三峡库区地下水双酚A运移数值模拟

双酚A（BPA）是一种能够对人类及动物产生重大威胁的环境雌激素。以BPA为目标污染物,以三峡库区重庆市茶园新区为例,利用VSAFT2软件建立地下水水质模型并分析库水位变化、地层非均质条件和土壤吸附作用因素对BPA在地下水环境中运移规律的影响。研究中通过假设茶园新区渗透系数分布特点,以变异系数为非均质划分标准,模拟了变异系数分别为0.237、0.529和0.748条件下,BPA在地下水中的运移过程。结果表明：BPA运移速率和运移量随水头边界值的增加而增加,运移能力与地下水水力梯度值呈现正相关;非均质性越强,BPA运移速度越慢;土壤吸附作用在一定程度上会阻滞BPA在地下水的运移过程,对流与弥散均发生延迟;经参数敏感度分析,饱和渗透系数对模拟结果的影响较大。     

溶质在土壤中的渗流建模与数值仿真

针对液态溶质在土壤中的渗流问题,利用数学模型描述了符合达西定律的二维非稳定渗流,并运用有限体积法对该模型进行了数值求解.得出了给定渗流场不同渗透系数、单位贮藏量下的水头、渗流量的变化规律,模拟了液态溶质在土壤中的渗流过程.通过对计算结果的可视化处理、比较分析,发现渗透系数、单位贮藏量等因素对液态溶质在土壤中的运移都有不同程度的影响,渗透系数越小,液态溶质运移速度越慢;单位贮存量越小,液态溶质运移速度越快;反之亦然.     

基于多点地质统计的二维裂隙网络溶质运移模拟

应用多点地质统计模拟方法对某理想二维裂隙研究区进行还原,并将生成的二维裂隙网络模型与MODFLOW和MT3DMS结合,进行水流及溶质运移模拟.模拟结果表明,随着时间的推移,溶质较为严格地按照裂隙发育的方向运移,优势流现象明显;改变裂隙渗透系数与基岩渗透系数的比值,则随着比值的不断增大,裂隙研究区水流的各向异性及优势流现象愈加明显.研究表明,多点地质统计方法可以有效模拟裂隙网络结构特征及裂隙地下水流及溶质运移特征,是一种较为有效的裂隙网络模拟方法.     

加油站地下水苯系物迁移模拟研究

以天津市某加油站为例,采用污染指数法进行地下水污染评价,并在水文地质调查的基础上,采用Visual MODFLOW模型进行地下水流场和溶质迁移模拟,预测苯系物在地下水中的迁移过程和污染趋势。结果表明:加油站监测井水质基本指标的现状污染级别为Ⅵ级极重污染,基本指标污染的主要贡献指标为挥发酚、高锰酸盐指数色度、浊度和铁,其次为总氟;特征指标的现状污染级别为轻污染,最明显的污染贡献者为苯系物。采用Visual MODFLOW模型进行地下水流场及溶质运移模拟,结果显示:通过多次模型的校验,所建立的模型基本达到精度要求,符合评估区水文地质条件,能基本反映该区地下水系统的动态特征,可用于溶质运移模拟。污染物运移模拟结果显示,随着时间的推移,污染羽不断随着地下水向东南方向迁移;地下水流速缓慢,苯系物随地下水缓慢迁移,污染下游地下水。     

淄博市张店化工园区地下水污染预测

以淄博市张店化工园区为例研究人类活动对岩溶水水质的影响,在查明研究区附近地层的岩性、地下水的补给、径流与排泄条件及其水化学特征的基础上,采用Visual Modflow三维流数值模拟软件,建立地下水流模型和溶质运移模型,模拟预测化工区建设后对地下水环境的影响。研究表明,20年后石油影响距离至园区东部350 m,影响面积达3万m2。园区建设将对地下水环境造成严重污染,必须及时做好防渗,同时加强研究区及其周边地下水的监测工作,防止优质饮用地下水资源的劣变。     

闽东地区某化工企业污水处理站地下水污染预测及防治措施研究

以闽东地区某化工企业污水处理站为研究对象,对地下水污染情况进行模拟预测,并提出相应的污染防治措施。通过对该化工企业污水处理站场地野外水位和水质观测数据以及水文地质条件等资料,利用GMS软件构建场地地下水水流和溶质运移模型。对非正常工况下污水处理站防渗破损后特征污染物CODMn和六价铬环境影响进行预测,预测表明,污染物主要沿水流方向迁移,对地下水环境的影响范围随时间逐渐增大,污染物浓度随着迁移距离的增加而减少,不同污染物在地下水含水层中的溶质迁移距离和运移范围不同,预测时间10年后,污染物影响至北厂界处。     

