堆浸过程中溶质运移机制及影响因素

针对堆浸溶质运移过程的复杂性和多变性,以揭示溶质运移规律为目的,首先通过对其运移机制进行探讨,并基于矿堆理想渗流假设给出溶质运移均匀流模型,同时考虑矿堆内可流动溶液和不可流动溶液区的作用及其相互影响,建立溶质迁移流动-不流动模型.采用标记物穿透曲线法,进行溶质运移室内管柱实验,主要研究矿石粒径和喷淋强度对溶质运移规律的影响.研究结果表明;大粒径矿样的孔隙直径和孔隙率均比较大,可流动溶液在大孔隙的传导作用而快速流出,因此,溶质初期浓度升高相对较快;而小粒径矿石比表面积大,不可流动溶液比率大,溶质须通过分子扩散运移进入不可流动溶液区,因此,其浓度上升速度较缓;矿堆内不流动溶液是影响溶质运移规律的主要因素,因此,可通过控制矿石颗粒级配和喷淋强度以优化溶质运移过程.     

堆浸过程溶质运移机理与模型

针对堆浸过程中, 溶质运移由于受各种物理、化学和外界环境等因素的影响, 使溶质的运动变得更加复杂, 并难以定量描述的问题, 将矿堆中溶液分为可流动和不可流动溶液两类, 将矿石浸出过程和浸出核收缩模型划分为3个界面, 并分析其在划分溶质运移过程中的作用. 对可流动将和不可流动溶液中溶质运移机理分别进行剖析, 并给出运移表达式. 根据质量守恒定律, 推导堆浸过程溶质运移的基本方程, 并结合溶液的分类方法, 建立堆浸可动和不可动区溶质运移模型. 分析结果表明： 溶质在不同类型溶液中的运移机理截然不同, 在不可流动溶液中, 溶质以分子扩散形式运移;在可流动溶液中, 以机械弥散和对流传质为主.     

低渗透非达西流场中溶质运移实验及数值模拟

为了更好的研究低渗介质中污染物的运移规律,运用低渗岩芯中溶质运移实验,比较了不同启动压力梯度下溶质运移规律及其特征,并应用所建立的数学模型模拟了饱和的低渗岩芯中溶质运移过程。结果表明:不同质地的低渗岩芯,其启动压力梯度不一样,启动压力梯度越大,流速越小,水动力弥散作用对溶质运移的影响更加明显,应用对流扩散方程可以很好的模拟溶质在低渗岩芯中运移的过程。     

Cu2+在高岭土土柱中运移时的吸附特性研究

通过土柱实验对比,研究了Cu~(2+)在高岭土中单一离子运移、两种离子同时运移、两种离子顺序运移时Cu~(2+)的吸附特性,并与Batch试验的结果进行对比分析,结果表明,在初始浓度、pH相同的条件下,各土柱深度土样对Cu~(2+)的吸附量均比Batch试验小;运移试验中Cu~(2+)的单层饱和吸附量Q会随着土层深度的增大而逐渐减小;竞争运移会使高岭土对Cu~(2+)的吸附量减少;先用Pb2+后用Cu~(2+)进行顺序运移时,Cu~(2+)的吸附量显著减少,顺序运移同时运移单一离子运移.综合分析不同情况下运移时的Cu~(2+)在高岭土中吸附特性.     

地下河不同流量状态下溶质运移的参数及模拟

在官村地下河流域一段长为750m的管道进行了十一次弥散试验,以考察岩溶管道流的溶质运移行为.采用NaCl作为示踪剂,利用电导仪记录浓度的变化和流速仪测量管道流的流量.试验表明溶质的平均运移速度为1.3~5.8cm·s-1,通过弥散试验求的管道平均截面面积在不同流量时差别不大,表明岩溶管道处于有压管流状态,并且雷诺数大于20000,据此判断管道流为紊流.弥散系数与溶质平均运移速度之间为近似线性关系.利用经典对流弥散方程以及由试验结果取得的参数模拟溶质的穿透曲线,发现模拟结果的溶质运移总比实际滞后,这种现象与模拟时管道形状的平均化处理无关,是用管道截面平均流速代替管道截面实际流速产生的.改用代表暂存区机理的溶质运移模型模拟试验结果,将管道水流截面分为主流区和不流动区,模拟结果与实际吻合,这解释了溶质平均运移时间提前和穿透曲线出现拖尾的原因.     

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.     

