水位波动下包气带透镜体影响LNAPL迁移的数值模拟研究

轻质非水相液体（LNAPLs）在土壤包气带中具有多相态特征,非均质性、地下水位波动等因素将显著增加包气带内LNAPLs污染的复杂程度。已有研究多关注于揭示包气带内自由相LNAPLs的污染过程,少有更为深入地探究水位波动时非均质结构对LNAPLs迁移及各相态分布规律的影响。基于TOUGH2程序构建包气带多相流数值模型,以揭示透镜体结构与地下水位波动共同作用下LNAPLs迁移过程及相态分布。研究结果表明:（1）含水率变化是LNAPLs迁移分布的主要控制因素,包气带内受透镜体介质岩性、水位波动影响所呈现的含水率变化直接控制LNAPLs迁移规律及分布特征;（2）水位恒定时,细砂透镜体使LNAPL呈“蓄积穿透-横向扩展-绕流”迁移,粗砂透镜体则是LNAPL垂向迁移的“优势通道”,水位波动引起的细砂透镜体含水率变化使“绕流”显著增强,粗砂透镜体则进一步呈现“优势空间”作用;（3）水位恒定时,细砂透镜体模型中LNAPL滞留于透镜体内部,粗砂模型中LNAPL则集中于透镜体下方,水位波动下透镜体附近LNAPL分布范围扩展,两模型LNAPL分布面积较水位恒定时分别增大51%、63%;（4）两模型中LNAPL挥发通量均呈“先减小-后增大”规律,并受LNAPL-气体接触条件及LNAPL分布状况共同作用,水位波动打破三相平衡状态,主要表现为水位抬升阶段LNAPL挥发增强,此时两模型中平均挥发量较水位恒定时增大124%～126%。研究为非均质石油污染场地中的LNAPL污染过程认识提供了科学的理论依据。     

基于竖管法的轻非水相液体毛细上升特性研究

被称为“工业血液”的轻非水相液体(LNAPL)及其衍生物在开采、生产、运输过程中所产生的污染已经成为常见的污染物,目前诸多学者对LNAPL污染进行了广泛研究,但对于LNAPL在土壤中的迁移及毛细作用研究尚不充分。本次试验的目的是通过室内模拟试验分析不同竖管直径条件下LNAPL在不同介质中的毛细上升规律,为研究LNAPL对地下水污染提供一定的理论依据。结果表明：影响毛细上升高度的因素大小依次为：溶液>介质>竖管直径;竖管直径与最大毛细上升高度并不是完全成比例关系,并且对毛细上升高度的影响相对较小;水与柴油在不同介质中毛细上升高度、毛细上升速率变化趋势基本一致,但是具体数值上存在差异,柴油的最大毛细上升高度与水相比降低了40%～50%,柴油的最大毛细上升速率与水相比降低30%～50%。这些特征都能够较好地体现LNAPL在不同介质中的毛细上升规律,在认识LNAPL对地下水的污染以及污染土地修复方面具有重要意义。     

镇泾地区延长组长8油层组基准面旋回与储层非均质性的关系

本文运用高分辨率层序地层学理论,对镇泾地区延长组长8油组储集砂短期基准面叠加样式以及储层非均质性特征进行分析,建立了6种不同的非均质模式;探讨了不同级别的基准面旋回对储层非均质性特征的控制作用,短期旋回控制了储层的层内非均质性特征,中长期旋回控制了储层的层间非均质性特征。     

多孔介质界面对重非水相液体迁移过程影响的图像法研究

重非水相液体(dense nonaqueous phase liquid,DNAPL)污染土壤和地下水的问题已引起广泛关注,研究其在不同粒径多孔介质及其界面的运移特征形态是确定污染区域、修复治理土壤和地下水环境的前提。文章通过室内试验研究多孔介质界面对DNAPL运移与分布特性的影响。首先在二维砂槽上进行DNAPL污染物的入渗试验,试验过程中用数码相机拍照,将DNAPL扩散过程以图像的形式记录下来;然后用AutoCAD对图片进行处理,绘制出DNAPL迁移过程的锋面变化图。结果表明:DNAPL入渗过程中,迁移主要受到重力作用与毛细作用的控制,毛细作用力随着介质粒径的增大逐层减小,重力作用逐渐起主导作用使污染物入渗速度逐层增大;介质结构影响DNAPL的迁移形态,介质粒径逐层增大,DNAPL污染物的渗流面与指进扩散宽度逐层减小,扩散方式由面状变为指状;在不同粒径介质界面介质结构发生突变时,DNAPL迁移锋面线曲率也相应变大,此时DNAPL的迁移呈现“凸”型特征,另外,不同的界面横向扩散的滞留宽度不同,随着介质粒径的增大,界面的横向扩散宽度相对变短。     