基于Visual Modflow地下水污染物溶质运移的模拟

垃圾填埋场渗滤液向地下含水层的渗漏是地下水受到污染的一个重要因素,而地下水溶质运移模型是找出污染迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段。为研究垃圾填埋场渗滤液对周边地下水的污染状况,本文基于地下水流动模型Visual Modflow和多组分溶质运移模型MT3DMS软件平台之上,通过建立的三维数学模型预测了研究区域未来30年内特征污染物Cl-的污染羽迁移范围。模拟分析结果表明:距污染源越近污染物浓度越高,主要危害沿地下水流动方向的远场地地表水和浅层地下水,深层地下水和污染源上游不受影响;污染物不易污染深层地下水,但是在深层地下水中的迁移速度最大;湖泊对溶质有持续捕获作用;在污染源周围开采地下水会影响溶质迁移速度和方向。上述结果为垃圾场防渗措施的选择和地下水的治理、修复提供了定量依据。     

充水条件对矿区地下水运动特征的影响研究

文章以一数值模型为例,针对充水水源与充水通道,选取水平渗透系数、垂向渗透系数和贮水率3个水文地质参数,研究参数值的变化对矿区周边地下水运动特征和矿坑涌水量的影响程度。分析结果表明:矿坑涌水的直接充水水源是基岩裂隙含水层,但对矿坑涌水量影响最大的并不是直接充水地层的地下水,而是直接充水地层之上的风化带和覆盖层,两者通过越流实现对矿坑涌水量的影响;对地下水运动特征影响较显著的是水平渗透系数;对于矿坑涌水量,影响最大的是直接充水地层的垂向渗透系数,给水度的影响主要体现在充水水源水量的大小,而水平渗透系数的影响则主要体现在矿坑中涌水的快慢。     

边界层对粗糙单裂隙溶质运移影响试验

为探究非费克(non-Fickian)运移表现出的峰值提前到达和拖尾等现象,开展了粗糙单裂隙溶质运移试验,总结了粗糙单裂隙中溶质运移特征及运移机理,结合边界层理论对峰值提前到达和拖尾现象进行了分析和解释。结果表明：峰值时间和拖尾时间与边界层厚度之间存在较好的线性相关关系;边界层对裂隙介质溶质运移有较为显著影响,即水流速度越小,边界层厚度越大,滞留在边界层内部的溶质越多,溶质获取率越低;粗糙单裂隙中溶质穿透曲线的峰值提前和拖尾现象是由裂隙中心处以惯性力主导的主流区和裂隙壁面以黏性力主导的边界层区共同作用造成的,其中峰值时间主要由主流区的对流因素控制,而边界层区域的存在对拖尾时间影响较大。     

基于稠密连接网络的地下水污染替代模型研究

地下水污染溯源和含水层参数反演问题等地下水逆问题通常面临计算负荷量的制约，考虑使用替代模型作为解决方法，从而降低地下水反演问题的计算成本。借鉴卷积神经网络的图像识别过程，考虑将地下水流运动和污染物运移问题转化为输入场图像（渗透系数场、污染源信息等）与输出场图像（水头场、浓度场等）之间函数关系的图像回归问题，利用基于稠密连接网络的AR-Net-WL构建地下水流运动和污染物运移的替代模型。算例研究表明，针对替代模型的过拟合现象，尽可能选择较大的训练样本可获得约10%的精度提升；当没有条件增加训练样本时，采用最优正则项系数的AR-Net-WL在训练样本较少的情形下（训练样本500）也能够取得良好的性能，能够精确预测地下水流运动和污染物运移。     

基于水文地质参数敏感度分析的水库渗漏量不确定性评价

岩溶地区地表水库与地下水有较为密切的水力联系,合理预测岩溶水库渗漏程度对工程设计与施工具有重要指导意义。以云南省某水库为例,在分析库区岩溶水文地质条件的基础上,利用USGS开发的Model Muse对水库扩建后受影响区域进行地下水数值模拟,并结合UCODE对渗透系数及入渗强度等参数进行敏感度分析。得出栖霞茅口组灰岩(P1q+m)的渗透系数等四个敏感度较高的参数。这些参数在合理取值范围内存在多个值会对预测水库渗漏量及渗漏等级产生较强影响。因此,在利用数值法预测水库的渗漏等级时,首先应对研究区做全面细致勘察,提升参数的准确性与可靠性。     