一维土柱试验的数学模型

主要讨论了一维土柱试验模型及其反问题.考虑到溶质在土壤及地下水中迁移的非线性行为,认为通常模型中的阻滞因子应改为与溶质浓度相关的泛函,而零阶产出项应为与时间、空间及溶质浓度相关的非线性项,进而提出了一类新的描述一维土柱试验的非线性数学模型.对于模型参数的识别问题,给出了两类典型的确定阻滞因子与源(汇)项系数的土柱试验反问题.最后,以淄博张店孝妇河-张冉原状土柱试验为例,应用所建立的数学模型对试验结果做了初步的阐释.     

莠去津在填充土柱中的运移

用土柱实验模拟莠去津在土壤中的运移、实验结果表明相当浓度的莠去津被淋溶到土柱的底部，说明莠去津对地下水存在很大威胁、应用CXTFIT的平衡与非平衡模型模拟莠去津在土柱中的运移，模拟结果表明CXTFIT的非平衡模型能很好地模拟莠去津的穿透曲线．由CXTFIT率定得到的莠去津在土柱实验中的吸附和降解参数和从批次实验得到的吸附和降解参数有较好的一致性．     

城市道路雨水灌溉绿地草坪溶质运移的数值模拟

运用SWMS_2D软件对用城市道路雨水灌溉绿地草坪时,铅离子在土壤中的运移规律进行数值模拟。通过灌溉对比试验,观测铅离子在土壤中随时间及土层深度的变化,对用道路雨水灌溉城市绿地草坪时土壤中溶质的运移规律进行了初步分析,结果表明SWMS-2D软件具有较高的精度和较好的稳定性。     

方柱浸过程溶质运移及其数值分析

通过室内试验与数值模拟对方柱浸铜过程中溶质运移的规律进行了研究.柱浸试验以含铜品位1.25％的羊拉铜矿2.372kg为例,在截面为6×6cm2高60cm(实际装矿高度为48cm)的方形浸出柱内经过28d浸出.试验过程中对Cu浸出率进行了测量,同时运用Eviews和Matlab软件进行Cu浸出率变化趋势的拟合.     

一维变参数溶质运移模型的数值研究

研究地下水中溶质的迁移规律可以为地下水环境质量预报、控制和管理服务。首次采用数值方法探讨与位置坐标相关的溶质运移参数模型,采用即时时间域显式差分法格式双精度Fortran语言编程计算了变溶质运移参数模型的一维溶质运移问题,并进行了算法可靠性验证;然后对本文首次提出的3种与位置坐标相关的变溶质运移参数模型进行了参数分析,获得了这3种模型的初步认识。还将时间域显式差分方程计算结果与解析解和实验结果进行了验证对比分析,说明算法可靠,显式法列式简单,更适于复杂模型计算。本文提出的算法和处理技巧可以应用到许多与地质相关的溶质运移问题的研究,通过建立不同模式的溶质运移参数模型,从而实现复杂条件下溶质运移过程的预测和模拟。     

时变边界一维对流弥散方程解析解及其在土柱试验中的应用

运用格林函数法,推导了一维有界时变边界对流弥散-线性耗散方程的解析解,然后将其与数值模拟结果对比,并分别应用于土柱热传导和溶质运移试验。结果表明:初始条件及上、下边界条件的贡献量相互独立,并且初始条件的影响随时间衰减,最终消失;解析解能很好地匹配数值模拟结果、土柱试验实测土温变化和溶质穿透曲线。     

溶质运移试验中有色示踪剂高锰酸钾和亮蓝适用性的对比

通过试验确定了标准砂中常用有色示踪剂高锰酸钾吸附类型.通过数字成像方法监测了静水条件下标准砂中高锰酸钾和亮蓝的吸附过程,并对数字图像进行了高斯模板处理.利用该处理结果对吸附过程进行了对比,同时还对比了相同浓度高锰酸钾溶液在静止和流动条件下被砂粒吸附的状况.根据对比结果确定了2种常用有色示踪剂对溶质运移试验的适用性.结果表明:高锰酸钾的吸附虽为线性吸附,但和新型示踪剂亮蓝相比,达到吸附稳定所需的时间过长,在低速水流条件下更为明显;对于需考虑吸附影响的运移试验,高锰酸钾并不适用,而亮蓝的使用则能加速试验进程.     

