层状非均质性影响下河流对地下水的补给过程研究

河流对地下水的补给过程研究是科学认识水循环规律及地下水资源可持续管理的基础。河床沉积层与其下伏潜水含水层岩性差异是河流下伏含水层的主要结构特征,也是控制河流对地下水补给过程的主要因素。为揭示含水介质分层结构特征影响下河流对地下水的补给过程,基于黄河干流河南段野外试验结果,建立了地表水地下水相互作用概念模型,并以地下水流路径为对象,精细刻画了地表水地下水的相互作用过程。结果表明：(1)河流对地下水的补给量主要受河床沉积层渗透性影响,河床沉积层厚度变化对河流向地下水的补给量影响不大。即：河床低渗透性沉积物的存在是河流向地下水补给量降低的主要原因,当河床沉积层与其下伏含水层厚度比(HS/H)由0增大为0.125时,河流向地下水补给量的减小幅度达72%。(2)与均质条件相比,河床沉积层渗透性及其厚度变化均明显改变了河水向地下水补给的水流路径及径流时间。随着河床沉积物与下伏含水层渗透系数比K_U/K_L的增大,河水向地下水补给的水流路径穿透深度增大,径流时间延长。(3)河流对地下水的补给量及地下水径流时间对低渗透性河床沉积层渗透系数的敏感性随渗透系数的减小...     

长江三角洲某地区浅层地下水单环芳烃污染特征及其原因分析

本文针对长江三角洲某地区3个城市(C市、W市、S市)浅层地下水的单环芳烃进行了研究。根据研究区水样分析数据,总结出该地区单环芳烃的污染特点和分布特征,然后从研究区污染源分布、单环芳烃的挥发性、研究区降水以及包气带的防护性能等角度探讨了浅层地下水单环芳烃污染形成的原因。研究表明,该区浅层地下水单环芳烃污染呈点状分布,污染范围不大;浅层地下水单环芳烃污染相对较轻而地表水污染严重。浅层地下水单环芳烃污染特征与研究区工业企业分布、单环芳烃的挥发特性、降水以及研究区包气带防污性能密切相关。浅层地下水单环芳烃污染和工业企业分布具有很好的一致性,有机污染物高浓度的检出点均分布在污染工厂附近,无明显污染源的地段,其浅层地下水水样无有机污染物检出;各检测单环芳烃组分的亨利常数均大于1.01×102Pa·m3·mol-1,所以挥发作用是其主要迁移机理,苯的柱试验表明,苯溶液浓度从1079.0μg/L降低至6.9μg/L仅需26天;研究区包气带为河湖三角洲沉积相的淤泥质粘土,粘粒含量大,粘土矿物含量也很高,富含有机质,其含量大都在1.0%以上,此类土壤具有高的吸附能力,阻滞了污染物向浅层地下水迁移;降雨时浅层地下水中单环芳烃检出率和检出浓度都较高。4种因素综合,使得研究区浅层地下水单环芳烃呈现污染程度轻、分布零散、污染分布范围小的特点。     

河流—地下水水流模型研究进展

收集前人研究成果,归纳河流—地下水水流模型的解析模型和数值模型,分析河流—地下水水流模型的模拟中影响最敏感的因素,讨论河流污染质入渗到含水层后对含水介质渗透性能的影响,河流—地下水模型最主要的问题在于河流参数的求取和河流的处理,分析河流—地下水水流模型研究存在的问题。     

岩溶区地下水数值模拟研究进展

岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。      

不同浅层含水介质系统对排污河渠中磷去除效果影响的模拟实验

通过模拟 3种不同的浅层地下含水介质系统对排污河渠中磷去除实验 ,发现不同的含水介质对排污河渠中的总磷都有去除和净化的功能 ,并随着含水介质厚度的增加 ,总磷的去除率逐渐升高。不同的含水介质对总磷的去除效果不同 ,中砂对总磷的去除效果明显优于粗砂。去除磷的主要机理为吸附和沉淀 ,含水介质对磷去除的主要影响因素有介质的颗粒大小、不均匀系数、粘粒含量等。由于排污河渠长期的污水渗漏会在河床底部形成底泥 ,增强了对磷的去除效果 ,所以排污河渠一般不易造成对地下水的磷污染。     

