土壤含水层处理系统对再生水入渗过程中"三氮"去除的柱试验模拟

土壤含水层处理系统(soil aquifer treatment,SAT)是一种重要的人工回灌地下水方式。以再生水为回灌水源时,水中含有的“三氮”可能会对回灌区地下水造成污染风险。研究各种因素对在SAT中去除再生水中“三氮”的影响具有重要意义。本研究中,通过高200 cm、内径50 cm土柱试验,研究了SAT系统中粒径、干湿比(落干期与淹水期的比值)、在系统表层增加生物炭及渗透流速对实际再生水“三氮”去除效果的影响。结果表明,在干湿比1∶1条件下,实际河道细砂和中细砂柱底部出水中NH₄-N平均去除率分别为73%和66%,去除机理主要为吸附和硝化作用,NO₂-N基本被去除。系统中硝化作用导致NO₃-N浓度升高,出水中NO₃-N浓度平均增长了3.0%4.1%。在深度115 cm以上, 中细砂柱内比细砂柱内的硝化作用更强,这导致了更高的NH₄-N去除率和更低的NO₃-N去除率。延长落干期后(干湿比3∶1),系统具有了更强的复氧能力,促进了硝化作用,使得NH₄-N的平均去除率提高了20%,而NO₃-N的降低了3%4%,增加了NO₃-N污染风险。在中细砂层添加5%重量生物炭后,吸附性能增强,使其对NH₄-N平均去除率增加了20%32%,但对NO₃-N影响不明显。渗透流速与NH₄-N的去除和NO₃-N的增加均呈负相关。综合分析可得出,影响SAT系统去除“三氮”的最主要因素是干湿比和渗透流速,在回补水源中NH₄-N浓度较高时,可考虑在SAT系统表层添加生物炭以增强其去除效果。     

潮白河受水区再生水入渗盐污染模拟柱试验

根据工程地质勘察及采样测试分析,选取北京市顺义潮白河再生水受水区3种典型代表性土壤介质(砾石含砂、细砂、粉质粘土)装柱,并采用受水区再生水进行淋溶模拟土柱试验。测试结果分析表明,在3种典型土壤介质中,阳离子交换吸附作用主要体现为K+与Ca²⁺之间的交换,且粉质粘土柱中阳离子的离子交换作用较砾石含砂柱和细砂柱更为显著。另外,试验结果还表明,随着土壤介质中粘粒含量、总有机碳含量、阳离子交换容量和粘土矿物总量的增加,典型介质淋溶模拟土柱试验中阳离子交换作用达到平衡时所需要的时间也就越长,分别为砾石含砂72 d、细砂80 d和粉质粘土86 d。定量结果计算也证明：粉质粘土介质的各阴、阳离子本底含量最高,单位质量粉质粘土介质硬度及溶解性总固体(TDS)的贡献量最大,分别为5 767 mg/g和6 952 mg/g。     

再生水干湿交替入渗过程中添加碳源对包气带脱氮的影响

干湿交替的回灌方法常被用于解决再生水地表回灌的堵塞问题,但干湿交替回灌可能造成硝态氮被淋洗进入地下水.通过室内土柱模拟入渗实验,对比研究了以葡萄糖作为碳源的低碳氮比再生水干湿交替回灌、干期前蒸馏水淋洗、干期前添加甲醇溶液和干期后添加甲醇溶液4种条件下对包气带氮素迁移转化和脱氮效果的影响.实验表明,对于碳氮比为2.5∶1...     

河水入渗过程中蒸发损失的实验模拟研究

为了深化河流入渗机理的认识以及提高地下水资源评价的精度,本文就河水入渗过程中蒸发损失量的计算进行了室内模拟试验研究.试验结果表明,常年有水河流的河水入渗量的蒸发损失率小于10%,即有90%以上的河水入渗量补给地下水.     

地下水数值模拟中入渗补给滞后的处理方法

地面水入渗补给地下水具有滞后性。文章介绍了地下水数值模拟中入渗滞后补给的权系数方法,该方法仅有一个参数需要确定。基于均质介质和底面为自由液面的一维土柱的理想模型数值试验,利用不同滞后因子的饱和地下水流模型同饱和-非饱和地下水模型求解的入渗补给量进行对比分析,认为待定参数与地下水位埋深成反比,与介质的饱和渗透系数成正比,通过40组设定的模型试验得到地下水埋深和饱和渗透系数对应的待定系数取值的统计关系式。这些成果为饱和地下水流模型中入渗滞后性的描述提供了参考,将提高地下水流模拟的仿真性。     