咸水越流中膜效应对溶质运移的影响

采用室内扰动土动态土柱渗透实验,就同一地点同一质地的土样,在不同水力梯度的条件下,对盐分运移过程的影响因素进行了研究.实验结果表明:在水力梯度较低情况下,盐分在粘性土中的运移过程除存在对流、弥散、阻滞效应,还存在“膜效应”.“膜效应”增加了粘性土对盐分的阻滞作用.     

多尺度裂隙介质中溶质运移研究进展

总结了单裂隙尺度和网络裂隙尺度中溶质运移的基本特点、试验研究成果、裂隙交叉处的混合模式、数学模型以及模拟方法等．分析了裂隙介质中溶质运移试验研究的局限性,评价了各种数学模拟方法在实际应用中的优缺点,指出了溶质运移的研究特别是裂隙几何特征和交叉处的混合模式的研究还有待进一步完善．     

饱和土体热-水-力-化全耦合一维溶质运移模型

基于孔隙流体质量守恒、能量守恒和溶质质量守恒,综合考虑力学固结、热固结与化学渗透固结对土体结构的影响,并结合黏土颗粒对溶质吸附、半透膜效应作用及耦合流、耦合扩散效应,建立了单一溶质在饱和土体中运移的热-水-力-化全耦合分析模型,采用COMSOL软件重点模拟了渗滤液环境温度对溶质运移行为的影响.数值结果表明,温度会显著影响溶质浓度随时空的分布,热扩散作用加速溶质运移进程,热渗透与热固结机制对溶质运移具有阻滞作用,模拟时间为50年时黏土垫层上下边界温差70 K比无温差工况溶质运移深度减缓87.6%.所建全耦合模型能够为填埋场防渗隔污屏障优化设计及服役性能评估提供理论参考.     

土壤溶质运移的研究进展

介绍土壤溶质运移理论的发展过程和国内外学者关于土壤溶质运移的研究成果,探讨其数学模型、数值计算方法以及参数估算方法,并简要讨论土壤溶质运移的发展趋势.     

土壤溶质运移边界层理论的研究

为有效地预测和控制污染物对土壤和地下水体的污染，溶质在土壤中的运移研究越来越受到人们的关注、利用边界层理论，可推求出溶质在土壤中浓度时空分布的显示解析表达式，这种显示表达式便于溶质运移参数的获得。溶质锋面位置的测定是利用边界层确定参数的关键所在，研究结果表明，时域反射仪可以作为溶质锋面的探测手段、边界层方法在室内和田间都是一种可行的确定运移参数的方法，具有广泛的应用前景。     

铬渣堆场渗滤液对地下水污染的数值仿真

针对铬渣堆场周边地下水严重污染问题,以辽宁锦州铬渣堆场为研究对象,基于渗流理论和溶质运移理论,建立铬渣渗滤液中Cr(Ⅵ)在地下水系统中运移的耦合动力学数学模型,通过动态土柱实验测定了渗透系数、水动力弥散系数、吸附分配系数和迟滞因子等模型参数,运用Visual modflow软件对采取防渗措施前20年和防渗后30年Cr(Ⅵ)在地下水系统中的迁移变化规律进行了数值仿真分析,并结合现场地下水监测数据进行了可靠性验证.结果表明:防渗前附近2 km村庄地下水都受到不同程度污染,防渗后污染物浓度的下降具有滞后性,体现对流和弥散作用是Cr(Ⅵ)在地下水中污染运移的主要作用,而吸附解吸作用同样不容忽视.数值模拟值与监测结果基本吻合,从而验证了模型的可靠性和实用性,为定量化研究铬渣堆场区域地下水污染提供可靠参考依据.     

多孔介质双分子反应溶质运移实验与模拟研究

多孔介质中化学作用对溶质运移具有重要影响.为了揭示反应性溶质运移机理,保持多孔介质不变,以胺和1,2-萘醌-4-磺酸钠双分子化学反应为例,分别开展了非反应及反应条件下不同流速溶质运移实验和数值模拟研究.主要结论如下:①改进的反应性对流弥散模型能模拟双分子反应中溶质运移行为;模型可行,具有较高的精度;0.4mL/s和0.8mL/s流速下生成物峰值浓度相对误差分别为1.2%及0.8%.②利用对流弥散模型可以评估非反应物运移弥散系数,可为反应性溶质运移弥散系数识别提供技术参考.③随流量增大,模型参数m减小,而β0则增大;此外,同一物质在保持相同流量下,作为反应物出现时,其弥散系数略高于非反应物质的弥散系数,其作用机理有待进一步研究.