傍河地下水与河水脱节机理研究

用一个砂槽模型模拟地下水与河水脱节过程,观测脱节现象与渗流规律,再用饱和－非饱和流理论通过计算机对这些现象和规律进行理论模拟与验证。物理实验和理论模拟得到了相同的认识：地下水与河水脱节之前,河水浸润曲线是一条弯向河流的上凹曲线;脱节点不位于河床面而在河床以下的含水层内部;脱节后在河床下形成上下两个饱和层。     

生物曝气技术对石油类污染地下水的修复效果及去除机制

针对东北某石油污染场地水文地质条件进行模拟,按照试验场地地层现状进行实验室缩放,研究微生物在含水层介质为砾砂、粗砂和中砂中的迁移速度以及含水层介质吸附的微生物量。选取苯和二甲苯作为目标石油污染物,研究生物曝气技术对被污染地下水的修复效果及其去除污染物的机制。实验结果表明:微生物在介质中的迁移速度从大到小为砾砂、粗砂、中砂;介质吸附微生物量的顺序从大到小为中砂、粗砂、砾砂;生物曝气4个月后,苯和二甲苯去除率分别为86.4%和81.7%,BS对中砂层中的苯和二甲苯去除效果好于砾砂层和粗砂层,苯的去除效果好于二甲苯。由挥发机制去除的污染物为46.24%,生物降解去除的污染物为36.98%,BS技术可以有效去除地下水中石油类污染物。     

地下水与河水脱节的实验与模拟

傍河取水是我国北方城市一种常用的供水模式,由于河道径流量较小,在枯水季节河流附近的地下水与河水产生脱节。本文用砂槽模型进行了地下水与河水脱节的物理模拟,然后再应用饱和流与变饱和流模型进行理论模拟。物理和理论模拟得到了相同的结论和几点新的认识：地下水与河水脱节之前,河水浸润曲线是一条弯向河流的上四曲线;脱节点不位于河床面而在河床面以下的含水层内部;脱节后在河床下形成一个悬挂饱和层。     

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。     

岩溶区多重介质水流模型研究进展

数值模拟技术广泛应用于地下水资源评价工作中,为水资源合理开发利用提供科学依据。本文针对岩溶区的数值模拟技术展开研究,综述了岩溶区地下水流建模技术的主要方法和研究进展,介绍了SWMM模型、UGRFLOW模型、CAVE模型、CFP模型等多重介质模型的建模方式和运行原理。岩溶区地下水赋存介质复杂,管道、裂隙和空隙多重介质并存,水流特征多样,等效连续介质模型不能很好地刻画岩溶区复杂的地下水流特征。随着对岩溶水流系统研究的深入,二重和三重介质模型逐渐应用于岩溶区地下水流模拟工作中,取得较好成果,但仍存在如忽略中宽裂隙的导水作用、岩溶管道设置单一、模型适用性不强等问题。今后应从解析岩溶含水介质的结构特征入手,关注中宽裂隙在地下水流系统中的导水作用和水流特征,改进管道流模块以更好地刻画复杂的地下河管道,改进不同介质间水流交换量算法,提高模型精确性和适用性。      

定向钻穿越技术在清江河天然气管道敷设的应用

清江河天然气管道工程是在河床下穿越1500多米的Φ1016×26.2天然气钢管和Φ114硅管套管。该河为通航河道,河底地面高程最低-5.90m左右,最大水深6.0~8.6m。地层为填土、淤泥质粘粉土、淤泥质粉砂、粉质粘土夹粉砂细砂。施工中通过优化施工方案,针对导向孔轨迹控制、淤泥地层定向钻进纠偏、大口径扩孔清孔和长输大口径管道回拖采取了一些有效的技术措施,确保了工程一次性回拖成功。     

河道采沙对珠江三角洲水情及水环境影响分析

珠江三角洲水系属于典型的潮汐河网,水流同时受到地表径流及沿海潮位的双重影响。自20世纪80年代以来,该水系大规模的人工挖沙导致了水文条件、河床演变自然进程的较大变化。根据潮汐河网的水力特性,建立了用于模拟水位、流量时空变化的一维河网水动力数学模型,并根据由灰色模型预测的因挖沙引起的未来年份的河床演变情况,分别预测分析了不同水平年在丰水期、枯水期两种代表水情下的水系水位、流量变化情况。并对由此可能产生的对环境的影响进行了初步分析。     