土壤中空气对土结构和入渗过程的影响

分析了土壤表面积水入渗过程中压缩气体对土体结构的影响理论,并通过二维土柱入渗试验对其进行了分析及验证。在积水深度为2.8 cm的条件下,对2个初始含水量、3个孔隙率下的土柱进行了试验,测量出其在试验过程中的气体压力和入渗量,并同时观察土体结构的变化。理论和试验结果表明,气体出现突破之前,土壤内气体压缩产生的气压对湿润区土体的顶托作用会破坏土体的平衡,从而在湿润锋处产生水平裂缝,破坏入渗土体的连续性。试验还发现,入渗过程中土体结构变化大小受土壤初始结构和含水率的影响,初始结构越牢固、含水量越大,结构和气压变化越小,根据结构变化不同,可以划分出两种不同的试验过程。同时入渗土体内出现裂缝时,气压的减渗作用尤为显著,甚至会导致试验过程的停止。     

人工微生物脱氮过程中含水层堵塞问题的实验研究

微生物的生命活动往往会引起含水层堵塞,这一问题直接影响着人工微生物脱氮技术的推广和应用,为了寻求妥善的解决办法,笔者进行了大量的实验研究工作。本文就微生物堵塞问题的研究现状,堵塞机理以及含水层渗透系数随时间变化规律等予以阐述,以对今后的大面积推广提供一些参考。     

原地破碎浸出试验时溶浸液垂向入渗过程的数据模拟

本文通过原地破碎浸出试验时溶浸液运动规律的分析,将溶浸过程中溶浸液的运动分为非饱和带内垂向入渗和饱和带内水平向径流两个主要阶段,并建立其相应的数学模型,还对溶浸液的垂向入渗过程进行了数值模拟。     

“三硬”矿井中卸压槽防冲措施模拟试验研究

论文以大同某"三硬"矿井8931巷道为工程背景,根据煤岩体静载破坏理论选取卸压槽作为"三硬"矿井的防冲措施。利用FLAC3D软件模拟3种卸压槽对8931巷的卸压作用,通过对模拟结果中卸压槽壁位移曲线和塑性区分布图,巷道围岩收敛变形曲线、剪应力云图和最大主应力云图的对比分析表明,针对平行最大地应力方向布置的巷道,帮部竖槽对巷道围岩的卸压效果最好,其次为中央竖槽,水平槽的卸压效果较差。现场开展帮部竖槽防冲试验,巷道有无卸压槽段围岩表面收敛位移分别为15~23mm和34~44mm,运用电磁辐射技术对现场试验的检验结果肯定了卸压槽的防冲作用,说明卸压槽能够有效控制巷道围岩变形,维护巷道稳定,是"三硬"矿井防治冲击地压的一种可行措施。     

临汾市尧都区地下水中“三氮”污染现状及对策

通过对尧都区三氮分布规律及形成原因的分析,提出了污染正在逐渐加重的结论以及防治污染的对策：加强对三废的管理,人畜排泄物的管理,合理科学施用氮肥,控制地下水位下降,加强对地表水污染的治理。     

土壤冻融过程中的多层水热耦合模拟研究

为准确模拟土壤冻融过程中温湿度变化以及水热传递规律,以支撑寒区水循环及其对气候变化的响应研究,在国内具有自主知识产权的WEP-L模型基础上,通过添加土壤层水热耦合计算模块,细化土壤分层结构,构建了多层水热耦合模型。根据吉林省前郭灌区土壤冻融原位实验,确定了模型中的土壤水热参数,并用2011~2012年完整冻融周期内实测的土壤温度和含水率数据进行了模型验证。结果表明,模型能较好的模拟不同深度土层的温湿度变化规律,其中土壤温度模拟的平均NASH效率系数为0.752,土壤含水率和土壤冻结深度的模拟结果和实测值的变化规律较一致。     

“大井法”中渗透系数及含水层厚度的优化

大井法\     

均质岩体中隧道围岩破坏过程的试验与数值模拟

采用模型试验与离散元模拟的方法,对均质岩体中隧道开挖后围岩的变形破坏过程进行了研究,并对围岩变形破坏过程中围岩应力及地表位移的变化规律进行了分析,模型试验结果与数值模拟结果取得了较好的一致性。研究结果表明：隧道开挖后,拱顶处围岩变形明显并出现裂缝,围岩破坏从拱顶开始,进而呈渐进式向上发展,最终形成稳定的塌落拱;开挖后,隧道围岩径向应力减小,隧道周边一定范围内围岩切向应力减小,且随隧道变形破坏的发展,围岩切向应力减小的区域逐渐扩大;隧道塌方后,拱底垂直应力增加,开挖结束至塌方开始期间地表位移增量最大,塌方期间地表位移增量最小。     

