污染物在多孔介质饱和水中运移规律的研究

以淮北市萧濉新河为研究对象,进行了河水与地下水原型水质监测,结合现场地质勘探、土工试验和室内土槽试验,获得了大量有价值资料。藉此,论述了萧濉新河污染对浅层地下水的影响程度和范围,揭示了污染物在土壤饱和水中的扩散运移规律。     

水动力扰动对天然胶体在多孔介质中行为及效应的影响

研究天然胶体在多孔介质中迁移沉积及环境效应,对土壤及地下水污染防治措施的选择与实践具有重要意义。以天然胶体作为实验材料,结合土柱实验和水槽搅拌实验,研究三种强度的水动力扰动对天然胶体的迁移和沉积特性及铜行为的影响。结果表明:胶体浓度一定时(土柱63mg/L),水动力扰动越强(最大流速约330mL/h),天然胶体越易穿透,达到平衡的时间越短,且平衡浓度越高;水动力扰动作用下,天然胶体对铜在多孔介质中的迁移起促进作用,而铜的吸附降低了天然胶体的迁移性。     

双重结构多孔介质中溶质运移的动量分析初探

本文对双重多孔介质中溶质运移的团粒扩散模型(Ⅰ)、团粒扩散和膜交换模型(Ⅱ)、一阶动力模型(Ⅲ)和对流-弥散模型(Ⅳ),应用时间动量分析方法,研究了溶质运移的平均时间、有效弥散系数、诱发弥散系数和质量交换系数的结构及其影响因素。     

通量边界条件多孔介质溶质运移参数估计方法

提出了一个估计溶质运移参数的确定性方法。通过Laplace空间的数学转换得到一个包含运移参数的线性时间函数。运用这个关系及两个时间观测浓度数据形成关于参数的非线性方程。求解参数的计算方法和数据误差分析也作了详细讨论。几个假设算例被用于检验参数估计模型，计算表明估计参数与算例设计的真参数有很好的一致性。     

城区地下水污染物运移特性探讨

探讨了由渗流作用引起的溶质变化量与由布朗运动引起的溶质变化量的比值P随地层渗透系数以及边界水力坡降的变化情况,得出比值P不受地层渗透系数的影响,而水力坡降才是引起比值P变化的决定性因素.     

多孔介质中乙醇混合汽油溶解组分的运移与生物降解研究

为了解乙醇混合汽油主要溶解组分在地下水中的迁移与归宿，开展了含水砂槽多孔介质的投注实验，投注物是含有溴化物、乙醇和汽油溶解组分的混合溶液。结果表明：水动力弥散和混合电子受体条件下的土著微生物降解是乙醇和BTEX自然衰减的主要过程。乙醇迁移没有滞后性（阻滞系数为1.0），在生物作用参与下随迁移距离增加而逐渐消失；但乙醇对生化氧量的高需求延迟了甲苯和乙苯的生物降解。苯与甲苯的阻滞系数为1.18，乙苯和二甲苯的阻滞系数为1.28；苯的晕体延伸最长，持续时间最长。基于守恒示踪剂溴离子的浓度校正，乙醇与单环芳香烃（BTEX）的一级降解速率存在明显的大小顺序，即乙醇>甲苯>乙苯>m,p-二甲苯>o-二甲苯/苯，与它们的迁移晕体长度大小顺序（即苯>二甲苯>乙苯>甲苯/乙醇）具有相反的对应关系。这意味着改善乙醇生物降解条件和加速其生物降解速率，是一个BTEX污染修复的有效策略。     

多孔介质中溶质运移参数拟线性化估计方法

拟线性化方法是基于溶质运移“穿透曲线”（BTC）数据估计对流-弥散方程（CDE）中运移参数。该方法运用任意两个时刻浓度导数（dc／dt）与参数之间的函数关系,通过求解一个随参数单调增减的非线性方程,推导出关于时间的拟线性化参数估计方程。依据该线性化方程拟合的直线截距和斜率确定溶质运移参数。通过一组设计参数获得的BTC,应用拟线性法求解溶质运移参数并与设计参数比较,证明用该方法估计参数具有较好精度。设计数据还被用于讨论剔除浓度导数（dc／dt）峰值段误差较大数据以改善参数估计精度的方法。拟线性化方法用于估计红壤和水稻土中SO4^-2运移参数,其结果与CXTFIT法和等斜率法估计参数具有较好的一致性。     

地下水系统中污染物变系数动力迁移模型解

本文分析了污染物在地下水系统中迁移转化规律，建立了变系数动力迁移模型，讨论了对流－扩散方程中动力弥散系数随时间的变化规律，推求出变系数迁移方程的解析解。运用土壤柱物理模型试验的实测资料进行验证比较，结果表明，变系数动力迁移模型的计算值与实测值吻合良好，得到了变系数与常系数动力迁移模型的适用范围。     