鄂西高坪龙骨洞地层形成环境的研究

鄂西龙骨洞保存有早更新世早期的地层,并产早期人类化石和巨猿化石以及石器。通过对这套地层的形成环境的研究表明:沉积物形成于水动力条件较弱的暗河环境,期间发生过几次水体干涸事件,形成钙板层。根据沉积环境的特点,龙骨洞的地层可划分为4部分:第一部分是剖面的底部,在洞穴沉积物的形成初期,沉积物粒度较粗,形成水动力较强的暗河环境;第二部分是钙板层或强钙质胶结层的形成,表明洞穴处于干涸或水很少的环境;第三部分是地层的主体部分,以粘土和亚粘土为主,形成于弱水流的暗河环境,化石主要产自这部分;第四部分是剖面的顶部,为钙板层,洞穴干涸。洞中的化石和石器部分是被水流带入洞中沉积形成的,部分为人类和巨猿在洞中生存时留下的。     

ADCP measured flow current of the middle-lower Changjiang River channel

The water column flow velocity of 36 river sections in the river reach between Hankou (Wuhan) and Wuxue of the middle-lower Changjiang River. Their cross sectional distribution patterns in relation to the river channel morphologies were examined by using ship-mounted ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) instrument. The results indicate four (I-VI) types of river channel morphology associated flow patterns: I—laterally deepening riverbed topographic pattern; II—symmetrical to asymmetrical riverbed topographic pattern; III—relative flat riverbed topographic pattern, and IV—sandbar supported riverbed topographic pattern. All these correspond to the different patterns of flow velocity distribution. The maximum flow velocity is usually related to the deeper water depth, but irregular water column distribution of flow current velocity results often from the vortices’ current associated with river knots. Deeper river water depth is usually identified in the river reach located slightly downstream to the river knot, where faster flow velocity occurs. Downward change in flow velocity fits semi-log law, showing an exponential decreasing flow current with the maximum flow velocity near the water surface. However, in the river reach near the river knots, the water column distribution of flow current velocity does not fit the semi-log law, showing the irregular flow current pattern. This study, in context of river catchment management, highlights the controls of riverbed morphology to the flow current structure, which will shed light on the post study of Three Gorges damming in 2009.     

Effect of fines content and void ratio on the saturated hydraulic conductivity and undrained shear strength of sand–silt mixtures

The hydraulic conductivity represents an important indicator parameter in the generation and redistribution of excess pore pressure of sand–silt mixture soil deposits during earthquakes. This paper aims to determine the relationship between the undrained shear strength (liquefaction resistance) and the saturated hydraulic conductivity of the sand–silt mixtures and how much they are affected by the percentage of low plastic fines (finer than 0.074 mm) and void ratio of the soil. The results of flexible wall permeameter and undrained monotonic triaxial tests carried out on samples reconstituted from Chlef river sand with 0, 10, 20, 30, 40, and 50 % non-plastic silt at an effective confining pressure of 100 kPa and two initial relative densities (D _r = 20, 91 %) are presented and discussed. It was found that the undrained shear strength (liquefaction resistance) can be correlated to the fines content, intergranular void ratio and saturated hydraulic conductivity. The results obtained from this study reveal that the saturated hydraulic conductivity (k _sat) of the sand mixed with 50 % low plastic fines can be, in average, four orders of magnitude smaller than that of the clean sand. The results show also that the global void ratio could not be used as a pertinent parameter to explain the undrained shear strength and saturated hydraulic conductivity response of the sand–silt mixtures.     

Sources and transports of polycyclic aromatic hydrocarbons in the Nanshan Underground River,China

Karst areas have much higher ecological vulnerability and are easy to be contaminated by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), which are introduced as health risk pollutants. PAHs ratios were used to understand the sources and transport behavior of PAHs conducted in the karst Nanshan Underground River, China. Water, sediments from the underground river and water, sediments, soil from the surface were collected monthly in 2011 and 2012. Abundant PAHs were found both in the underground river and in the surface system. The detected ΣPAHs concentrations varied from 353 to 13,203 ng L^?1 in the groundwaters and content from 169 to 12,038 ng g^?1 in the sediments of the underground river. The ratios of anthracene to anthracene, plus phenanthrene and fluoranthene to fluoranthene, plus pyrene indicated that PAHs were delivered in the groundwaters from combusted grass, wood, and coal, while in the sediments were a mixture of non-combusted petroleum, grass, wood, coal and combusted grass, wood, coal. The similarities in sources between an underground river and surface system indicated that farmlands play a major role for the transport of PAHs and contamination in the underground river. Karst features are liable for the transport behavior.     