水动力因素对砷在河砂中迁移影响的柱试验与模拟

河岸带作为一种典型的地下水-地表水相互作用带,不同水动力学条件下砷在该作用带中的行为较少有研究报道。基于此,采集河岸带河砂开展室内柱试验,分析不同水动力因素（包括流速和粒径）对砷在河砂中迁移的影响并建立相关模型。结果表明：(1) 0.5 mL/min流速下,河砂对As(V)的吸附速度和达到平衡所需的时间均比As(III)快,且粒径越小,该现象越明显;1.0 mL/min流速下,不同粒径的河砂对As(V)的吸附速度随粒径的增大而增大,对As(III)的吸附则没有明显差异;(2) 相同粒径的填充柱中,河砂对As(III)和As(V)的吸附能力均随流速的增加而降低;(3)不同流速和粒径条件下,As(III)和As(V)在砂柱中的迁移过程均更符合Thomas模型,拟合R2高于相同条件下Yoon-Nelson和Adams-Bohart模型。其中,低流速下,Thomas模型对0.15～0.25 mm粒径中As(III)和As(V)迁移过程拟合的R2（≥0.94）显著优于1.00～2.00 mm的较大粒径;高流速下,该模型对不同粒径中砷迁移过程的拟合R2差异不大。研究有助于加深对地下水-地表水相互作用下水动力因素对砷迁移转化规律影响的认识,并丰富和完善高砷地下水形成的机制理论。     

非饱和土壤中甲苯与三氯乙烯迁移过程和生物降解作用的耦合模拟

三氯乙烯是常见的地下水污染物,通常对需氧生物降解具有抵制作用,在另一种化合物的存在下,可能与之发生共同新陈代谢。利用实验室土柱对ＴＣＥ和甲苯的耦合迁移和生物降解作用进行研究和建模。根据Ｍｏｎｏｄ动力学原理,建立甲苯的生物降解与微生物生长的关系;根据Ｍｉｃｈａｅｌｉｓ－Ｍｅｎｔｅｎ动力学原理,描述ＴＣＥ的生物降解,并予以修正,以解释酶水平的变化。ＴＣＥ的生物降解模拟为甲苯降解速率的质量分数。生长和衰     

岩石中三维单裂隙扩展过程的试验研究和数值模拟

自然岩体内部断续结构面的产状差异导致裂隙间岩桥破裂贯通成为一个复杂的三维岩石力学问题。为了探究裂隙的走向差异与尺寸效应对岩体力学行为的影响,开展了不同裂隙延伸尺寸下含走向异面断续裂隙类岩石材料的单轴压缩试验,结合CT扫描技术,分析了岩石走向差异角和尺寸效应对裂隙岩体破坏模式、岩桥贯通机制及力学特性的影响。研究表明：试样岩桥以外的端部主要由翼裂纹或反翼裂纹沿着荷载的方向扩展而引起破裂,岩桥区域的破裂模式受裂隙延伸尺寸和走向差异角综合影响,裂隙延伸尺寸的增加会使岩桥区域受拉因素变多,走向差异角在很大程度上减小岩桥的贯通率,并使岩桥区域贯通面的翘曲程度增大。随着裂隙延伸方向尺寸的增大,试样的峰值强度和弹性模量会随之减小然后趋于平缓,但是当裂隙增加了走向差异角后,峰值强度与弹性模量的变化规律更加复杂。走向差异角与裂隙延伸共同造成试样的整体三维不对称性,进一步影响了试样的峰值强度、弹性模量以及塑性。研究成果可为岩桥控制型复杂裂隙岩体工程的破坏机制和稳定性评价提供理论支撑。     

西辽河平原浅层地下水中“三氮”分布特征及健康风险评价

通过测试地下水样品中“三氮”含量, 采用非致癌风险评价模型进行健康风险评价. 结果表明, 与《地下水质量标准》(GB14848-2017)限值对比, 硝酸盐氮超标率8%, 主要分布在研究区东南部及西南部区域; 氨氮超标率10%, 主要分布在中部及南部区域. 地下水中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水质占比83%;Ⅳ及Ⅴ类水水质占比17%. 地下水样品中“三氮”总非致癌风险指数及总致癌性风险指数均低于美国环境保护署推荐的健康风险评价标准. 整体上研究区“三氮”污染程度相对较轻, “三氮”污染区域主要分布于人类活动密集地区. 健康风险评价可为地区地下水中“三氮”污染监控和治理提供技术参考.     

陷落柱中“止水塞”的快速建立技术

论述了通过注浆在特大型垂向导水通道——陷落柱中建立人工\