多孔介质中反复注入颗粒迁移特性试验

通过两种不同渗流速度的室内试验系列,采用在每个系列中分别向土柱中注入13次约392 mL颗粒悬浮液的方法,研究了注入次数和粒径对多孔介质中颗粒迁移特性的影响。结果表明,注入次数、颗粒粒径以及渗流速度对颗粒迁移特性有重要影响:在稳定速度的渗流作用下,注入颗粒的迁移特性曲线呈现类似于"正态分布"的规律,下降段持续时间大于上升段持续时间;渗流速度较小时,随着注入次数增加,颗粒浓度峰值逐渐增大;渗流速度较大时,颗粒浓度峰值几乎不随注入次数变化。中值粒径为3.40μm的颗粒随深度增加,沉积颗粒的质量比逐渐减小;中值粒径为5.10μm的颗粒在0.085 cm/s速度渗流作用后的沉积颗粒质量比要明显大于0.170 cm/s速度渗流作用后的沉积颗粒质量比。渗流速度较小时,颗粒粒径越大所受的重力越大,相应的运动速度也越大;渗流速度较大时,水动力是影响颗粒迁移速度的主要因素。粒径越大的颗粒所受的筛滤作用也越大,相应的沉积量也越多。     

银川地区饱和细砂含水介质弥散实验研究

以水动力弥散理论为基础,在中国石油宁夏石化分公司炼油厂和废渣场各采取5组潜水含水层细砂岩心样,采用NaCl做示踪剂,进行室内一维沙柱弥散实验,以半无限含水层中污染物迁移模型的解析解计算了弥散度,并探讨了室内一维沙柱实验测定含水层弥散参数的误差来源,为地下水水质模型的建立提供基础。研究表明:炼油厂潜水含水层弥散度与废渣场潜水含水层弥散度基本接近。模型误差是对室内一维沙柱实验确定弥散参数产生影响最大的一类误差。目前,需加强银川平原大尺度含水层弥散特征的研究。     

区域饱和-非饱和多孔介质的溶质运移简化模型

在迭代求解区域饱和非饱和拟三维渗流模型的基础上,建立区域溶质运移简化模型。该模型将溶质运动在非饱和带简化为一维垂直运动,饱和带简化为二维剖面运动,在非饱和带与饱和带分别形成对流_弥散方程,并通过维持近饱和带溶质质量守恒组成统一的系统,采用有限单元法数值处理技巧,在同一个矩阵方程中求解饱和与非饱和含水层的浓度变化。该模型无需迭代计算,大大减少工作量,为求解区域溶质运移问题提供了新方法。算例验证表明,区域溶质运移简化模型技术可行,结果可信。     

溶质运移中多孔介质弥散度影响因素的SPH模拟研究

借助光滑粒子流体动力学(SPH)方法,本文从流体质点运动和溶质扩散的物理本质出发,设计并进行孔隙尺度下多孔介质中溶质运移的仿真实验,进而分析多孔介质弥散度影响因素,并讨论弥散度与多孔介质结构参数的关系。通过离散化N-S方程和Fick扩散方程,建立描述孔隙水流动的SPH水动力模型和描述溶质分子扩散的扩散模型,求解出在低Pe数下对流扩散方程的一维定解问题,检验了模型的准确性。在高Pe数流场中,进行了恒定流速的黏性流体穿透多孔介质薄层的仿真实验,计算结果可准确模拟出过水断面上各流体质点的流速差异、流体质点在多孔介质中的弥散过程以及流体质点的迂曲绕流过程;通过建立三段理想化的孔隙通道模型,发现在迂曲路径相同时,速度差对机械弥散度仍有显著影响。最后,为探究弥散度与多孔介质结构参数的关系,生成了多组随机粒径的二维多孔介质进行溶质穿透仿真实验。计算结果表明,弥散度与流速变异系数、迂曲度、迂曲路径差以及不均匀系数大致呈正相关,与孔隙率呈负相关。     

饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型

将基于多孔介质的有效应力原理引入流固耦合渗流中，并根据平衡条件得出了应力场方程；充分分析流固耦合渗流的物理特性，建立起孔隙度和渗透率动态模型；依据流体力学连续性方程，考虑流固耦合情形下多孔介质骨架变形特性和流体的可压缩性，得到了孔隙流体的连续性方程，即渗流场方程。在以上诸方程的基础上辅助以定解条件，建立起了完备的饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型。本文还对模型进行了简化分析，并与经典一维固结理论作定性对比，分析表明，经典的固结理论可认为是本文模型的一种简化。进一步的算例求解和验证工作正在进行中。     

地下水硝酸盐污染的研究进展

综述了地下水硝酸盐的迁移转化机理、地下水硝酸盐来源、地下水硝酸去除和地下水中硝酸盐污染的风险评估几个方面的研究进展,并提出了存在的问题和将来值得重视的研究方向。     

Simultaneous one-dimensional water flow and mass transport of conservative solutes in porous media

Three variations of the Galerkin finite element method are used for the numerical solution of the one-dimensional, vertical water flow and mass transport equations in variably saturated porous media. The final result is a system of differential equations with derivatives depending only on time, which are approximated by a relationship leading to a second-order accuracy. Examples of two different soil types (clay loam and sandy) are presented to verify the accuracy of the numerical schemes. In these examples, saltwater is allowed to be infiltrated into the soil profile with different boundary conditions on the soil surface (Neuman or Dirichlet type). In some cases, the infiltration of saltwater is followed immediately by salt-free water.     

双层堤基的非稳定渗流

论述下为砂层、上为粘性土覆盖层双层堤基的非稳定渗流, 计算了砂层和覆盖层因体积胀缩、水动延滞所引起的水头滞后. 对于某些特殊的土质条件, 导出了解析解; 对于普遍的情况, 则应用数值法拉普拉斯逆变换求出了数值解. 研究结果可用于堤防的渗流计算, 以供堤防设计和管理等工作参考.、、