集中式补给—排泄的组合裂隙溶质运移模拟试验

为揭示复杂裂隙中溶质运移的特性,基于不同的水文情景,针对裂隙宽度为0. 5、1和2 mm的两两组合方式,共进行9组裂隙溶质运移模拟试验。分析结果表明:①不同的组合中穿透曲线(BTCs)呈现出尖瘦、矮胖、宽缓等形状,不同裂隙组合的峰值浓度也存在差异;②由于示踪剂运移通过不同的含水通道,所以穿透曲线存在双峰现象;③出口流量的大小对穿透曲线和示踪剂的回收率都有影响,在相同的观测时间内,流量越大,回收率越小;④高斯多峰拟合曲线与试验结果有很高的拟合度。该试验的研究成果在地下水溶质运移的试验研究领域具有重要的参考意义,同时可为野外示踪试验的设计提供指导依据。     

基于GMS的云南德厚水库下游废弃砒霜厂地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模拟是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为合理开发地下水资源、优化设计地下水开采方案及地下水污染修复提供定量依据。在分析德厚水库咪哩河流域裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上,运用GMS软件建立地下水流场模型和溶质运移模型,对裂隙岩溶水的流场和污染物进行了数值研究,判断出了污染源分布及污染羽扩展范围,分析了砒霜厂污染物运移对水库建设的影响。     

裂隙介质水流与溶质运移数值模拟研究综述

在介绍裂隙介质中的水流运动及裂隙介质溶质运移规律的基础上,总结了多种用于概化裂隙岩体的模型及数值方法,介绍了各模型相应的模拟软件如TOUGH2与FRSCMAN的发展及应用,指出裂隙介质中地下水运动及溶质运移数值模拟研究仍处于探索阶段,方法与技术均不成熟,机理研究、数值模拟方法等方面有待进一步发展。     

裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟

地下水环境中化学作用对溶质运移具有重要影响,然而对于双分子反应性溶质运移研究,以往大多是在多孔介质中展开的,且使用传统的对流弥散方程不能很好地解决对生成物"过度预报"及"拖尾"问题。为了揭示双分子反应性溶质在裂隙介质中的运移机理,该文以苯胺(AN)和1,2-萘醌-4-磺酸钠(NQS)为例,开展了单个裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟研究,重点研究了裂隙开启度和水流速度的影响,建立了考虑随时间衰减的反应性溶质运移数学模型(ADRE)并进行数值求解。与现有的对流弥散方程(ADE)模型及随机的截断幂函数模型(TPL)进行了比较,结果显示,裂隙中"过度预报"并不明显,TPL模型捕捉"拖尾"现象的能力高于ADE模型,改进的ADRE模型捕捉"拖尾"现象能力强且能较为准确地模拟反应物和生成物的浓度变化,其机理有待进一步研究。     

基于GMS的北京西郊垃圾场地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模型是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为地下水资源管理和地下水污染修复提供定量依据。以北京市西郊典型地段为研究区,利用GMS软件建立地下水溶质运移模型,在南水北调来水后,地下水开采方案改变条件下,预测了Cl-、NO23-和THD浓度场。结果表明:垃圾填埋场污染物浓度整体呈上升趋势,劣质水面积增大,需要对原有地下水开采方案进行调整,防止地下水污染范围扩大。     

裂隙地下水渗流及溶质迁移数学模型研究进展

针对裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型,综述模型研究的发展历程与阶段性成果,将现有模型 划分为基于不同介质概化的等效孔隙介质模型、多重介质模型、离散裂隙模型,基于不同耦合方法的非全耦合模 型与全耦合模型,以及基于不同模型推导途径的力学途径模型与混合耦合理论模型。针对该领域研究的关键科 学问题总结其发展趋势,探讨裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型研究的难点及潜在发展方向,为裂隙 地下水流及溶质迁移研究提供理论参考。     

基岩裂隙水三维渗流网络溶质运移试验研究

地下水根据赋存条件可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水,其中裂隙水在我国北方分布广泛。设计了室内裂隙溶质物理试验,用有机立方体组成各种相互切割裂隙结构,按照裂隙几何参数的不同进行调整,在饱和状况下,注入溴化钠溶液观测其运移。研究表明,裂隙网络结构与几何参数对溶质在其中的运移具有控制作用,但不同几何参数对其影响方式与程度不同。裂隙空隙率增加,裂隙面数量、裂隙密度越大,则溶质前锋到达时间越晚,溶质浓度高峰到来需时越长,溶质穿透历时越久。     

地下水研究中地下水年龄的应用分析

地下水年龄主要是指水在含水层中停留的时间,即大气降水或地表水从进入地下径流时起,一直持续到其在采样点出现时止,在这一全过程中,水在透水岩石的孔隙和裂隙中停留的有效时间。由于地下水年龄实际测定方法和手段不同。因此,其又分为相对年龄与绝对年龄两种。地下水年龄可准确反映地下水实际运动和溶质迁移规律,在近年来的地下水研究过程中,诸多学者都通过地下水年龄这一指标,对地下水运动形式和迁移规律进行研究。结果表明,地下水绝对年龄不仅会受地下水混合作用影响,还会受气-水-岩等相关自然因素影响。与此同时,其也会受人类社会实践活动等因素影响。文章通过对地下水研究中的地下水年龄应用情况进行论述,以此找到地下水水质运移规律,从而为我国地下水科学与工程学研究奠定基础。     

粗糙元对单裂隙中溶质运移影响模拟研究

裂隙的粗糙度对单裂隙中的溶质运移有着重要的影响,然而粗糙元的形状(粗糙裂隙壁面上的各种凸起/坑洼)对单裂隙中溶质运移的影响机理尚未完全清楚。该研究通过求解纳维—斯托克斯方程和溶质运移方程模拟了具有不同粗糙元形状(矩形、梯形、三角形)的单裂隙中的溶质运移,并利用稀释指数量化了裂隙内溶质的空间分布。模拟结果表明粗糙元起始处的切线方向与流线的夹角越大,则发育的涡流体积越大,引起的溶质非均匀流动越明显;对溶质运移突破曲线和停留时间分布的分析表明随着流速的增加,溶质运移逐渐由费克运移转变为非费克运移,其相应的突破曲线表现出越来越显著的"早到"和"拖尾"特征;粗糙元密度与停留时间分布的幂律拟合参数b之间存在明显的正相关关系;对于相同的雷诺数,矩形粗糙元引起的非费克行为比梯形和三角形粗糙元更显著。该研究有助于进一步完善粗糙裂隙溶质运移理论。     

溶质运移理论的发展

关于土壤或地下水受到污染的问题,其实质是可溶性污染物在水流作用下在土壤或含水层中的运移结果,研究此问题而兴起的一门学科就是溶质运移理论。介绍了溶质运移模型、溶质运移的室内外试验研究成果和溶质运移数值模拟方法的研究现状。