原位渗水试验数据结果的空间变异性分析

水文地质参数的空间变异性是随机理论研究的基础,而渗透系数是最为重要的水文地质参数。本文将原位渗水试验的数据结果通过ARCGIS平台主要从正态QQPlot分布图、全局趋势性、空间自相关及方向变异三方面进行其空间变异性的分析,结果表明:原位渗水的渗透系数近似服从对数正态分布;原位渗水的渗透由南向北逐渐递减,从东向西变化过程依次为先递减后递增,渗透系数最小的位置偏向东侧;垂向渗透系数K值具有一定的空间相关性,且在西北和东南方向比南北方向更远距离的空间相关性得到的结果对今后确定地下水库人工回灌点的位置具有一定的指导意义。     

Status and trend of hydrogeological experiments concerning the side-wall flow effect in porous media

Hydrogeological experiments provide an important means to understand groundwater seepage and solute transport problems. Basic hydrogeological parame- ters can be obtained for use in assessing groundwater resources. In current porous-media research, studies of side-wall flow are in a preliminary and qualitative phase, and lack systematic and comprehensive understanding. Side-wall flow refers to the non-uniform infiltration and solute transport that occurs near the seepage device boundary. Flow dynamics depends on the fluid under the specific hydraulic conditions, physical properties and chemical composition, medium permeability, the rough- ness of the side wall, geometric features, and physical chemistry. Such phenomena not only occur in indoor water flows and solute transport, but also under natural conditions in the field. Side-wall flow has features both in common as well as distinct from preferential flows. In porous-media experiments, once side-wall flow commences, it affects the groundwater flow field and chemistry field, resulting in parameter values deviating from actual values. Based on a comprehensive analysis of the influence of side-wail flow, a definition of the side-wall flow effect in porous media is given. Three directions of research are identified concern- ing side-wall flow： the mechanism of the side-wall flows effect, the study of its quantitative impact on seepage flow and solute transport, and the methods and measures that need to be taken in hydrogeological experiments to reduce （or prevent） side-wall flow development.     

弱透水层释水过程中水力参数响应规律

为了提高地下水运移模拟、地下水资源评价和地面沉降预测的精度,利用室内试验分析弱透水层释水固结过程中水力参数的变化规律。基于相邻含水层降深恒定且初始时刻水流稳定条件下弱透水层释水量的解析解,提出参数求解的配线法,利用研制的试验装置进行试验研究。结果表明:弱透水层释水过程中渗透系数和贮水率逐渐减小,固结系数变化不大。试验中土层的渗透系数和贮水率分别减小了52%和59%。弱透水层水力参数恒定不变的假设会对其释水量的计算造成较大误差,取弱透水层固结变形初始阶段的贮水率,计算结果比实际释水量大;取固结变形结束阶段的贮水率时则相反。     

非饱和土壤水分运动参数的确定——以昆明红壤土为例

应用数学物理方法对降雨入渗、产流等水量转化关系模拟时,土壤水分运动参数即土壤水分特征曲线、扩散率、导水率是必不可少的数据,影响和控制着水及溶质在土壤和地下水中的分布和运移速度,是描述和研究土壤水运移的关键参数.以昆明地区红壤为例,利用离心机测定土壤水分特征曲线、水平土柱测定扩散率并计算出导水率,利用VG公式拟合土壤水分特征曲线,通过指数经验公式拟合土壤水体积分数与扩散率、导水率的关系,结果表明具有显著的相关性.在参数确定过程中,充分考虑了颗粒粒径、干容重等影响,得到了最优的土壤水分运动参数,为相关研究提供一定的参考.     

