基于Hydrus-1D的包气带污染物运移规律研究

自然条件下,土壤表层污染物随降雨入渗是污染包气带及地下水的一个重要途径。以河北省廊坊市某化工园区为研究区域,通过现场取样及室内试验获取土壤参数,刻画包气带剖面概念模型,利用Hydrus-1D软件预测污染物在包气带中的迁移范围和迁移趋势,具有极强的便利性,为非饱和带地下水环境影响评价提供参考。研究结果表明,在污染物迁移过程中,受土壤自净作用影响,最大迁移距离为15.5 m,未穿过包气带污染含水层。     

鄂尔多斯盆地降雨入渗与潜水蒸发强度研究

以鄂尔多斯沙漠高原区包气带水为主要研究对象,通过在研究区进行野外包气带岩性结构调查,选择典型地段建立原位试验场;试验中选择研究区最具代表性的包气带岩性结构进行包气带水分运移原位试验,进行包气带水分运移机理研究,分析影响降雨入渗与潜水蒸发强度的主要因素;采用数值模拟的手段建立研究区包气带水分运移数值模拟模型,定量计算研究区降雨入渗及潜水蒸发强度,模拟不同条件下的包气带水分运移规律.结果表明,研究区降雨入渗及潜水蒸发强度明显受到当地气象条件、潜水埋深及包气带岩性结构的影响.文中计算得出的不同埋深不同岩性的降雨入渗及潜水蒸发强度可为研究区地下水资源评价提供参考依据.     

黄土高原降水入渗方式与引发滑坡研究——以甘肃黄土地区为例

黄土高原是中国滑坡灾害最为发育的地区,降水是引发黄土滑坡的主要因素之一。黄土包气带厚度大,降水入渗方式与引发黄土滑坡的过程和机理问题长期受到广泛关注。以甘肃黄土地区为例,通过实地调查和综合研究认为,黄土高原地区降水入渗方式多样,受地形地貌、气候和降水类型等因素影响,降水入渗方式与引发滑坡特征之间存在地域性差异。在降水量较小的黄土丘陵区,暴雨所产生的地表径流主要通过落水洞和节理裂隙等宏观优势通道点状短期快速入渗,增大黄土含水率,软化黄土体,降低斜坡稳定性,引发黄土滑坡。在降水量较大的黄土塬、黄土台塬和黄土宽梁区,大气降水、灌溉水主要经由黄土包气带中的孔隙呈面状长期缓慢入渗补给黄土潜水,在丰水年连阴雨可引发群发性黄土滑坡。研究结果对黄土高原降水引发滑坡预警阈值的科学设定具有指导意义。     

一种裂隙土的双重入渗模型及对边坡稳定的影响

在降雨条件下,裂隙的存在为雨水在土中的入渗提供了优势通道,导致雨水在裂隙土坡中的入渗具有不均匀性;裂隙会优先饱和,使得裂隙网络和基质存在水头差,导致基质和裂隙网络存在横向的水流交换.文中将裂隙土表示为由裂隙网络和基质共同组成的双孔隙系统,基于双孔隙模型的Richard渗流方程和伽辽金法,分别求得基质和裂隙网络的压力水头分布,并与Hydrus-1D的计算结果进行了对比分析,验证了该方法的合理性.同时发现,基质和裂隙网络的湿润峰面分布不同,前者陡直,后者平缓.边坡稳定性分析表明,基质宽度越大,雨水入渗影响边坡稳定性的范围越深;当基质宽度变小时,雨水入渗接近均匀入渗,雨水入渗影响稳定性的深度变小,但是饱和度的增加使得浅部土体的抗剪强度降低更大.     

基于优势流效应的填埋场渗沥液回灌过程预测

渗滤液回灌对于补充垃圾堆体水分及加速降解稳定化具有重要的促进作用,垃圾堆体的非均质性和大孔隙特征造成了渗沥液流动过程出现显著的优势流效应.以双渗透率模型为基础,开展典型回灌工艺条件下垃圾堆体中渗沥液的分布规律预测研究.预测结果表明:一定限度内增大回灌速率、回灌频率、回灌量、初始含水量等因素可提高渗滤液的影响深度、入渗量和贮水率;优势流模型较传统的单域模型,区分了具有高导水性的裂隙域和高持水性的基质域,渗滤液可以更快地通过裂隙入渗、流动和排出,更符合垃圾堆体内水分多域流动行为模式;裂隙域和基质域的水分质量交换项是动态平衡的,随深度而减小.     