非均质土柱中溶质迁移的连续时间随机游走模拟

非均质介质中溶质迁移往往出现非费克现象,传统的对流弥散方程(ADE)则难以较好地描述这种现象.采用连续时间的随机游走理论(CTRW)研究1250cm长一维非均质土柱中溶质运移问题,探讨CTRW模型中参数及非费克迁移的变化特征.研究结果表明,β值的大小与介质的非均质特征有关,非均质性越强,β值越小,但β值具有相对的稳定性,然而ADE的弥散系数则具有随尺度增大而增大的现象.对于介质非均质性较强和非费克现象较明显的溶质穿透曲线,尤其是在拖尾部分,与ADE相比,CTRW具有较高的模拟精度.     

层状岩体单轴压缩力学特性的非均质层面影响效应研究

层状岩体的非均质性主要体现在基岩非均质性和层面节理非均质性所表征对象的差异,如何描述基岩和层面节理具有不同的均质性是一项重要工作。为此,将基于Weibull分布的二维非均质线性平行黏结模型(简称WLPB模型)和基于Weibull分布的非均质光滑节理模型(简称WSJ模型)相结合,分别表征基岩和层面节理的非均质性,提出了一种新的层状岩体细观非均质接触力学模型理论和计算分析方法,分析了单轴压缩条件下层状岩样的变形特征、破坏模式及其细观演化规律。结果表明:层状岩样的弹性模量和峰值强度以及破坏模式均表现出明显的各向异性特征,与所开展的室内试验规律基本一致,表明所开发的层状岩体非均质细观力学计算模型的合理性和适应性;当层面对层状岩体力学行为起控制作用时,层面的非均质性是影响层状岩体宏观力学特性的一个重要因素;当层面起控制性作用时,层面间距对岩样的峰值强度影响不明显,但对岩样的变形特性影响明显;解译了在单轴压缩情况下非均质层面不同倾角时层状岩体细观破裂机制及其控制作用的转化规律。     

非均质共面断续节理岩体拉伸剪切破裂机制研究

工程开挖面附近卸荷扰动区的岩体,受结构面和拉应力共同影响作用,其变形和破坏具有拉剪复合特征。为研究节理岩体的拉剪力学特性,基于颗粒离散元法针对共面断续节理岩体开展了系列数值模拟研究。通过假设粒间接触的力学参数服从Weibull分布表征岩体的非均质性,探讨了非均质性、均质度、法向拉应力和节理连通率对节理岩体拉剪强度和破坏模式的影响。研究表明:拉剪应力条件下非均质性节理岩体主要沿阶梯型破裂面破坏,剪应力-水平位移曲线可以分为线性变形阶段、非线性变形阶段、峰值及峰后阶段;随均质度提高,节理岩体的剪切强度逐渐增加且提升幅度逐渐减弱,趋于均质岩体,岩体中微裂纹由弥散型分布向破裂面集中;节理岩体峰值剪切强度和法向拉应力的大小呈非线性负相关关系;岩体剪切强度随节理连通率增加而显著降低。     

非均质地基浅埋水平条形锚板承载力上限分析

考虑地基土体的非均质特性,采用非线性Mohr-Coulomb强度准则及其关联流动法则构造了浅埋水平条形锚板的曲线型破裂机制与机动许可速度场,根据极限分析上限定理推导了条形锚板抗拔承载力的表达式。利用变分极值原理求得了锚板抗拔承载力及其上方土体破裂面的上限解,分析了锚板埋深、土体非均质和非线性强度特性对锚板抗拔承载特性的影响,并将该上限解与已有计算方法进行了对比。结果表明:锚板埋深、土体非均质和非线性强度特性对其抗拔承载力与破裂面特征具有明显的影响。锚板埋深和土体非均质系数越大以及土体非线性强度系数越小,锚板抗拔承载力和土体破裂面深度、宽度均是越大。该上限解与极限平衡和极限分析有限元方法的计算结果基本一致,验证了所采用的曲线型破裂机制和地基非均质变化规律有效性,为条形锚板设计提供了一定的参考。     