太湖地区农田土壤大孔隙及胶体释放对有效磷下渗的影响

为了进一步验证农田土壤中大孔隙流及农业活动引起的胶体释放对磷素下渗污染地下水的影响,采用太湖地区农田土壤进行平行土柱试验。结果显示:模拟土壤胶体(质量浓度约为50 mg/L)释放情况时,土壤水流中胶体物质和有效磷的垂直迁移速度明显加快,土柱底部(100 cm深度)出流中有效磷的渗漏速率达到0.15 kg/(m2·d),比自然状态增大约15.4%;当土壤中存在约5%(体积分数)的大孔隙情况下,土柱底部的有效磷渗漏速率达到29.9 kg/(m2·d),大孔隙引起的优势流对胶体和有效磷的下渗起主导作用,而土壤胶体物质释放引起的辅助作用约占3.2%。土壤胶体释放对土壤p H和电导率等产生影响,进而影响溶质的运移转化过程。太湖地区农田土壤中广泛存在大孔隙引起的优势流及农业耕作活动引起的土壤胶体释放,为有效磷垂直下渗提供了加速途径,对地下水磷污染造成了较大的影响。     

Unsaturated flow and solute transport in a porous column using spherical ore particles

This paper dealt with the development of a two-dimensional (2D) mathematical model for column leaching and confirmed the important simulation parameters through experiment. The unsaturated state of the variably saturated flow column and the solute transport of copper ions were studied during leaching. The fluid flow problem was handled using the Richards equation on the premise of an ambient pressure column air, where the van Genuchten formulas were applied to define the nonlinear relationships of pressure head with the retention and permeability properties. The ore column permeability test gave a varied hydraulic conductivity, which was analyzed in the model. In the solute transport problem, the copper ion concentration was solved using the advection-diffusion-reaction equation whose reaction term was determined by the joint analysis of experimental copper leaching rate and the shrinking core model. Particle- and column-scale leaching tests were carried out to illustrate the difference and connection of copper extraction in both processes. This fluid flow and solute transport coupled model was determined through the finite element method using the numerical simulation software, COMSOL Multiphysics.     

定向穿越工程对堤防安全影响评价

利用导向钻进铺管技术进行穿河管道工程建设,对堤防安全的主要影响是管道施工对河流与堤基下地层产生扰动,该扰动带可能诱发渗透破坏。文章结合工程实例,利用地下水流数值模拟模型,模拟不利的水文、气象条件下地下水流场,计算流场中的最大水力坡度;根据穿越地层的允许水力坡度,依据临界水力坡度法,定量评价工程诱发渗透破坏的可能性。     

Delayed drainage of aquitard in response to sudden change in groundwater level in adjacent confined aquifer: Analytical and experimental studies

The problem of the groundwater dynamics and water balance of a confined aquifer in the aquifer system has been solved in previous studies, whereas that in the aquitard adjacent to the confined aquifer has seldom been considered. In reality, the groundwater dynamics of the aquitard are closely related to the exploitation of groundwater resources, groundwater contamination, underground storage utilization and land subsidence. In this paper, an analytical solution is derived to describe the drawdown variation in the aquitard when the head in the adjacent confined aquifer declines by a constant value. The characteristics of groundwater dynamics and water balance of the aquitard are analyzed using a dimensionless analytical solution. There is obvious delayed behavior in the response of groundwater dynamics in the aquitard, which is characterized by the delay index t0. The delayed behavior in the response of groundwater dynamics is not only dependent on the properties of the aquitard, but also proportional to the square of the thickness of the aquitard. The law of the delayed release of water is described in terms of the ratio of the delayed release of water. A water balance equation for the aquitard is established. Three stages of the water balance and the corresponding characteristics are presented with the water balance curves of the aquitard. The analytical solution is given to analyze the flux per unit horizontal area of the aquitard. The hydrogeological parameters of the aquitard, namely the hydraulic conductivity, specific storativity and hydraulic diffusivity, are estimated according to type-curve fitting between the analytical solution and observed flux. The parameters are identified and validated in an experiment.     

以氯离子为例的北大港水库水质调控技术

针对南水北调配套水库——北大港水库水质咸化问题,采用数值模拟方法,应用EFDC三维水动力水质模型形成水库水质模拟技术,调控水库运行方式,提高水库蓄水利用率.以氯离子为模拟指标,通过实测数据与模拟结果比较分析,验证了模型的可靠性.将北大港水库分为主库区和辅库区两部分,利用该模拟技术调控水库运行方式,对水库3种典型蓄供水方案进行水质模拟研究,探讨底泥氯离子释放对水质的影响,指出主辅库联合调度为较优的调控方案.该套水库水质模拟技术可推广应用于其他南水北调配套水库.