基于CT的黄土孔隙尺度优先流特性

电子计算机断层扫描(computed tomagraphy, CT)技术正被广泛应用于岩土多孔介质中孔隙的定量化表征,然而以往关于黄土孔隙定量化的相关研究存在CT扫描的分辨率不足问题,无法精准识别出黄土中的全部大孔隙。基于高精度的微米CT,以陕西延安Q₂黄土为例,在提取的黄土中真实孔隙结构的基础上,借助概化的孔隙网络模型研究了黄土的孔隙、孔喉和孔喉配位数分布特征,发现三者均呈对数正态分布;通过简化的Navier-Stokes方程及孔隙网络模型定量化地研究了在给定边界压差下管状通道、裂隙形成的优势通道中压力及流速的分布,与不含优势通道的代表性体积单元进行对比,发现裂隙对整体渗流特性的影响为均匀促进型,而管状通道为渗流集中型;在求得渗透系数后与原状黄土及重塑黄土的室内渗透实验结果进行对比验证了计算模型的可靠性。     

天然花岗岩残积土大孔隙水分迁移特征的染色示踪试验

选取福州某地山坡天然花岗岩残积土为研究对象,借助亮蓝染色剂开展大孔隙水分迁移入渗试验,对原生态土体大孔隙分布特征及水分入渗情况进行研究.结果表明:天然土体表层土质松散、孔隙分布均匀,水分以均质流形式下渗为主,但同时部分大孔隙通道分布方向各异,存在高度不均匀性,水分与基质域间存在不同程度水分交互现象;染色面积随入渗深度呈...     

考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型

为解决定量评估干缩裂隙优势流的难题,基于双孔隙域入渗理论,将开裂土体分为裂隙两侧基质域、裂隙底部基质域与裂隙域三部分,结合Green-Ampt入渗模型,提出了一种考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型,并基于该模型探讨了降雨强度、裂隙初始面积率及裂隙深度对土体两域积水时间、优势流入渗量及入渗深度的影响规律。结果表明:干缩裂隙产生的优势流入渗量占总降水量的73.4%~91.4%,入渗深度为裂隙深度的3.1~7.2倍;降雨强度增大将缩短土体基质域积水时间,增大优势流入渗深度;降雨过程中干缩裂隙面积率减小使优势流入渗量减小;裂隙初始面积率增大使两侧基质域入渗量减小,优势流入渗量增大但入渗深度减小;裂隙深度增大使裂隙域积水时间延后,优势流入渗深度增大;模型计算结果与干缩裂隙实际入渗规律相符, 同时避免了为裂隙域赋水力学参数带来的误差与不便。     

低渗透性裂隙岩体水流三维入渗过程的高密度电阻率成像法研究

通过三维电阻率成像同步测量发生在野外低渗透性裂隙岩体中的水流三维入渗,利用高密度电阻率成像法技术,对其进行了原位试验研究.结果表明:比较入渗前裂隙岩体的背景电阻率特征,岩体中的水流入渗区在利用高密度电阻率成像法所获取的电阻率图像中,呈现出明显的电阻率低阻特征,低阻特征区域空间分布的不均匀性反映了裂隙岩体渗透性相对大小的空间分布特征,并且水流在岩体内的三维入渗也不是均匀的,而是存在着优势入渗现象,尤其是在入渗的早期.对研究低渗透性岩体的非均质性空间分布特征具有重要意义.     

低中放废物处置场的岩体渗透特性分析

在基岩地区，研究地下水运动特征和污染物迁移的前提条件是研究基岩介质中裂隙的分布特征和裂隙岩体的渗透性能，其中包括导水裂隙优势方位研究、基岩裂隙水的活跃带分布研究和基岩裂隙渗透参数的计算。为此，结合我国西北某放射性废物处置场丰富的地质资料，对该处置场裂隙发育分布特征、导水裂隙优势方位及其渗透性参数进行了比较系统的分析。通过统计、分析、比较和计算发现，基岩裂隙水活跃带是核素向外界迁移的活跃通道，某低中放废物处置场内的导水裂隙有一个优势方位。并且还求出了某低中放废物处置场基岩裂隙的渗透系数张量。     