非饱和带中非均质条件下LNAPL运移与分布特性实验研究

本文通过室内实验建立物理模型，研究非饱和带中层状非均质条件下轻非水相液体LNAPL（Light Non-Aqueous Phase Liquid）运移机制和分布特性。实验结果发现，介质的结构突变面改变了LNAPL的迁移模式。在LNAPL到达干湿界面以后，由于毛细水压力的作用，其入渗速度明显加快。当LNAPL迁移到夹层上界面时，纵向迁移受到阻碍。随着入渗过程的继续，污染物沿着界面产生向右横向迁移；在夹层上界面下部出现“优势流”现象，污染物由集中走向分散，随着分散块的体积不断增大，最终污染物又连接到一起，由分散走向集中；在夹层下界面附近锋面线集中在一起，说明污染物向下的纵向迁移基本停止。另外，介质的局部密实“透镜体”对LNAPL的局部迁移起到“阻滞”作用，并迫使其改变迁移路径。地下水位的变动将使污染物的产生重新分布。当地下水位降低以后，污染物产生明显的向下迁移。     

垃圾渗滤液污染晕中污染物的衰减规律研究

通过实验室土柱模拟实验,研究垃圾渗滤液污染晕中不同污染物在空间和时间上的迁移转化规律和生物地球化学作用机理。实验结果表明：渗滤液污染晕中,TOC浓度随距离增加而降低,其初期去除率为99.87%。随着时间的延长,TOC浓度升高,末期去除率仅为55.21%,而且其在地下环境中的迁移能力较强;铵氮空间上的变化规律在初期与TOC相似,其去除率达99.58%,但后期其浓度随距离的增加呈先升高后降低的变化趋势。随着时间的延长,铵氮浓度不断升高,但其迁移能力不及TOC,末期去除率仍高达90.21%。     

地下水污染研究中的几个问题

地下水污染研究中要讨论的问题很多。本文的主要内容是介绍关于地下水污染含义的各种观点,并提出作者的看法;综合归纳包气带中污染物的各种水文地球化学作用,并介绍监测包气带污染物迁移的各种方法;最后讨论地下水资源区域防护及局部防护的问题,并提出含水层防污性能的分类及地下水供水水源地防护带确定方法。     

焦作地区浅层地下水铬(Ⅵ)污染机理及迁移预测

通过对焦作地区浅层地下水中铬(Ⅵ)污染物分布特征进行调查,分析了研究区浅层地下水中铬(Ⅵ)的污染机理,并运用Visual MODFLOW建立地下水流模型及溶质运移模型,模拟预测了浅层地下水中铬(Ⅵ)的迁移规律。结果表明:研究区浅层地下水铬(Ⅵ)污染严重,污染源是位于老君庙西南方向的焦作某电厂堆灰场,主要原因是露天堆放的粉煤灰中的铬(Ⅵ)污染物在长期淋滤作用下下渗污染含水层。气候条件、包气带岩性、地下水化学环境以及人为因素等也间接使浅层地下水铬(Ⅵ)浓度升高;模拟结果显示在未来的五年时间内,受地形和地下水动力场的影响,浅层地下水中铬(Ⅵ)的迁移方向与地下径流方向一致,沿大沙河水流方向上扩散速度更快,污染区域面积逐渐增大。      

Prediction of groundwater environmental impact on a power plant under accident conditions

According to the engineering features of the proposed power plant and the possible pollution accidents, the accident conditions of two kinds of polluted groundwater, such as the light diesel oil tank bottom leakage and the power plant pond bottom leakage are set up. Using the two-dimensional hydrodynamic dispersion equation of the continuous injection and instantaneous injection, the groundwater pollution in the accident condition is predicted and evaluated. The results show that, with the passage of time, the migration range of groundwater pollutants caused by sewage leakage from industrial wastewater buffer tank shows a trend of gradual expansion; however, the maximum value of pollutant concentration exceeding standard is gradually decreasing. After 10 years, the excessive pollutant migration distance has reached 390 m. If no remedial measures are taken in time, during the operation of the power plant, industrial wastewater pool sewage leakage will cause long-term pollution to the groundwater. Similarly, if the accident was diesel tank explosion, the range of diesel contamination to groundwater is also increasing over time, but the concentration of pollutants is gradually decreasing. About 25 years later, the pollutant concentration within 400 m downstream of pollution source has decreased to 0.04 mg/L, and the impact of diesel oil leakage on groundwater has largely disappeared.     

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。     

滇东南泸江流域岩溶地下水质量及污染影响因素研究

泸江流域是滇东南典型的喀斯特断陷盆地发育区,主干水系连接着多个断陷盆地及坡立谷.根据最新的地下水污染调查资料,流域喀斯特地下水质量总体以Ⅲ类为主,水质超Ⅲ类的岩溶水点中,东部多,西部少,且暗河占比最大,岩溶泉次之,机井最小.主要污染源是工矿企业及城镇生活垃圾污染源,研究分析了污染影响因素为环境水文地质条件的差异、污染源...     

