井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的影响因素数值分析

对于重非水相污染场地,传统的钻孔取样方式因经费和取样个数的限制,往往无法准确估计含水层中重非水相污染物的残留量。井间分溶示踪法费用较低,且不会对污染源区造成破坏,可适用于推估重非水相污染物残留量,但目前该方法的准确性尚未得到验证。本文基于数值模拟方法探讨了示踪剂注入速率、示踪剂类型以及污染源区结构等多因素对井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量准确性的影响。数值算例结果表明:井间分溶示踪实验估计重非水相污染物残留量的误差小于15%;降低示踪剂的注入速率使得分溶性示踪剂在非水相和水相流体间作用更充分,能够提高井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的精度,实验中示踪剂注入速率由500 m3/d降为250 m3/d后,多种情景的平均精度由91.68%提高至93%;选取低分溶系数的示踪剂有利于提高示踪剂的回收率,从而提高推估精度,实验中示踪剂由2,2-二甲基-3-戊醇改为己醇后,平均精度由87.83%提高至96.85%;复杂的重非水相液体污染源区结构易于出现示踪剂绕流等现象,导致井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的误差增大,实验中含水层由均质变为非均质后,平均精度由93.03%变为91.65%。重非水相污染场地调查时,建议结合数值模拟方法选择适宜的示踪剂和示踪剂注入速率,以提高污染场地的刻画精度。     

长江三角洲(南部)区域地面沉降模拟研究

查明各土层变形特征是建立区域地面沉降模型的关键, 为此对研究区全部12个土层的变形特征进行全面论述, 并对变形特征与5种地下水位变化模式的关系加以讨论. 范围大、地质条件复杂、所经历的水位变化模式多种多样造成不同土层、不同地点的同一土层和不同阶段同一地点的同一土层都有不同的变形特征. 现有模型难以描述复杂的黏弹塑性本构关系, 为此对Merchant模型进行改造, 在此基础上建立相应的三维变系数水流模型和垂向一维沉降模型, 并讨论2个模型的耦合. 模拟结果良好, 显示所建立的模型确能反映长三角地区1.7×10⁴ km²区域上复杂的地面沉降过程, 可用于预测预报和控制地面沉降方案的制订.     

基于TOUGHREACT-MP的苏北盆地盐城组咸水层CO2矿物封存数值模拟

基于TOUGHREACT并行版,建立了苏北盆地盐城组下段砂岩层在碳封存中的CO2-水-岩反应二维径向模型,并评估储层的矿物封存潜力,探讨分析了网格剖分精度和储层各向异性对矿物封存模拟的影响。模拟结果表明:在CO2封存过程中,片钠铝石、方解石和菱铁矿沉淀较明显,在CO2注入5 000a后矿物封存的比例高达34.0%;网格剖分精度的不同对矿物封存反应路径没有影响,但粗网格模型计算得到的矿物封存量偏高;降低储层的kv(垂向渗透率)在短期内会促进CO2的水平运移,有利于溶解和矿物封存;但随着时间延长,降低kv对对流作用的抑制开始体现,表现为1 000a后中等kv值的模型计算出的矿物封存量高于较大kv和较小kv值的模型。     

盐度对多孔介质中DNAPL运移和分布的影响

选用四氯乙烯（PCE）作为典型DNAPL污染物,以NaCl作为地下水中溶解盐代表,研究盐度对DNAPL在饱和多孔介质中运移和分布的影响。通过批次实验测定NaCl水溶液/石英砂/PCE三相体系下的接触角和界面张力,结果表明,PCE在石英砂表面的接触角随着水中NaCl浓度的增大而减小,而PCE和NaCl水溶液的界面张力随着NaCl浓度的增大而增大,尤其当氯化钠浓度较高时（>0.1 mol/L）,影响程度更为显著。在此基础上,采用透射光法监测不同介质情景下DNAPL在二维砂箱中的运移和分布,定量测定DNAPL在介质中的饱和度。实验结果表明,地下水盐度的增加将促进DNAPL的垂向入渗,减少被截留在运移路径上的DNAPL量,使得DNAPL运移路径及累积形成的池状DNAPL（pool）向水流方向偏移。在均质多孔介质和含有透镜体的非均质多孔介质中,随着盐度的增加,DNAPL在横向和垂向上的展布均呈现出增加趋势,导致污染源区变大,且介质中以离散状存在的DNAPL量明显增加。     

基于TOUGH2-FLAC~(3D)耦合的三维地面沉降数值模拟及控制策略研究

地下水开采引发的地面沉降是一种多场耦合的复杂问题,土体变形过程中渗流与应力应变相互影响。采用部分耦合原理,通过渗流和变形过程中的相关状态变量来耦合成熟的商业软件TOUGH2和FLAC~(3D)进行三维变参数的地面沉降数值模拟研究,其中TOUGH2模拟渗流,FLAC~(3D)模拟土体变形,并以此为工具探讨地面沉降的控制策略。基于弹性模型承压含水层抽水的理想算例进行了变参数条件下的模拟计算,发现顶底板水平变形未被约束时水平位移不可忽略,其峰值距离抽水井有一定距离,且水平位移峰值大于垂向位移峰值;此外,由于地面沉降过程中渗透系数及孔隙率减小,导致近井区域渗流量增加,变参数模型位移量大于定参数。将以上方法应用于地面沉降控制策略研究,通过控制抽水流量及抽水时间,发现限制开采速率能控制沉降量,缩短抽水时间能控制沉降范围;对比脉冲式抽水及抽水—回灌常用地面沉降控制策略,发现抽水时采取合理的回灌措施能有效控制沉降量及沉降范围,而脉冲式抽水使得近井处弹性沉降量未得到明显控制,沉降影响范围反而更大。     

基于集合卡尔曼滤波的多相流模型参数估计——以室内二维砂箱中重质非水相污染物入渗为例

重质非水相有机污染物(DNAPL)泄漏到地下后,其运移与分布特征受渗透率非均质性影响显著。为刻画DNAPL污染源区结构特征,需进行参数估计以描述水文地质参数的非均质性。本研究构建了基于集合卡尔曼滤波方法(EnKF)与多相流运移模型的同化方案,通过融合DNAPL饱和度观测数据推估非均质介质渗透率空间分布。通过二维砂箱实际与理想算例,验证了同化方法的推估效果,并探讨了不同因素对同化的影响。研究结果表明:基于EnKF方法同化饱和度观测资料可有效地推估非均质渗透率场;参数推估精度随观测时空密度的增大而提高;观测点位置分布对同化效果有所影响,布置在污染集中区域的观测数据对于参数估计具有较高的数据价值。