基于透明土技术的非饱和均匀流运移机理分析

为刻画降雨入渗下土壤内部非饱和均匀流的运移特征，借助透明土试验技术开展室内模型试验，利用黑白参考点像素强度校正自由入渗透明土像素强度，并建立归一化像素强度与饱和度的函数关系，分析不同边界条件下透明土非饱和均匀入渗的特征.研究表明：可用像素强度表征非饱和透明土饱和度，模拟非饱和透明土均匀入渗过程；开放式系统排气顺利，封闭式系统入渗过程受气体阻碍，其饱和度约为开放式系统的0.8倍，湿润锋到达潜水层边界后出现饱和锋，饱和度略小于开放式系统；通气条件下湿润锋经过时孔压从0kPa逐渐上升，封气条件下流体入渗时孔压从0kPa开始上升；入渗率和累计入渗量随初始含油率的增大而减小，随输油强度的减小而减小.     

基于嵌套思路的饱和孔隙-裂隙介质本构理论

为了指导本构建模工作,需要建立饱和孔隙-裂隙介质的一般本构理论框架.首先,从混合物理论和嵌套思路出发,获得饱和孔隙-裂隙介质的能量平衡方程.其次,根据热力学功共轭特性确定了饱和孔隙-裂隙介质本构方程的应变状态变量和应力状态变量.再次,根据热力学局部平衡假定,获得饱和孔隙-裂隙介质的自由能势函数一般本构方程.最后,从一般自由能势函数本构方程出发,获得孔隙骨架和裂隙骨架变形相互耦合的各向同性线弹性方程.当孔隙骨架和裂隙骨架变形解耦时,该方程能够退化到Khalili线弹性方程.研究表明,在小应变情况下固相应变可分解为裂隙骨架应变、孔隙骨架应变与固相材料体应变之和;当混合物均匀化响应原理成立和流相材料本构模型与单相一致时,裂隙骨架应变、孔隙骨架应变、固相材料体应变、裂隙流相材料体应变和孔隙流相材料体应变分别唯一决定裂隙介质有效应力、孔隙介质有效应力、固相材料真实压力、裂隙孔压和孔隙孔压;当自由能函数是状态变量的二次函数时,可获得线弹性本构模型.     

岩溶-裂隙介质渗流的三重介质模型

针对某水利枢纽坝区岩体内岩溶、断层、裂隙发育的实际情况,利用折算渗透系数的概念,建立了集达西流和非达西流于一体的岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质地下水渗流模型,并对该枢纽坝区左岸岩溶含水系统进行了数值模拟.计算结果表明三重介质模型较真实地刻画了岩溶地区地下水渗流的特征.     

基于管道流理论的岩溶地层深基坑渗漏特性数值模拟研究

以佛山地铁三号线中山公园站岩溶地层深基坑工程为研究背景，针对岩溶地层深基坑渗流通道渗流特性的表征方法开展研究，并对岩溶基坑三种渗漏模式下的渗漏通道进行概化分析，构建岩溶基坑渗漏水力计算模型，基于水力学管道流理论对概化管道等效渗透系数进行定量表征，实现岩溶基坑渗漏通道的定量分析。     

裂隙膨胀土渗流中裂隙模型建立方法研究

考虑裂隙对膨胀土渗透性的影响建立膨胀土裂隙模型,对于研究因降雨而形成的浅层滑坡灾害具有十分重要的意义。裂隙模型既要考虑符合现实情况也要考虑实施的可能性,为此提出一种结合现场裂隙图片、土体含水率和室内实验成果建立裂隙模型的方法。这种方法从达西定律出发建立了裂隙介质渗流的数学模型,基于裂隙膨胀土降雨实验对裂隙膨胀土降雨入渗过程进行简化,最后根据室内脱湿实验数据结果进行数值曲线拟合建立裂隙模型。将模型应用于Geostudio软件中,发现降雨入渗在裂隙膨胀土中的深度远大于无裂隙的情况,裂隙的存在对渗流场的影响主要表现为增大土体入渗边界,扩大降雨入渗的范围以及提高土体地表的入渗率。     