湘西大龙洞地下河流域水土流失特征及其对水库工程的影响

用人工断面法和流量堰法测流,高密度采集水样,在室内用称重法测得水体含沙量,对大龙洞地下河出口及其邻近地表河、地下河上游地表河段进行同步输沙特征监测,以为拟建的大龙洞水库泥沙淤积评价提供依据。两个水文年的研究结果均显示,地下河与地表河输沙率呈同步变化特征,平均悬移质输沙模数分别为37. 26～ 58. 33 t /km2 · a 和56. 82～ 76. 80 t /km2· a ,最大日平均输沙率分别为540 mg /L和890 mg /L,说明地下河空间以大型岩溶管道为主,连通性好,系统水力坡度大,对泥沙输出和减轻地下空间淤积有利。最大日平均输沙率均与最大流量峰值对应,说明水土流失主要发生在暴雨期间。选择流域内三种典型生态环境类型,进行原位水土流失观测,获得场雨产流过程和坡面流输沙率变化情况。结果显示,三种类型的平均悬移质输沙模数为65. 35～ 884. 78 t /km2· a ,暴雨期间准森林类最大瞬时输沙率为2 926 mg / L。在此基础上,估算得到在建库条件下50年总淤积量不超过地下库容的10% ,说明水土流失造成的水库淤积程度并不严重。      

Sources and contamination characteristics of PAHs in environmental media in a karst underground river system (southern China)

The aim of this study was to determine the sources and contamination characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in various environmental media in a karst underground river system. For this purpose, air, underground river water, sediment, and soil samples were collected from a typical underground river in southern China in the dry and wet seasons of 2013–2014, and the compositional spectra, distribution, and ratio characteristics of 16 PAHs were determined for comparative analysis. The results show that three 2–3-ring PAHs (naphthalene, phenanthrene, and fluoranthene) mainly occur in air and underground river water. In sediments and soils, 4–6-ring PAHs are the main components. The PAH concentrations in the air in the wet season are clearly greater than those in the dry season, while it is the opposite in the underground water. Seasonal differences in the concentration of PAHs in the sediments and soils are minor. The concentrations of PAHs in the environmental media overall showed variation in the following order: upstream < midstream < downstream, and this is related to pollutant discharge, adsorption, etc. The main source of PAHs in the upstream area is the combustion of grass, wood, and coal, while it is petroleum in the midstream area, and combustion of grass, wood, coal, and petroleum near the outlet of the underground river. It is necessary to change the energy structure in the study area, improve the efficiency of environmental protection facilities, reduce the emission in vehicle exhaust, and control pollution by PAHs at their sources.     

饱和度-压力曲线法预测柴油在毛细带中形成的透镜体厚度

轻非水相液体（LNAPL）进入到地下环境中,首先在非饱和带进行垂向迁移,到达毛细带后在地下水面以上形成饱和透镜体。准确预测LNAPL渗漏在毛细带形成的透镜体厚度,对于LNAPL的去除及污染含水层的修复具有重要的指导意义。通过模拟实验测定了水-油两相吸湿及脱湿曲线,采用水-油饱和度-压力曲线拟合出了吸湿及脱湿进入压力。根据透镜体达到稳定状态时脱湿、吸湿压力水头之间的关系,建立了透镜体厚度的预测计算方法,并以中砂和粗砂为例,预测出实验条件下柴油在毛细带形成透镜体稳定时的厚度分别为4.61 cm和1.29 cm。通过室内模拟槽实验,测得柴油在中砂和粗砂中迁移时形成的透镜体厚度分别为5.30 cm和1.50 cm。预测与实验结果的相对误差分别为13.0%和14.0%。误差产生的主要原因为脱湿与吸湿曲线是在非干燥情况下测得,从而导致预测的透镜体厚度偏小。     

典型石油烃组分在地下水中的自然衰减规律

为了解石油烃类污染物在地下水中的自然衰减规律,以苯、萘、菲作为目标污染物,采用实验场地4种天然砂土作为含水层介质进行了室内模拟实验。结果表明：在单组分和混合组分溶液中,苯、萘和菲在地下含水层介质中的自然衰减均符合一级动力学方程;在不同含水层介质中,苯和萘的衰减速率大小顺序为粉砂>中砂≈粗砂>砾砂,而菲的自然衰减速率大小顺序为粉砂≈中砂≈粗砂>砾砂;微生物降解在苯和萘的自然衰减中起重要作用,而固相吸附在菲的自然衰减中起重要作用。3种物质共存时,苯和萘的自然衰减加快,菲的自然衰减减慢。