system, such as drying, scraping, disking, ripping, or other tillage. Recharge wells should be pumped periodically to backwash clogging layers. Electronic supplementary material to this paper can be obtained by using the Springer LINK server located at http://dx.doi.org/10.1007/s10040-001-0182-4. Electronic Publication     

北京市永定河地下水库水资源储蓄能力研究

北京市永定河冲洪积扇中上部,具备建设地下水库的基本条件。本文在确定永定河地下水库水资源人工补给方式的基础上,分析了各方式的入渗能力,提出了地下水库的人工补给方案,利用地下水数值模拟的预测结果和有效储水率计算公式,首次研究了地下水库的储水能力,分析了永定河地下水库的水资源补给效果。结果表明,永定河地下水库水资源人工补给能力最大可达18．93m^3／s,回灌地表水2．42×108m^3的情况下地下水位最大回升32m,地下水储存量增加2．09×108m^3,回灌后1年和5年的有效蓄水率分别为78．6％和46．8％,北京永定河地下水库具有较好水资源回灌能力、储存能力,地下水人工调蓄能够起到明显的效果。     

利用EARTH模型计算河北栾城地下水垂向补给量

准确计算地下水的垂向入渗补给量是合理评价和利用地下水资源的基础.EARTH模型是一种集中参数的水文模型,可刻画水流在包气带中的运移过程,弥补黑箱模型的不足.以中国科学院栾城农业生态试验站的地下水位观测资料以及气象资料为基础,综合运用降水、蒸发、土壤水、地下水动态观测资料,利用EARTH模型计算了河北平原地下水垂向入渗补给量.计算结果表明,2003年1月1日至2005年8月31日期间,栾城农业生态试验站在降水量1404.1 mm、灌溉量1050.0 mm的条件下地下水入渗补给量为487.2 mm,平均年入渗补给量为182.6 mm, 占降水和灌溉总量(2454.1 mm)的19.9%.在模拟结果的基础上,对不同年份的降水量(含灌溉)和入渗补给量分布的对比分析表明,河北栾城地下水补给滞后现象明显,在研究时间段内峰值滞后18～35 d.     

降雨入渗补给地下水数值模拟研究

针对在地下水资源评价中入渗补给量采用经验估算存在较大误差的问题,以神东矿区为例,在广泛调查矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟的方法建立包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟矿区内不同地段降雨入渗强度,探讨影响降雨入渗强度的主要因素,计算得出研究区降雨入渗系数大致在0.18~0.27,分析认为影响降雨入渗强度的因素有降雨量、潜水埋深、包气带岩性等。其中在研究区广泛分布的风积沙对地下水资源起到了一定的保护作用。     

滞后补给权函数：降雨补给潜水滞后性处理方法

本文分析了当前数值模型中处理降雨入渗补给潜水方法中存在的问题,提出一种能刻画滞后补给且使用方便的方法－滞后补给权函数法。