某石油烃污染场地包气带介质及含水介质TPH污染特征

 为研究某石油烃污染场地包气带介质及含水介质总石油烃(TPH)的污染程度及分布特征,采集了119 个场地包气带及含水介质样品进行TPH 含量测试。针对测试结果应用累积频率法,通过求解样品TPH 含量累积概率散点线性回归直线的交叉点,识别了场地总石油烃背景阈值,解决了由于累积概率曲线绘制因人而异造成的背景阈值识别不够准确问题,再采用单因子指数法对场地包气带介质及含水介质石油烃污染现状进行评价分析。研究结果表明:场地包气带介质及含水介质的TPH 背景阈值为36.7 mg·kg^-1。场地南部(污染源处)包气带介质垂向上石油烃污染程度逐渐变轻,含水介质为先变重逐渐稳定后变轻,随后稳定在中等污染水平上;场地中部包气带介质污染特征与南部相似,含水介质则仅在浅部受到石油烃的污染;场地北部的包气带介质及含水介质均处于石油烃的未污染或污染水平较低状态。包气带介质的石油烃污染程度重于含水介质。     

层状岩质边坡地下水分布特征及其控稳作用

在阐述层状岩质边坡岩性组合分类和地下水分布特征的基础上 ,介绍了考虑残坡积层孔隙水、包气带裂隙水和裂隙潜水控稳作用的边坡稳定性计算方法 .根据小浪底水利枢纽工程若干边坡的有限元计算 ,结果表明 :考虑包气带裂隙水作用时 ,边坡安全系数可降低 5%～ 15% ;当库水位骤降时 ,裂隙潜水对边坡稳定性也有重要影响 .     

裂隙膨胀土渗流中裂隙模型建立方法

考虑裂隙对膨胀土渗透性的影响建立膨胀土裂隙模型,对于研究因降雨而形成的浅层滑坡灾害具有十分重要的意义。裂隙模型既要考虑符合现实情况也要考虑实施的可能性,为此提出一种结合现场裂隙图片、土体含水率和室内实验成果建立裂隙模型的方法。这种方法从达西定律出发建立了裂隙介质渗流的数学模型,基于裂隙膨胀土降雨实验对裂隙膨胀土降雨入渗过程进行简化,最后根据室内脱湿实验数据结果进行数值曲线拟合建立裂隙模型。将模型应用于Geostudio软件中,发现降雨入渗在裂隙膨胀土中的深度远大于无裂隙的情况,裂隙的存在对渗流场的影响主要表现为增大土体入渗边界,扩大降雨入渗的范围以及提高土体地表的入渗率。     

基于GIS对柴达木盆地地下水防污性能的分析

为了查明柴达木盆地地下水的防污性能,通过地下水水位实测及包气带岩性调查等工作,选取地下水位埋深、含水层介质、入渗补给强度、含水层富水性和包气带介质5个因子,利用DRASTIC模型和mapgis软件的区叠加功能,对整个盆地的地下水防污性能进行分区。结果表明:地下水防污性能好的区为丘陵区和山区,中等的区为高海拔平原、台地,较差及差的区位于湖积平原及德令哈、大柴旦和乌兰地区。总体上,人类活动较密集的湖盆平原地下水防污性能较弱,人类活动较少的山区地下水防污性能较好,这一结论可为区域发展提供参考。     

纳米零价铁在包气带中强化迁移

为克服纳米级零价铁(nanoscale zero-valent iron,NZVI)在地下环境中易团聚及基于水溶液迁移的重力流和优先流等不足,利用批次和模拟柱实验探讨NZVI在水、十二烷基硫酸钠(SDS)溶液以及泡沫3种媒介输送作用下在包气带中的迁移特性,并研究SDS质量分数对包气带中NZVI迁移的影响。研究结果表明:当SDS质量分数一定时,泡沫质量随着搅拌转速增大而增加;搅拌速度越大,泡沫中NZVI的质量浓度越大,但随着泡沫质量的增加和离心作用增强,NZVI在泡沫的分布越不均匀;理论值为2.8 g/L的纳米零价铁对泡沫的稳定性影响不大。SDS溶液作为输送媒介时,SDS质量分数对纳米铁在介质中迁移促进作用能力强弱依次为0.25%,0.20%,0.50%,1.00%。当SDS泡沫作为输送媒介,SDS质量分数为0.25%时,NZVI在介质中的迁移性最强,其次是SDS质量分数为0.20%与0.50%,1.00%的迁移性最弱。