Dynamic assessment of pollution risk of groundwater source area in Northern China

Based on the dynamic analysis and research of pollution risk of groundwater sources, this paper creates the dynamic assessment method of pollution risk of groundwater source area under the theory of “source-pathway-receptor”, and applies this method to one typical fissure karst groundwater source area in northern China. Following the 30-year petroleum pollutant migration simulation and pollution risk assessment of groundwater source area, this study finds that the very high risk zone is mainly located in Q Petrochemical Company and the surrounding area and the area adjacent to River Z. Within this period of thirty years, the pollution risk of groundwater source area has showed a dynamic trend that features an inverted “V” shape. The ratio of very high risk zone to the total area will be 18.1%, 17.47% and 16.62% during the tenth year, the twentieth year and the thirtieth year separately, and will reach the highest level of 19.45% during the fifteenth year. Meanwhile, the vertical migration distance of pollutant centre concentration changed from the surface soil at the outset to the deepest point of about 250 meters underground during the tenth year. The results of this risk assessment indicate the dynamic feature of pollution risk. The dilution, degradation and migration of petroleum pollutants in groundwater system contribute to an ultimate decline in pollution risk.     

北京城近郊区地下水质特征与污染研究

目前,北京平原区地下水总体较好,局部地下水污染主要集中在城近郊区。通过研究表明,地下水的污染程度、范围与地下水的赋存条件、开采利用状况有密切联系。通过对历史资料的系统分析,查明其污染发展过程可划分为四个阶段:水质自然状况、水质污染缓慢发展阶段、水质污染加快阶段和趋于稳定阶段。目前北京在城近郊区地下水质逐渐趋于稳定。北京城近郊区地下水污染主要是工业、生活以及排污河渠等污染源的影响,其污染的程度．分布范围还与地区包气带岩性、结构、厚度有关,含水层的岩性及地下水流场控制着污染物的迁移。     

黏土固化注浆帷幕控制重金属污染物运移的数值模拟

针对南昌市麦园垃圾卫生填埋场渗滤液防渗的实际情况,分析了重金属污染物在黏土固化注浆帷幕中的迁移转化特征,建立了地下水渗流模型和重金属污染物运移的耦合动力学模型。利用该模型对黏土固化注浆帷幕控制重金属污染物的迁移行为进行了模拟研究。数值模拟结果表明,在填埋场设计使用年限内黏土固化注浆帷幕对重金属污染物的阻滞率可以达到94.5 %以上,重金属污染物在防渗系统中的浓度范围沿地下水水流方向逐渐扩展,同一位置的浓度值随时间的延续呈逐渐增大的趋势,但距离污染源越远,污染物的浓度越低。结合现场检测情况,证明了黏土固化注浆帷幕对重金属污染物具有较强的污染控制能力。     

Analysis of influence of the power plant ash storage yard on groundwater environment

The fluoride contained in the filter liquor produced by fly ash in the thermal power plant which takes the coal as fuel can lead to groundwater pollution. Therefore, it is of great significance to study the migration characteristics of the pollutants in groundwater, in order to control and prevent the groundwater fluoride pollution. By adopting the numerical modeling method, this paper takes the ash-storage yard of Shahe Power Plant in Xingtai City as an example, to study the characteristics of fluoride migration in phreatic water, and establish a two-dimensional groundwater flow and water quality model on the basis of the hydrogeological condition analysis in this study area. Meanwhile, based on the Vmodflow software, the migration regulation of the fluoride in groundwater has been simulated. Because the phreatic aquifer of this area belonging to the Shahe alluvial-diluvial sediments and with a coarse lithology as well as high permeability, the migration and diffusion ability of the fluoride in this area is relatively strong. It turns out that the longest migration distance in 5 years is 892 m and that within 8 years is 1 515 m.     

污染场地地下水调查布点及样品采集技术研究

地下水监测井布点和采样,是地下水污染调查的重要部分。由于污染场地的规模较小和其特殊性,很多区域地下水污染普查的方法并不完全适用于污染场地。本文结合地下水的分布及运动特征,从全面性、系统性、代表性、可行性、经济性五方面,阐述污染场地地下水调查布点应遵循的基本原则。同时,通过探讨国内外地下水采样的规范和要求,总结出适用于我国污染场地的地下水采样技术。